小学信息计术教学论文-电脑智能机器人—培养学生综合素质的新平台.doc

电脑智能机器人——培养学生综合素质的新平台
 “冲啊，冲啊，我的‘小罗’!”,“宝贝，快，传球！”,球场上热闹非凡。你看，小罗正在球门前全神贯注地关注场上动态，随时准备反扑对方踢向球门的球。不过，他也不用担心，他的“同伴”基本上一直控制足球，并多次在对方门前造成威胁。“GREAT！进球了。”一个漂亮的进球引得全场喝彩。咦，这是在世界杯赛场上吗？不，那是我们学校的电脑智能机器人在同学们的控制下正在进行着一场特殊的足球赛。
我校的电脑智能机器人活动于2004年4月份正式开展。虽然起步不算早，但是我们一步一个脚印探索出了有自己特色的有效活动模式，并且在不到两年的活动过程中，取得了丰硕的成果：
在第6届全国中小学电脑制作活动中获得机器人灭火比赛冠军；
在浙江省第二届智能机器人比赛中获得灭火比赛冠军、足球比赛亚军；
在第三届浙江省青少年电脑机器人竞赛中获得常规赛三等奖、创意赛二等奖；
在首届宁波市中小学生电脑机器人比赛中获得一等奖；
在2004年宁波市中小学生电脑机器人车模比赛中获得一、二、三等奖；
在第二届年宁波市中小学生电脑机器人比赛中获得灭火和足球比赛两项冠军；
在2005年宁波市中小学生电脑机器人车模比赛中包揽前两名；
……
电脑智能机器人活动为学生提供了表现、思索、研究、创造的机会，为多出人才、早出人才创设了广阔的空间，为发挥其育人功能开辟了良好的途径。 在活动中，学生不仅可以学到有关机械、电子、计算机等技术知识，还可以培养多方面的能力和素养，如与人沟通合作的能力，合理分配、利用时间的能力等，全面提高学生的综合素养。
一、培养学生对科学的兴趣 
机器人活动，虽然不完全属于科学课的范畴，但它与科学活动紧密相关，是以学习科学知识为主要内容、以培养创新精神和实践能力为主要目标的综合性活动。它不是空洞说教，而是让学生在学学做做、玩玩乐乐中，受到熏陶和感染。
科学兴趣是科学素养形成的动力源泉。在传统的科学教育中，由于过分强调知识的掌握，使学生与生俱来的对科学的好奇心逐渐泯灭。因此，要培养学生的科学素养，就必须将科学兴趣的激发作为切入点，就必须首先呵护学生与生俱来的好奇心与求知欲，进而采取多种多样的方法，将这种好奇心转化为科学兴趣，进而激活科学兴趣，使之真正成为科学学习的动力。
如：在学生已经能够利用程序控制机器人行走固定路线以后，学习兴趣已经逐渐消退。这时候，我在机器人上面加装了一个蔽障传感器，并且修改了程序，使之能够自动避开障碍物行走。学生发现这种情况以后立即惊奇地叫了起来，还一个劲儿地问我是怎么做到的，眼尖的学生还发现了我多加装的一个传感器。孩子们的学习兴趣立即被激发出来了，他们带着这样的兴趣去探究、去实验，收效非同一般。 
培养学生对科学的兴趣还必须为学生创造良好的氛围。
科学素养的形成需要有一个充满科学气息的环境，需要安全、自由、开放的探究氛围。良好的课堂氛围能优化学生的心境，使孩子积极主动地参与学习。在科学探究活动中，要让孩子大胆出色的表现，我们应从创设心理氛围、情感氛围、环境氛围三个角度去考虑。首先是积极创设心理安全、心理自由的氛围。老师真诚对待学生，充分尊重学生所表露的情感与想法，理解学生间存在的差异。尽量少用“提问回答”的方式组织教学，造成学生不必要的紧张心理。其次是努力创设愉悦、和谐的情感氛围，通过调动学生的情感，缩短教学内容、教师与学生之间的距离，诱发学生的内驱力，帮助学生形成最佳的情绪状态，促进学生主动表现。第三是通过调整座位，利用桌椅、教具、多媒体技术等，创设有利于学生学习、探究和表现的环境氛围。如：在组织学生创造《机器导盲犬》时，我先用教室里面的物品把教室模拟成现实环境，让学生假扮盲人，体会一下盲人的困难。再说说利用机器人可以帮助盲人做些什么？大家表现的劲头空前高涨。
