智能垃圾分类机器人项目在中学竞赛中的实践研究

吴泽光

【摘要】随着社会智能化的发展，机器人各类比赛已经在中学里火热地开展。在比赛的过程中，学生经常会遇到或出现编程错误、机器故障、心理焦虑等问题。在比赛过后，学生也经常缺失一个总结经验提升的过程。本文主要从比赛过程的角度进行研究，认为在每次比赛中，应注重比赛技能、比赛心理压力及赛后能力迁移的培养，通过比赛提升学生的各项能力。

【关键词】智能垃圾分类机器人;中学;竞赛;技能

目前，国家正在基础教育中推行智能化、数字化教育，机器人已作为中学教材进入课堂，机器人的各类比赛也在全国遍地开花。从2014年广东省、广州市开展智能垃圾分类收集机器人比赛项目至今已有5个年头，笔者从2014年开始接触该项目，同年11月辅导学生参加该项目比赛至今，多次在省、市级比赛中获奖，其中2014、2015年均获得广州市中小学电脑制作活动“电脑机器人竞赛项目”中智能垃圾分类收集机器人赛项目初中组一等奖的第一名，顺利进入省赛，同年获得省第八名。下面，笔者基于个人实践经验，谈谈对智能垃圾分类机器人项目中学竞赛中的一些认识和思考。

一、智能垃圾分类机器人竞赛简介

智能垃圾分类收集机器人项目的比赛机器人，是由中山大谷公司指定的专用器材，常规赛的机器人不允许任何改装，创意赛的机器人可以用3D打印机等设备对机器人的机械机构进行改进、增强功能。禁止参赛选手在墙上、地上做标记或者破坏场地，违者取消比赛资格。在比赛时，参赛机器人必须在统一起点沿黑色轨道行进，由裁判员计时，在10分钟内完成12个垃圾块按绿、蓝、红颜色正确收集并运送到对应的垃圾收集区内。每支队伍的起始分数为100分，比赛中有3次重启机器人机会，重启过程中裁判计时不中断，机器人在比赛中视具体情况会有加分项目及扣分情况。最后取上、下午比赛的最高分作为该参赛队伍的最终成绩，当两支参赛队伍成绩相同时，时间更短者优胜。

二、竞赛中影响比赛的因素及对策

通过文献查找发现，目前相关竞赛的研究，大多数都是从教师的辅导培训过程入手，论述如何进行培训、安排时间、内容等策略研究。笔者结合多年辅导比赛经验，主要从比赛过程的角度，研究学生在机器人竞赛中的技能、竞赛时的心理压力及竞赛后的能力迁移这三个方面。

1.机器人竞赛技能

智能垃圾分类机器人比赛由于起点晚，还不是特别成熟，比赛规则受机器耗损、环境等不稳定因素影响，因此每年比赛都会微调比赛规则或增加比赛难度，这就意味着每支参赛队伍每次比赛都需要根据自己的实际情况和新的参赛规则，重新调整。所以，在平时训练时，教师应在学生自主创新搭建好机器后，重点培养学生编程技能，在顺利完成任务的基础上节约比赛时间，遵从此原则后让学生根据不同的光线环境调整机器，根据新旧机器轮胎及比赛地图不同产生不同的摩擦力去改变参数，修改程序，以便顺利完成比赛。

同时，由于学生的流动，需要经常对学生进行培训，但教师在日常繁重的工作中还要重复地培训学生并非高效之举。因此，可以改由学生之间互相学习，让学生在训练过程中多动手，多分享经验，互相促进，加强学生创新能力。遇到问题时，可以让学生先自行解决，解决不了再寻求老师的帮助。这样既可让学生有更多的实践经验，同时也解放了老师，做到事半功倍。

