设计我们的游乐园——浅议机器人教学中培养学生的创新智慧

☆骆巍

（南京致远外国语小学，江苏南京 210011）

引言

有人将创新思维喻为三种智慧：能产生新构想的求异智慧；能认清问题、发现问题、调度资源以及评价构想价值的分析智慧；能根据别人的批评指导如何宣传、验证、改进自己的构想的求正智慧。机器人教育具有动手动脑、软硬件结合、综合实践性强等基本特征，对于培养小学生创新思维能力提供了更为广阔的平台。笔者仅以自己的一节机器人公开教学课的几个片段为例，就机器人教学中培养学生的创新智慧做简单阐述。

案例背景：

本课的教学对象为小学四年级学生。考虑到中年段学生动手能力较强但逻辑思维能力发展尚不均衡，因此该年段机器人教学侧重与构建的研究，选用乐高NXT9797机器人积木套装为教学器材。本课的授课地点为本校机器人活动室，听课教师约60余人。

案例描述：

一、开启的知觉的世界，培养求异的智慧

教学片断一：

师：同学们，今天有很多老师来听课，大家紧张吗？

（学生们互相看看，非常肯定地点了点头。）

师：有人比我们更紧张，想知道为什么吗？我们一起来看一段视频。

（教师播放游乐项目视频，视频中依次播放了海盗船、摩天轮、云霄飞车惊险景象，视频中尖叫声此起彼伏。）

师：听到尖叫了吗？同学们你们看到了什么？

生：我看到了很多人在游乐场的游乐设施中，非常惊险。

生：很刺激，很多人在尖叫。

师：喜欢游乐园吗？

生：喜欢！

师：其实我们也可以设计我们的游乐设施，组建我们的游乐园。设计游乐设施可有学问，我们在设计时应该注意些什么呢？

生：要好玩，要惊险刺激！

师：对，要吸引游人必须有一定的动感（板书：动感强烈）。

生：我觉得游乐设施一定要安全，不能光顾着好玩，出人命就不好玩了！

师：你说得很对，安全是最重要的，因此，游乐设施一定要机构稳固（板书：安全稳固）。

生：还要好看，或者奇形怪状，吸引人。

师：对，你说的意思我可不可以归纳为注意有创意而且设计美观（板书：创意美观）。

评析：

心理学研究表明，创新并非一蹴而就，它需要构建知觉的环境，创设意象的再现机制，借助内觉的心理中介，激发外部情境与潜意识的互动。因此，机器人教学首先应构建创思的情景。设计主题应“生活化”，越贴近孩子的生活，越能激发创新的知觉感应。本课的教学中通过视频播放游乐设施的视频，让孩子处于轻松、和谐的情绪体验之中，激发孩子强烈的求知、创造的热情。在情景的设置的基础上，通过精炼、巧妙的提问，引导孩子深度地思考问题，探究问题。环环相扣的问题帮助学生理出创新构想的关键内核，理出思维发散的纲。从而让创新点更加突出，便于学生更直接地深入问题的本质，以此培养孩子善思、敢想，突破传统，产生新构想的智慧。

二、开启创思的世界，培养分析的智慧

教学片断二：

师生小结机器人快速搭建的任务：

其一，设计一个游乐设施，要求有一定的高度，结构要牢固。

其二，有转动的结构。鼓励具有创造性的、美观的结构。

师：今天我们的游乐设施的设计需要用到哪些零件？

生：因为要设计转动的结构，我们至少需要用一个马达。

生：结构要稳固有很多办法，乐高零件中最稳固的是NXT主机，可以借用它做游乐设施的底座，会很稳固。

师：这个思路非常好，充分利用每一个零件的基本特性“借力用力”。

生：连接部分也很重要，必须用长销、或者短销连接紧密。

生：要美观、奇异可以用很多颜色不同，形状奇怪的零件。比如：齿轮、彩色的小砖。

师：思路不用局限，其实所有的零件都可以用，只要完成我们的设计任务和设计要求都可以。我们再来看看今天快速搭建的任务要求（出示快速搭建要求、评价标准）。

挑战任务 团队合作 创意与美观A．能够反复地精确执行 A．合作优良 A．与众不同B．设施牢固树立 B．能合作 B．好C．设施能够转动 C．各做各的 C．不错D．能够用传感器控制 D．一个人做 D．无特点

（学生分小组搭建，编写转动的简单程序。8分钟后，风格迥异、个性鲜明的作品分别诞生了。教师逐一点评学生分组搭建的成果）

评析：

机器人教学中，首先要培养孩子学会系统、清晰、多角度地分析问题，即分析的智慧。同时合理调配现有的资源，根据已有资源产生最接近可能性的具体设计方案，使设想得以实施。本段教学中鼓励学生根据项目要求，选择结构件，不拘泥于一种设计方案，评价体系中设置ABCD四类挑战任务。鼓励与众不同的大胆创意。给孩子充裕的时间体验“搭建——编程——调试”的过程。让学生在长期潜移默化的影响下，形成创造性思维的习惯和模式，构成学生稳定的创造型心理结构。把学生置于开放、动态、生动、多元的教学环境中。学习过程中教师不但让孩子“有负担”（有值得思考的思维发散点），也让孩子在学习过程中“减包袱”（有突破难点，分解任务的方法），还给孩子“加包袱”（有拓展延伸的训练）。让孩子既有思维的训练，又有切实可行的方案，从而最终通过努力得到成功的体验。

