浅谈机器人教育对学生探究能力的培养

☆ 张小杰

（海门市东洲小学，江苏海门 226100）

浅谈机器人教育对学生探究能力的培养

☆ 张小杰

（海门市东洲小学，江苏海门 226100）

教育机器人做为一种培养学生实践能力、创新能力、协作精神、进取精神的独特学习平台，以其特有的知识性、趣味性、可操作性，对学生的探究能力有着切实有效的提升。

机器人教育；探究能力；自主学习；学生

机器人教育是指以机器人为主要教学内容或教学工具而开展的教与学活动。机器人教育借助对学生创新思维、探究能力的培养迅速崛起。新课程强调“探究教学模式”，它是指学生在教师的引导下，运用已有的知识和技能，充当新知识的探索者和发现者的角色。[1]

机器人教育对学生的探究能力的提升被越来越多的专家学者肯定，笔者本人从事了近十年的机器人教学工作，同时也见证了机器人教育在国内的发展。现在就机器人教育中学生探究能力的培养发表自己的一些浅见。

一、动手操作，培养学生探究能力

结构设计、动手搭建作为机器人教育的一大特点，深受学生的喜爱。学生只要使用机器人积木件，就可以很好地进行动手创新活动，如：乐高（LEGO）机器人有成千上万、外形各异的积木件，各积木件之间可以任意选择搭建方式，不同的搭建方式可以形成各种新颖有趣的外形，各种结构还附带实用的机械、物理原理。这样就大大激发了学生探究的兴趣，同时也在快乐的学习中提升了学生的自主创新能力。

例如：研究齿轮传动对速度的影响。齿轮是机器中很重要的部件，它几乎是机器的象征。只要一看到齿轮，就会联想到机器。学生对齿轮传动结构也充满了好奇和强烈的探究欲望。[2]

在研究齿轮传动对速度的影响问题时，老师提出问题：两个大小不定的齿轮传动对速度有影响吗？学生各抒己见，分析提出了三种不同假设：可以加快转速；可以减慢转速；转速不变。[3]孩子们提出假设后，都希望自己的想法是正确的，因而会通过实验探究，力图验证自己的结论正确。学生们通过动手搭建，设计了如下验证方法：用24齿的大齿轮带动8齿的小齿轮；用8齿的小齿轮带动40齿的大齿轮；用16齿的中齿轮带动16齿的中齿轮。

通过实验，学生观察到：实验一输出端齿轮转速是输入端齿轮转速的3倍，转速变快；实验二输出端齿轮转速是输入端齿轮转速的1/5，转速变慢；实验三输出端齿轮转速和输入端齿轮转速相同，转速不变。

通过动手实践，学生们形成了共同的认识：齿轮间的传动可以灵活改变速度，在实验中培养了学生的探究能力。

二、激发兴趣，培养学生探究能力

探究式学习是机器人学习的重要方式，学生亲身经历探究式学习活动是学习机器人的主要途径。让学生运用已有的知识体系和学习方法，并借助兴趣的驱使去探寻未知领域的知识内容，让学生养成良好的自主探究学习能力，这对学生的终生学习将有着莫大帮助。

例如：笔者和学生一起研究机器人传感器时，就以“楼道灯智能开关”为例进行学习研究。笔者首先为学生引出该话题，因为这是学生身边可以经常接触到的知识内容，经过相互探讨，学生们便纷纷例举出了生活中常见的几种楼道灯智能开关：触摸延时开关（按一下开关打开灯）；声控延时开关（通过声响打开灯）；还有一种更先进的声光控延时开关（环境光明亮的时候灯是无法打开的，只有到了天色昏暗时，才可以通过声响打开灯）。

笔者告知学生这些智能开关都是运用了传感器技术。学生们顿感新奇，马上便有学生问什么是传感器？传感器长什么样子？随即就有学生在网上找到了答案：传感器就是可以让机器人像我们人类一样拥有视觉、听觉、触觉等感觉的电子设备，这些设备跟我们人类的器官外形大不一样，都是一些形状各异的电子模块。

随后，笔者为学生出示了几种常用的智能开关的说明书，学生通过自主阅读学习，了解到触摸延时开关使用的是“触碰传感器”；声控延时开关使用的是“声音传感器”；而声光延时开关则同时使用了“声音传感器”和“光敏传感器”。最后，当孩子们得知他们所使用的教育机器人套件也拥有这些传感器，并可以很方便地做出这些智能开关时，都特别兴奋，在强烈的求知欲促使下，积极主动地完成了相关内容的学习。

三、合作探讨，培养学生探究能力

在进行机器人教学时，一定要让学生广泛地参与教学活动，以学生为主体，教师应充当学习的组织者、促进者和学习伙伴，并在必要时给予指导、点评。合作探讨能提升学生发现问题、解决问题的能力。要给学生充分的空间发挥，鼓励学生主动合作，积极创设成为团结、协作、和谐、上进的学习环境。[4]

例如：2008年辅导学生制作2V2足球机器人时，笔者根据学生特点，分别把1名擅长编写程序和1名擅长结构制作的学生分在同一小组，这样把4名学生分成A、B两组共同研究足球机器人技术项目。在制作机器人底盘动力结构时，两组成员产生了意见分歧，A组认为平行四轮结构适合做足球机器人底盘，B组认为四轮全向结构更适合做底盘。两组都找了很多理由试图说服对方小组，但因为双方都各有道理，所以决定先按两组各自的想法做出机器人，再通过现场机器人对战来做最后决定。经过将近两个星期的调试改进，最后发现A组的机器人进攻速度快且力量大，非常适合进攻；而B组的机器人动作灵敏，适合用来防守。最后两组决定各选用一个足球机器人，这样可以攻守兼顾。最后经过一个月时间的共同合作、调试改进，最终在2008年江苏省机器人大赛上夺得了该项目的冠军，随后代表江苏参加全国机器人大赛又获得了该项目的金牌。

在学习机器人的整个过程中，学生们积极主动参与其中，小组成员间互相学习、取长补短，通过自主探索，学生们积极主动地参与探究活动，这些对掌握科学探究方法，提升科学探究能力及科学素养都有着极大的促进作用。

[1]乐思教育.论机器人教育[DB/OL].http://blog.sina.com.cn/s/blog＿5e270d360100fbyv.html

[2]一叶孤舟.乐高机器人教程[DB/OL].http://wenku.baidu.com/view/d1934625ccbff121dd368332.html

[3]陈成就.注重培养学生的科学探究能力[DB/OL].

[4]王同聚.智能机器人科技教育校本教研模式的探索与实践[J].教育信息技术,2005,(8).

G434

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1671－7503(2013)05－0030－02

[编辑：张 博]