电脑智能机器人活动的开展进一步发挥了科学教育的功能，扎扎实实地提高了小学科学教育的质量，使得学生爱科学、学科学、想科学、讲科学、用科学，促进了小学生科学素养全面发展。
二、提高学生的思维品质
不断地优化思维，不断地强化思维能力，是思维本质内在的趋向性要求，没有独立思维，就不可能具有探索精神，也不可能有创新思维的发生和发展。通过电脑智能机器人这个平台，可以有效地训练、激活学生的各种思维素质。
    （一）运用多种教学手段启发学生的想象能力
创造想象是一切创造活动、科学发明与发现的必要条件。爱因斯坦说过：“想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界上的一切，推动着进步，并且是知识进化的源泉，严格地说，想象力是科学研究中的实在因素。”这个想象力指的就是创造想象的能力，可见创造想象在科学创造中具有十分重要的意义。
小学生的想象力其实是很丰富的，但是在传统教育的禁锢下，他们的想象力却被无意之中束缚了。而在电脑智能机器人教学活动中，教师有义务也有可能通过各种手段激发学生的想象，启迪他们的思维。
如：在关于“我心目中的机器人”创作活动中，当我要求学生利用手中的各种零件创造出心目中的机器人形象，大多数学生创作的思维还停留初步的认识上，创作的机器人外形就是像人。于是我引导学生：其实机器人不一定要像人一样，只要具有一定的自动功能，一般都可以称之为机器人，在航天领域的“火星登陆车”、军事领域的“爆破机器人”，甚至日常生活中的家用电器里面也有机器人的影子。在我的引导下，学生们又创作出了一个个鲜活生动、别具一格的形象，如：扩大某一器官功能的机器手、具有警卫功能的机器狗、方便人们生活的机器轮椅等。虽然学生创作的形象并不一定具有相应的功能，但是已经激发了的想象的火花对学生的成长有诸多益处。
（二）在程序编写过程中训练学生的逻辑思维
我国一直有针对中小学生的信息学奥林匹克竞赛，主要测试的是学生的计算机编程能力。
计算机语言比数学更加能够体现逻辑思维的应用，一般的计算机编程不像科学实验和模型制作等实践活动那样能够直观地看到过程和结果，而是需要通过判断、选择、分析、循环等逻辑思维实现目的。所以说，学习计算机编程可以有效地提高学生的信息素养尤其是逻辑思维能力。
但是，我国的信息学竞赛实际上是属于极少数尖子学生的表演舞台，对于培养我国的IT业的精英固然有益处，但是提高我国全民信息素养应面对大多数人，而在小学阶段，除了个别尖子生，大多数学生在平时的训练中逐渐丧失了对信息学的兴趣，退出了学习小组。毕竟，学习计算机编程是比较枯燥乏味的。有什么东西既能培养提高学生的信息素养，又能使学生产生兴趣，不至于半途而废？那就是电脑智能机器人活动。
在日常的机器人学习活动中，学生让编写的程序来驱动机器人完成预定的动作，反过来又通过机器人来评判程序的正确、优劣。把程序的抽象和机器人动作的直观紧密地结合起来往往能取得事半功倍的效果。如：程序语言教学中，循环语句是教学的难点，对小学生来说，很难理解循环语句的作用和几种循环语句的区别，而通过机器人这个平台，学生可以直观地看到应用循环语句以后的效果，并且根据不同的效果随时进行调整。在循序渐进的训练中，学生体会到了计算机的强大功能，不再反感计算机编程，同时学生的逻辑思维能力也得到了培养。
（三）基于问题开展教学，培养问题意识
科学是从问题开始的，也是以问题结束的，因为科学本身就是一个永无止境的探究过程，是一个不断接近真理的过程。学生具有问题意识不仅体现了个体思维的灵活性和深刻性，也反映了思维的独立性和创造性。因此，教师要引导学生发现问题，提出问题。
