机器人教学中创新思维培养的教学研究

乔翠玲

摘要：机器人教学具有实践性强、综合性强的特点。文章通过机器人项目任务激发学生的学习内驱动力，塑造多学科知识交叉的综合运用环境，培养学生的想象力、创造力和开放性思维，从而培养学生的创新思维。

关键词：机器人;创新思维

一、研究背景、缘由

创新思维是人类所独有的，开拓人类认识新领域的一种思维，是时代的需要，素质教育的需要。学生在实施项目的过程中建构广域的理工科知识体系，包括材料学，材料力学，机械传动，电子控制，计算机硬件，信息技术等多学科多领域。机器人教学是激发学生创新意识、培养学生创新思维、提升学生创新能力的理想平台。

二、机器人教学特点

本研究将创新思维的培养方式与机器人教学相结合，以任务驱动为主要模式，项目内容、规则及评分标准等创意设计极富有竞技性和挑战性。机器人的控制器、传感器、结构件等硬件是”人“的”骨骼“，执行程序是”大脑“，在”大脑“的指挥下，机器人完成设定任务。机器人教学实则是指导学生编程、动手、合作、光、电、机械等知识在实际过程中的具体应用，解决方案没有唯一标准答案，属开放性的拓展，学生在编制程序，优化算法，调试程序中锻炼发散思维、想象思维，逻辑思维肌肉群的韧性，从而培养创新能力。

三、创新思维的培养

（一）建立学习群

机器人教学与其他学科教学的最大不同之处在于不是以讲授为主，突破了传统课堂教学的”以教师为中心、以课本为中心、以课堂为中心“的教学模式，偏重理论与实践相统一，激励学生学以致用，利于专业知识、方法能力、合作协同等素质的综合培养。子日：“三人行，必有我师焉”。机器人项目任务完成实现途径不唯一，然而传统教育偏重于收敛思维的训练，使得学生的求同性思维非常发达，求异性思维非常薄弱，构建师生，生生学习群平衡求同求异显得尤为必要。

机器人教学过程中，教师指导学生了解机器人的基本构架、各种传感器的应用、机器人编程的基本方法，担任主导者、组织者、帮助者、合作者的角色，学生才是真正学习的主体。学习群共同分析项目任务，站在“整体”的高度俯瞰“环节”的脉络，突破个体认识能力的片面性、局限性。如2015-2016年江苏省普及机器人大赛五车轨迹接力赛项目，从机器人布局、场地轨迹大广角来深入理解机器人“接力”的概念。学生根据自身接力赛的经验，提出许多角度的方案，有的说采用传统稳妥的光感寻迹，有的说运用光线干扰影响较小的陀螺仪定位，有的说触感接力位置很重要，有的说改进万向轮提高转弯速度……学习群的每一个人独立思考又相互碰撞，完善的解决方案呼之欲出。教学过程中多鼓励学生大胆想象，自由发言，提出自己的见解和方案，利于避免思维定势、功能固着衍生的狭隘弊端。教学过程中运用头脑风暴，上下左右多方位的思考方式，有意识的关注发散思维的训练，打破思维界限，扩大思维外延，有助于培养学生的创新思维。

（二）实施操作

机器人教学采用问题探究的学习策略，开放式的组织形式，实施过程大抵分为三个阶段：

（1）基础训练：面向机器人认知零基础的学生。主要任务是学习机器人机械传动装置的连接，各类传感器的功能，熟悉硬件結构体系。附以观看图片、影像，机器人如影随形的影响着人类现在、未来的生活、生产。重在激趣。

（2）软件学习：目前机器人教学中常用图形化编程软件。图形画编程简单直观，程序模块化，通过拖拽方式实现程序流程图的编译，使用起来像搭建积木，帮助初学者理解简单的程序逻辑。重在编程启蒙。

（3）应用实践：完成机器人基本项目任务，如走直线、遇障碍后退2秒停、灭火等。意在让学生完整的体验机器人活动的过程。如机器人走直线行走2秒后，倒退3秒，停。动作的完成需要三个步骤：第一步搭建机器人，第二步程序编写，第三步程序下载运行与调试。发现机器人运行现过程中出现的问题，提出相应的解决方案。反复调试。常见问题如：机器人直线行走，轨迹偏差大。思考：致使出现问题的原因有哪些？机器人整体重心偏颇;左右电机转速相差大……对应提出解决方案：调试硬件重心位置;调试程序缩小速度差;或者二者皆有考量。活动中，程序调试，硬件调整占用时间最多，却是训练学生发散思维、联想思维、想象思维、类比思维、收敛思维等创新思维的重要阵地。

（4）提升阶段：机器人活动中，一次次精准的完成各项既定任务，使得学生们兴奋不已，学有余力者开始尝试挑战更高难度的任务，参与竞赛。机器人竞赛项目以专题训练为主，比一般机器人教学针对性更强。任务试误阶段，遇到问题关卡查阅文献资料。知识面广，综合性强，学生们须分工合作，联合攻关。模拟集训阶段，发现问题，解决问题为主。学生们需要短时间内找到影响机器人完成任务的因素并准确排除，如传感器损坏、轮胎打滑等。竞赛周期期间，学生自己搭建，自己编程，自己调试，独立面对现场发挥失常的压力，知识技能与精神层面的综合能力得到锤炼。活动中，学生有机会构建自己的知识体系，无形中重构了知识结构，拓展了知识广度，提升了观察能力，分析能力，想象思维能力，发散思维和逻辑推理能力，从而培养了创新能力。

四、结语

培养学生的创新能力是学校一直努力追求和达到的目标。机器人教学打通学科壁垒在项目活动中完成教学任务，锻炼学生实践操作能力，解决问题能力，团队合作能力，现场应变能力，是培养学生创新思维，提升学生创新能力的有效途径。

参考文献

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[2]沈德立.中学生发散思维能力培养的实验研究[J].天津师范大学，发展心理研究所，2000.

[3]邱雅番.项目教学法应用于基于机器人的通用技术教学的研究[D].福建师范大学教育硕士论文，2012.