从创客机器人教学中提高学生常识

邝弘彦

我校从事小学生机器人活动教学已有十几年。多年来，有一个难题一直困扰着我们的教学工作，那就是现代的小学生非常缺乏生活常识。许多在成年人眼里不以为然的生活知识，对于现在过着“饭来张口，衣来伸手”的小学生，好多是闻所未闻，见所未见。全社会都在重视教育，但只是重视学生的学习成绩和某些技艺的培养，却把最基本的生活技能和日常知识忘记了。因此，我们希望通过课题的研究，从机器人教学中提高学生的常识水平。

一、课题研究的理论基础

机器人教学活动是素质教育的一种体现。机器人教学活动主要体现素质教育理论的“能力培养、个性发展、身体健康和心理健康教育”。表现如下：一是机器人教学能够培养学生的两大能力，即逻辑思维能力和自主动手能力。机器人由程序（软件）和机体（硬件）组成。编写程序的过程能够提升学生的逻辑思维能力。设计组装机体的过程能够提升学生的自主动手能力。二是机器人完成任务的过程会遇到许多问题。学生在解决问题的时候，通过自主的思考和实践，获得解决的方法。这便让学生的自主个性得到了发展。三是完成任务后，学生自己进行比拼，最终代表学校参加各级比赛。这都能让学生认识到自己的优势和不足，从而更好地去完善自己。在这些过程中，学生的身心健康自然而然地得到发展。

二、课题研究的内容和过程

本课题的研究目的，是让学生通过自主探索与实践，提高本人的常识水平。因此，根据实际情况，老师设计了三个教学阶段。第一阶段学习螺丝刀、剪刀、钳子等日常工具的正确使用;第二阶段学习按任务要求合理科学地组装机器人;第三阶段学习分析任务并编写程序完成任务。

1.学习日常工具的正确使用

在第一阶段中，学生总是要问：“螺丝怎么拧紧啊？”类似这种实践性的问题。老师会鼓励他们自己先试一试，然后再帮忙小结：“顺时针方向是拧紧，逆时针方向是拧松。”也许学生过一段时间会忘记，但稍微提醒一下，他们很快又会记起来。对于需要多种工具配合使用的情况，老师采用“先发现，后引导”的方法进行教学。例如，学生用螺丝刀拧螺丝时，螺母也会跟着转动，机器人部件就固定不了。学生会很奇怪：“方法没搞错啊，为什么不紧呢？！”这时，老师先引导学生观察螺母跟着转动。然后，老师继续提问：“有什么工具能让螺母不跟着转呢？”也许学生就会想到“钳子”。接着，老师亲自演示螺丝刀配合钳子拧紧螺丝。最后，学生自己练习。有了安全的保障，教学活动才能正常地进行。在每次活动中，老师都必须时刻注意学生的各种危险行为，并及时提醒与制止。

2.学习合理科学地组装机器人

只有科学合理的结构，机器人才能顺利地完成任务。要让机器人有科学合理的结构，必须掌握一定的物理知识。第二阶段设计为5个课时。首先，老师让学生利用现有的器材自由拼装机器人。然后，老师点评学生组装的成品，同时传授相关的知识。最后，学生利用新知识再次组装，老师进一步强化知识要点。学习过程大概如下：一是学生自由拼装的结果一般可分为两大类，即“人”型机器人和“车”型机器人。老师引入概念—“机器人的身体，应该具备有‘大脑‘运动器官和‘感觉器官;机器人能根据任务需要，独立判断，做出动作。只要符合以上要求，就是机器人，不一定要长得像人。”接着，老师继续普及相关常识—“机器人的传感器应该装在需要探测的位置;机器人的大小应该符合任务的要求;机器人马达之间的距离应该合适，马达之间安装离得太远缺乏灵活性，马达之间安装离得太近会过于灵活，难以控制。同学们可以参考生活中各种车型”等。最后，学生综合自己的实践和老师的指导意见，重新修改机器人的结构，取得一定的进步。

