浅析教育机器人竞赛对学生创新能力提升的作用

王思博

摘要：教育机器人是将智力因素和非智力因素高度融合的学习载体之一，笔者以参加第十四届全国中小学信息技术创新与实践活动（简称NOC活动）中的“网络机器人野外生存”赛项为切入点，结合对教育机器人的学习经验，分享了学习感受与心得，以期能够激励更多的学生利用教育机器人提升自身的综合实践能力和创新能力。

关键词：教育机器人；创新能力提升

中图分类号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2017）02-0109-02

教育机器人是专门用以激发学生学习兴趣、培养学生综合能力的机器人成品、套装或散件。近年来，机器人之所以像计算机一样走入校园，在众多中小学学校得以推广和普及，不仅是因为它适应中小学教育领域新课程的需求，深受青少年的喜爱，更重要的是它对学生科学素养的培养和提高起到了积极的作用。下面，笔者以参加第十四届全国中小学信息技术创新与实践活动（简称NOC活动）中的“网络机器人野外生存”赛项为切入点和大家分享创新学习的经验。

学习经验

1.创设问题情境，激发学习兴趣

亚里士多德曾说：“思维是从惊讶和问题开始的。”学生的创新想法往往来自对某个问题的好奇心，而这一切又来自问题情境的创设。例如，在第十四届NOC活动的“网络机器人野外生存”赛项的比赛中，机器人被赋予的任务为：野外科考队在古丝路腹地发现了一处保存完好的远古文明遗迹，而遥感卫星云图显示将有暴雨来临，为了能对丝路古文明生态展开进一步研究，科考机器人须在最短时间内协同完成遗迹内蓄排水设施水闸开启、疏通河道、净化水源中的1～2项工作，并进行抢救性标本采集。基于这样有趣而神秘的虚拟野外生存网络环境，笔者要通过编程实现机器人自主运动并完成各项挑战任务。换个角度来看，这是在考核对机器人结构设计和编程语言知识的掌握与应用能力，旨在培养我们应对复杂环境所具备的快速判断能力和理性的冒险精神，提高其野外生存技巧与综合应对能力。

2.分析目标导向，引发创新思维

面对机器人的野外生存挑战任务，筆者需要首先对目标问题进行分析，如搭建什么样的机器人能够完成开启水闸、清理河道、投放净化剂等任务；其次需对一些具体环节进行梳理，如机器人起始基地确定在哪个位置，水闸开关转盘的默认角度是否会发生变化，河道内堵塞物的位置是否也会发生变化，如何能实现携带最多数量的净化剂等。

（1）搭建机器人

为了完成净化水源的任务，需要给机器人安装一个车厢以便装载净化剂，车厢和控制器之间须通过可断开模块连接，在到达目的地后方可断开车厢和控制器之间的连接，把净化剂投入到水源之中。在调试的过程中，为了解决机器人走在高低不平的路上时车厢里的净化剂可能会掉落这一问题，有的选手把车厢侧板加高，有的选手给车厢加上了盖板，还有的加上了栅栏等，大家通过各种尝试最终找到了合适的解决方法。

要完成河道清理，则需要在机器人的前部用三个伺服电机和安装块组装一个可折叠的结构。这样机器人到达需要清理的河道时，就可以利用这个类似于推土机前部的结构把河道中的堵塞物推走。

为了能开启水闸，还要利用四个伺服电机和安装块组装一个可折叠的钳形结构。这样机器人在水闸前就可以利用这个结构通过旋转的方式，把水闸打开。

（2）调试机器人

建立在理论上的设计程序，还需要实践检验。在调试中，笔者发现机器人在运行中会不断地抖动，这又是为什么呢？在对算法进行反思和探索后，最终得出结论“左距离-右距离=0”这种情况出现得很少，因此机器人需要不断地调整方向，就出现了抖动的现象。那么，如何进一步优化算法，消除抖动呢？在此基础上，笔者积极拓展思维，完成新的求解方法，并归纳总结。

同时，一些选手在完成任务时往往也会有很多想法，如靠中线右边走怎样设计，靠中线左边走怎样设计，一个个新问题的出现，大家通过不断否定自己的方法，深化对需求的理解，最终跳出惯性思维，养成了对算法做不断优化的思维方法，促进了自身创新思维的形成。另外，在线仿真平台能够把抽象的内容以机器人载体展现出来，学习的效果显而易见，并得到及时的反馈，从而让更多的选手在这个载体上充分体现自己的创造技能。

3.探究具体环节，提升创新能力

爱因斯坦曾经说：“提出一个问题比解决一个问题更重要。”世界上许多发明创造都从疑问开始，质疑是开启创新之门的钥匙。例如，在利用指南针传感器指示方向时，因为0度角和360度角是重合的，在这一点上机器人容易出现意外情况，有时会左右摇摆，有时会原地打转。那为什么会这样呢？这就需要不断的尝试。笔者利用自己学过的数学知识改进程序的算法，利用伺服电机把指南针旋转180度或安装两个指南针来实现，当然也可以用其他方案来解决。选手们设计出的解决方案也是千奇百怪，尽管有的失败了，但他们交流着，争论着，大胆质疑，积极探索，碰撞出了思维的火花，创新了思维模式，大大地提升了创新能力。

心得与启发

第一，“一分耕耘，一分收获”，要培养自己持之以恒的毅力和坚持不懈的精神。遇到困难不要退缩，要有越挫越勇的襟怀和良好的意志品质。

第二，正所谓“学然后知不足”。教育机器人内容涉及面广、问题情境设置生动有趣，这能有效地拓展视野，丰富知识，也可进一步激发你主动学习的热情和强烈的求知欲望。

第三，解决问题时，可以试着换一种思路，调整思维方向，进而使问题简单化。中学生的思维角度较为单一，且缺乏全局性、挑战性和探索性，他们往往会按照所积累的思维活动经验、教训和已有的思维规律，在反复使用中形成比较稳定的思维路径，并且总是习惯于沿着事物发展的正方向去思考问题并寻求解决办法，这种思维路径一旦形成，就会严重阻碍他们大胆实践、勇于创新、不断进取的精神。因此，只有调整思维的方向和角度，摆脱单一性、僵硬性和习惯性的固有思维模式，才能让创新性思维更具有流畅性、灵活性和新颖性。

总之，脚步达不到的地方，眼光可以达到；眼光达不到的地方，思想可以达到。只要勤学习、善思考、勇实践，大胆将所学所思运用于实践，让其接受实践的检验，教育机器人的未来就有希望走向辉煌，学生的创新实践能力也必然会随之大大幅提升。