机器人活动应基于问题开展教学。从创设问题情境开始，以问题作为课程的载体，让学生在对问题的探究中学习。探究的过程不是终止于问题的解决，而是要让学生在探究问题的过程中，不断去质疑，从而在更广的范围和更深的层次上生成新的问题。如：为了让学生明白摩擦力对机器人运动的影响。起先我让两个学生互相拉着玩，然后，从游戏中让孩子们说出自己的感觉，进而引出问题：①.为什么穿光滑底的鞋易滑？②.为什么拉着轻的同学滑得快？③.为什么在冰上滑得快？④.为什么拉重的同学费力？围绕这几个问题进行探究学习，学生通过探究初步明白了摩擦力的知识，解决了刚才的一系列问题。在此基础上，组织学生讨论如何增强和减弱机器人轮子与地面的摩擦力等等，并且动手实践，把全课引向了高潮，把探究的欲望再次提高。
（四）在不断发现问题、解决问题的过程中，形成直觉思维
直觉思维是一种跳跃的思维形式。
直觉的表现是无处不在的。比如，有经验的工人可以凭他的直觉，很快发现机器的故障，并给予排除；一个有经验的医生可以凭他的直觉，一下子识别病人所患的疾病；老农抓起一把土，就知道该地种什么庄稼好。同样，学生们在不断的发现问题、解决问题的过程中，形成了良好的直觉思维。
如：在05年7月，我校朱麒杰同学代表宁波市参加浙江省中小学生电脑智能机器人大赛的小学足球项目。在历时六、七个小时的比赛过程中，状况相当复杂，机器人随时会出现各种问题，而且没有充裕的时间来思考为什么会这样。但是他能根据自己的直觉判断解决问题，一路过关斩将打入决赛，这缘于该同学在日常训练中已经积累了很坚实的经验基础。
在日常训练中，每次出现问题我都不是直接告诉他应该怎么做，而是要求他寻找到底哪里出现问题、为什么会出现这样的问题、怎样解决这些问题。如果他遇到困难，我也是和他一起讨论、解决问题，并不是完全由我代劳。有些问题反复出现和解决多次以后就形成了一种直觉，而且这种直觉不仅对已经遇到过的问题有效，还能迁移到解决一些未曾遇到过的突发问题中。
电脑智能机器人活动，确实增强了学生思维能力，增强了他们的独立性、探索性，不仅如此，由于学生的理解能力的增强且又融会贯通，凡参加机器人活动的学生不但没有因为每天搞机器人、经常外出参加比赛而耽误功课，反而让他们其它各科的学习成绩稳中有升，上学期的期末考试他们的成绩均是名列前茅。
三、发展学生的实践能力
实践是指人们改造自然、改造社会的一切活动。实践创造世界，实践出真知。实践不但是认识的源泉，而且是检验真理的唯一标准。未来社会最需要的就是勇于创造、勇于实践的新型人才。小学生好奇心强，对什么都想摸摸，动动，做做，这正是我们培养他们动手能力、实践能力的心理基础。
电脑智能机器人活动给孩子们开辟了广阔天地，使他们在实践活动中增长才干。 
如：指导教师在组织学生开展机器人走迷宫活动中，需要说明避障传感器位置的前后对机器人行走轨迹的影响。老师事先制作三台机器人，传感器的位置分别是最合理的、稍微靠前的、稍微靠后的。在演示过程中，学生们发现三台机器人轨迹并不相同。为了消除学生的疑虑，老师把把三台机器人作了比较。此刻学生的思维被激活了，各种观点喷涌而出。为了验证自己的想法，他们迫切要求自己动手做实验。于是，老师把主动权交给学生，让他们自己亲手试一试。他们把传感器的位置作了前后调整，不断反复试验。结果所有学生都能把传感器调整到最佳位置并使机器人的行进路线达到了最佳状态。活动气氛十分活跃，那是因为这一奥秘是在学生亲自动手的过程中发现的，他们尝到成功的喜悦。 
实际上，机器人活动自始自终是伴随着实践操作的。市场上购买的机器人套件大多不是一个完整的机器人，而是许多零碎的小积木、配件，把它搭建成一个具有某种功能的机器人，这本身就是一个动手实践的过程。更何况在为了实现或者增强机器人的某一些功能的时侯，往往还需要对机器人进行改建，有可能用到锯、割、胶、焊、钻等工具。为了方便学生活动，学校特地腾出一间教室作为电脑智能机器人活动室，购置了大量的实验材料和工具，另外定做了四套活动场地让学生们进行各种各样的活动，同时组织学生参加各级各类的比赛。