3.学习分析任务并编写程序完成任务

第三阶段的教学时间应该设计为10课时或更多。由于小学生的生活经验不足，学习分析问题成为一个难点。为了帮助学生学会分析问题，老师设计了三个教学课例。

课例一：控制机器人前进、后退和转弯。该课例其实就是学习控制马达。控制机器人前进和后退相对比较简单。控制机器人转弯的方法比较复杂。以“左转”为例，一共有三种转法：“左马达停，右马达前进”“左马达后退，右马达停”和“左马达后退，右马达前进”。通过该课例的学习，学生对日常生活中部分机械运转会有所认识，也可能会引发学生去思考某些日常现象。

课例二：机器人走“迷宫”。所谓的“迷宫”就是由木板组成几个房间。机器人由起点开始行走，经过多个房间走回起点，任务结束。该任务唯一能帮助机器人识别路线的参照物就是房间墙壁。因此，学生要给机器人安装上能看墙壁的“眼睛”—测障传感器。传感器数量至少用2个，一个安装在前，一个安装在左（右），都要正对墙壁。学生按照自己的生活经验，很难想象如何利用传感器完成任务。为此，老师设计了一个小游戏—盲人扶墙走。学生闭上眼睛，只利用自己的双手，绕教室走一圈。聪明的学生很快就能领悟：左手扶着墙，不让自己远离墙（参照物）;右手举向前，防止撞到前面的墙;一旦前面有墙，就要大右转。这就是本课例的知识难点—左手原则。利用“左手原则”，机器人可以走出大部分的迷宫。如果只单靠讲授法，学生就会很难理解或很快忘记“左手原则”。学生理解后，便可使用编程知识，实现自己的想法。通过该课例的学习，学生能初步了解分析问题的重要性，在以后的学习中会“先想清楚，再动手”。

课例三：机器人沿黑线行走。该任务中，机器人需要在“白底黑线”的图纸上，沿着黑线行走。黑线就是机器人行走的参照物。因此，学生要给机器人安装上能看黑线的“眼睛”—测地传感器。传感器数量至少用2个，都安装在机器人前方两侧，对着地面。分析传感器的用法仍然是难点。老师以马路车道中间的引导线为例，讲解2个测地传感器的使用。汽车都要按引导线行走。正常情况下，引导线贯穿汽车的正中间，汽车直行。如果引导线偏向了左边，汽车需要右转弯一点;如果引导线偏向了右边，汽车需要左转弯一点。“沿黑线走”任务的情況也一样。如果黑线在两个传感器中间，机器人直行;如果左边传感器检测到黑线，机器人右转弯一点;如果右边传感器检测到黑线，机器人左转弯一点。绝大部分人都有乘坐汽车的经历。学生对汽车的行驶应该不难理解。就算以前没注意引导线，学生也能在短时间内去进行观察。这样的举例解说，符合学生的生活经验，能更好地让学生理解知识。最后，学生再根据所学的编程知识，让机器人完成任务。通过本课例的学习，学生知道日常生活中的许多现象能做为机器人任务的参考，会更主动地去思考日常生活。

三、课题研究的主要成果

第一，理论层面的成果。一是把学生的安全放在第一位，时刻注意学生使用工具的安全问题;二是采用“亲身体验”的教学方法，能让学生更好地理解知识;三是教学过程多使用学生可获知的事例，教学效果才能事半功倍;四是分组教学可以拟补学生之间能力的差异;五是不管学习效果如何，都能引发学生对日常事物的思考，从而提高自身的常识水平。

第二，实践层面的成果。一是参加机器人活动的学生，在使用工具、理解物体结构和分析问题等方面，明显比其他学生略胜一筹;二是学校的机器人活动小组每年都要参加市、省两级竞赛，取得了优异的成绩，还曾经做为广东省代表队的成员参加全国比赛。

总之，机器人教育是科普教育，也是实现素质教育的一个有效途径。一个完整的“社会人”应该具备一定的知识技能和生活技能。但现代家庭只重视知识技能培养，学校教育又缺乏对生活技能教学。这造成我国学生日常生活能力低下。因此，国家教育需要更多类似机器人教育的活动。这类活动能真正提高学生的综合素质，而不是停留在“考试”上。希望这类活动能百花齐放，更希望这类活动能持续健康地发展。祝福我们的孩子不仅能从活动中获得知识，而且能更加快乐地成长。