三、开启创造的世界，培养求正的智慧

教学片段三：

师：同学们，我们已经完成了游乐设施的搭建。同学们希望我们的游乐设施更加智能化吗？那就需要我们用传感器来控制了。你希望怎样控制自己设计的游乐设施，用什么传感器可以达到这样的功能呢？

生：我想安装一个触碰传感器，这样可以像开关一样按下开始转动，再按下停止转动。

生：我觉得可以安装一个距离传感器，有人靠近，设施转动；有人离开停止转动。

生：我觉得除了用传感器控制转动、停止，还可以控制它播放音乐或者停止播放音乐。

师：我也有个设想，通过声控，声音越大转速越快，声音越小转速越低。而且我也做了一个，我们一起来看一看。

（教师演示用声音控制设施的结构，同时简述程序的结构。学生跃跃欲试。）

师：下面请同学们根据自己的设计修改结构，编写程序。

（学生修改结构，编写程序，完成的小组将作品放置在展示区，众多的游乐设施构成了一个游乐园。孩子们向听课的教师、其他组的成员演示自己的成果。教师逐一点评各组作品，鼓励创新点。）

评析：

在这个教学片段中，让孩子推介小组设计的作品旨在培养学生的求正的智慧。新的创意没有“卖点”，不会推介往往淹没于众多创意之中。不能表达本组的设计创新点，就不能更加明晰地了解自己作品的优劣，而将自己的创意通过推介、交流，又可以促进新的创意的产生。因此，在教学中留出一定时间让孩子推介、交流、研讨、改进是机器人教学中不可或缺的环节。因为不同的学生有不同的构建习惯，同一个机器人结构因程序的些微变化就可能完成新颖的功能拓展，故在教学中新的创意被提出时教师、同学及时的鼓励很可能成为更伟大的发展的基石。同一个设计目的，我们应鼓励孩子尝试多种方案。在失败的方案中分析优点，在成功的方案中总结不足。让孩子乐于对现有的方案说“不”。本节课的教学中学生采用不同的传感器完成不同的功能，同一个传感器通过程序的设置完成不同的功能，多种传感器的搭配组合又可以完成无穷的创意。机器人教学的魅力就在于，没有最完美的设计，只有更完美的设计。孩子在推介、观摩作品的时候，也在潜移默化地形成的对现有事物的“不满足”，形成独有的观察世界的视角和创造性的分析问题、解决问题的态度。在这一过程中，教师的引导作用也不可忽视。教师以参与者的身份加入到学生的开发团队，在关键技术上的适时点拨，往往能帮助孩子推开了设计思路的另一扇“门”。

四、教学反思

本课的教学侧重机器人构建的研究，以“情境导入——操作实践——调试探究”为序，将结构搭建、程序调试、研究合作有机地融合在一起。在教学过程中，根据机器人教学特点安排小组合作学习形式与内容。

其一，教学中鼓励学生独辟蹊径，以不同的方式观察问题，鼓励不同的小组有不同的构建，相似的结构设计新颖的功能拓展。同一个设计目的，鼓励孩子尝试多种方案。在失败的方案中分析优点，在成功的方案中总结不足。鼓励、保护孩子的创新思维。

其二，在本课的教学中要求学生必须分工合作，必须建立融洽的研究、创新团队。因为分工合作的过程中，也是孩子们不断自我修正，自我角色定位的过程。在合作交流的过程中，孩子的思维在碰撞，也在“交锋”。通常意义上的学习上的优生、后进生的界限模糊了，谁的方案好，就用谁的方案。机器人制作小组中，“主创人”的角色是在不断更替的。教师的权威也受到了空前的挑战，因为理论上成功、完美的机器人方案是不存在的，学生完全可以超越教师。

其三，在教学中，鼓励学生们讨论质疑，充分调动每一个孩子的思维。帮助孩子形成质疑、怀疑的习惯，更重要的是培养了团队协同攻关的“惯性”。

其四，机器人的学习是一个过程性的、经验性的积累，常常不是“言传”就能体会得了的。只有在成功与失败的经验总结中，一些工程学的设计理念渐渐地在学生的脑海中明晰起来。机器人教育应当重视制作、调试过程中的质疑和反思。调试的过程就是不断自我质疑的过程，这一过程是艰苦的，也是反复思辩、自我挑战的过程。在机器人教学中，我们应向学生灌输“三分设计，七分调试”的理念，永远不满足于现状，永远在脑海中思考如何推翻、改进设计，让孩子在调试、创造中不断反思、积累经验，从中获得的“方法“和“窍门”将是他们一生的财富。

本课的教学只是一种尝试，四年级学生在40分钟时间内完成了结构搭建、程序调试的全过程，他们所表现出的动手能力和创新能力是令人欣慰的。有意识地在机器人教育的平台下有目的地培养学生的创新智慧，提高学生思维的深度、慎密性、创新性，将对学生未来的发展起到至关重要的作用。

有人曾经预言，未来的十年内，世界将成为RT（机器人）的世界，机器人将进入我们生活的各个领域，作为一名信息技术工作者，应顺时而动，充分利用机器人教育搭建创新智慧培养的平台，为培养未来创新型人才做出应有的贡献。