除此以外，机器人活动对学生实践能力的培养还有一些意外的收获：
其中一名参加机器人活动的学生家长兴冲冲地对我来说，最近她的孩子变化很大。这个孩子从来娇生惯养，而最近不但能帮大人扫地、整理房间，而且居然还自己洗内衣内裤。其实，整理机器人活动室是这些孩子每天必做的功课，因为机器人有很多细小零碎的小配件，如果不仔细整理很容易丢失。所以无意之中也就培养了这个孩子动手整理的能力和习惯。至于洗内衣内裤则肯定是在外出参加比赛的时候学会的，因为那时候没人帮他洗。
总之，能力的培养离不开活动，离开活动，我们也无从研究学生能力的培养。只有在实践活动中学生亲自动手，他们的能力才能形成和发展。 
四、促进学生良好品德的形成
 德育，是教育者按一定社会的要求，有目的有计划地对受教育者心理上施加影响，以培养教育者所期望的思想品德。而实际锻炼是使学生在学习、社会活动、劳动及日常生活实践中接受教育的好方法。只有在实践活动中经受锻炼，才能使学生所获得的道德观念变为道德行动。为此，我们将思想道德素质的培养渗透到电脑智能机器人活动之中。 
（一）创意解难、行动助困
在机器人创意活动中，我们一直启发学生：机器人可以为人们做些什么？
例如：我们引导学生发明一种机器导盲犬，该机器导盲犬可以牵引盲人在马路上行走，并且可以避开窨井、障碍，进入商场、银行、邮局等。
除此以外，学生还发明了自动轮椅、自动擦鞋机、自动节水型音乐马桶水箱等。一件件作品虽然功能并不强大，而且我们也并不要求学生真的能开发出有实用价值的用品。但是在实践创作的过程中让学生充分了解了残疾人和老人的困难，并用实际行动关心残疾人和老人、帮助残疾人和老人解决各种困难。
（二）团结协作，共同进步
教学实践中，我们让孩子们懂得：任何一项发明创造和科学实验的成功，都非一人所能，而是靠集体的智慧和力量。比如在电脑智能机器人活动中，众多的工具和机器人配件、复杂的电脑程序，如果一个人做，就会手忙脚乱，弄不好，会影响活动的正常进行。于是，辅导教师努力创设合作式学习环境，分开小组，明确分工，团结协作，为学生合作意识的培养、交往能力的发展和团结友爱精神的养成搭建了舞台。
乐高的FLL工程挑战赛是比较能够体现团结协作的平台，这个比赛要求参赛队伍（2到3人）在规定时间里（一般是2分钟半）完成10个任务，以获得相应的分值，分数越高成绩越好。在赛前训练中，我们的三个成员由最初的分工不明确，手忙脚乱只能完成三四个任务，而且互相指责。到后来分工明确，手脚麻利地完成所有任务。最重要的是，他们为其他参加活动的同学树立了一个好榜样：“只有充分团结协作才能共同进步”。
（三）勤俭节约，废物利用
做试验是电脑智能机器人活动的常用方式，但是试验工具、试验材料从何而来呢？全都去花钱买吗？太浪费了，也不可能。许多生活中伸手可得的东西拿来就用。比如机器人的底盘，可以用常见的铝塑板制作，即结实又轻巧，只是需要动手进行裁割。有时候废旧的塑料瓶、泡沫、电池等也可以用来当作试验材料。潜移默化中，渗透了勤俭节约、就地取材的思想教育。
可见，电脑智能机器人活动，在普及科学知识、增强科学意识的同时，将思想教育有机地统一在教学活动的各个环节中，充分发挥其育人功能。 
当然，电脑智能机器人并不是一个万能的神器，它只是一种新兴的育人平台，它也有局限性，还需要大家不断努力探索。尽管如此，电脑智能机器人活动，仍旧是一门科学，是育人的极好途径。所以，从领导到教师都应重视电脑智能机器人活动，都来关注这门新兴的课程，并在实践中勇于创新，使之成为素质教育的主渠道，充分发挥其育人功能，让祖国的新一代健康成长，向着更高的目标攀登！