另外，智能垃圾分类机器人比赛成绩取二轮制成绩中最好的成绩，如果第一轮比赛失利，那么现场比赛的学生就会有比较大的压力，学生要从第一次失败的竞赛里找出导致失败的因素，还需要能就这些因素进行适当的调整，快速给出解决问题的方法，这一点需要学生有大量的实践经验才能完成。反之则问题简单多了，有了第一次保底的成绩，学生完全可以放心地往好的方向进行微调，争取挑战更好的成绩。这样的比赛过程中实时考验学生的智慧及临场应变能力，同时也需要学生有团队合作的竞赛精神。通过机器人竞赛和完成各项任务，使学生在搭建机器人和编制程序的过程中培养动手能力、协作能力和创造能力等比赛技能。

2.学生竞赛心理能力

选手在竞赛时出现竞赛焦虑是正常的，辅導教师应该多关注与疏导学生的这种焦虑情绪，用心理学知识培养学生良好的心理素养。比如比赛失利了，教师应该安慰学生，让学生保持冷静，鼓励帮助学生找出失败的原因，让学生调整好状态继续参加下一轮。反之在表扬与认可学生的基础上，鼓舞学生继续往更高的目标挑战，精准地判断调整的方向及参数的预设，争取拿到更好的成绩。由于训练与竞赛时会出现一些不定因素，比如机器人突然发生状况，所以选手应在训练与比赛过程中发挥临场应变能力，即面对突发事情时能冷静、迅速地做出合理的分析、判断，并且能马上调整好自己，使比赛能够朝着有利于自己方向发展的能力。

3.竞赛能力的迁移

比赛后，师生应该就该次比赛进行一次总结，学生之间也应该互相交流比赛心得，使学生在平时训练中和比赛中形成的知识、技能、能力与动机等素养能够迁移应用到学习任务中，促进学生的学习，从而让学生能举一反三，推广类化。培养学生的学习“迁移”能力，可以通过各种级别的比赛，把动手、动脑理论与实践相结合的技能迁移到学习中，使学习相得益彰，从而提高学生自身的综合素质，促进学业进步。通过这样的比赛，可以让学生获得以下的能力：

第一，形成自主学习的能力。要想在比赛中获得好成绩，在开始阶段就要不断重复多次对规则进行解读，从陌生到熟悉到理解再到应用。

第二，形成坚忍不拔的毅力。智能垃圾分类收集机器人项目需要学生在一个时期内每天都进行不断重复、枯燥无味、机械式的训练，并且能在训练中不断发现问题与解决问题，这些都需要学生具有吃苦耐劳的精神以及坚强的意志力才能使训练有一定成效。

第三，形成动手、动脑的能力。智能垃圾分类收集机器人零件较多，在平常训练与比赛中肯定会出现各种不同的问题，学生需要利用物理、电子、机械、信息技术等各方面的知识，去判断故障（或问题）的原因，并动手排除。

第四，临场应变能力。现场比赛情况是瞬息万变的，学生与老师不可能事先知道机器人会发生什么情况，这就需要学生有较强的心理素质，有较强的心理抗压能力，在紧张的比赛环境中保持清醒的头脑，并且能够根据场上不断变化的情况及时调整自己的程序与机器人，合理利用规则进行比赛。

第五，合作能力。智能垃圾分类收集机器人项目有些比赛是单人单机完成的（如广大举办的专项比赛），但有些是可以1—3人合作完成的（如市电教馆与省电教馆举办的比赛），这就需要队友配合默契，在平时训练过程中就需要不断的磨合才能形成。

第六，迁移能力。学生参加科技活动中形成的各种能力要有效地转化、应用到其他各项学习任务中，这两者之间是相辅相成、互相促进的。

总之，智能垃圾分类收集机器人竞赛只是一个平台，我们要通过比赛，让学生从中提升自身各项能力，进而提升自身的综合素养，成为新时代的人才。

【本文系2016年广州市海珠区教育科学规划课题“智能垃圾分类收集机器人项目（初中组）比赛实践研究与校本课程开发”（立项号：2016043）的研究成果】

参考文献：

[1]王同聚.智能机器人制作与程序设计[M].北京：教育科学出版社，2015.

[2]黄华林.2015中国青少年机器人竞赛注意事项及解决策略实践研究[J].中小学信息技术教育，2015（11）：81—82.