机器人活动对学生行为变化的影响

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  自动控制、智能处理、智慧决策的机器人,越来越多地出现在我们的生活中。专家预言,21世纪中期,人类社会将进入以智能机器人为代表的智能时代。为使我国不在机器人时代到来时落伍,越来越多的中小学校将机器人教育融入信息技术课、综合实践活动课及选修课中。学生通过参加学校组织的机器人活动,学会了设计、搭建机器人,学会了编写、调试程序,学会了综合性地应用多门学科的知识。应当说,学生在参与机器人活动时手脑并用,知识与技能获得了发展。但由于机器人活动进入中小学的时间不长,学校普遍注重教授机器人的设计制作和程序的编写,对机器人教育施与学生的影响的关注明显不足。教育的偏差终将影响学生的全面发展。那么,在机器人教育中,我们除了促进学生知识与技能的增长,还能使学生的行为在哪些方面发生积极变化呢?笔者结合近几年所主持的省级课题的研究情况,谈谈我们所见证的学生行为变化的“秘密”及我们为推动学生行为积极变化所做的有益尝试。
  开启“中国机器人振兴之梦”
  机器人技术是世界强国重点发展的高科技,也是世界公认的核心竞争力之一。相比“现代机器人故乡”的美国及已经走上机器人产业化发展道路的日本,我国的机器人研发水平及普及程度均落后于它们。如何缩短我国机器人技术与先进国家的距离呢?答案只有一个,那就是尽快在中小学普及机器人教育,让更多中小学生在机器人活动中了解机器人,热爱机器人,从而为未来储备大量有志于研发机器人的人才,让中国机器人早日走向产业化并在国际竞争中脱颖而出。从我们对参加机器人活动的学生兴趣与理想变化的调查情况来看,机器人活动对学生的影响深远,大部分学生在参加机器人学习的过程中对科技工作产生了兴趣,部分学生甚至将深入研发机器人作为自己的理想(表1)。正因为机器人活动对学生有如此巨大的影响,我们在引领学生认识、了解机器人时,还应把“中国机器人振兴之梦”播种在学生的心上,以使更多的学生有梦想,有动力。
  培养不言放弃的科学态度
  一位哲人曾说过:“人生所有的能力都必须排在态度之后。”在“态度”这一内在力量的驱动下,人们常常会激发自身的无限潜能,而这种潜能如果被正确地用在生活、学习、工作中,结果会远远超出我们的想象。众所周知,学习、掌握机器人技术的过程枯燥而漫长,从组装、改造机器人到编写程序,再到调试、修改机器人和程序,总有意想不到的问题出现,如果没有内在力量的驱动,学生是很难坚持到底的。因此,在学生学习机器人技术的过程中,教师有必要关注学生遭遇的困难及面对困难的心态。如在调试机器人的过程中,学生往往会遇到修改参数数十次而未果的情况,这个时候,学生容易变得暴躁或气馁,教师要有针对性地对学生开展心理干预,帮助学生重拾信心。我们常常以上一届学生克服困难、收获梦想的实例来鼓励学生,引导学生从其他角度思考问题解决的办法,从而让学生在挫折中增长智慧,收获不言放弃的科学态度。在机器人活动开展的过程中,我们通过问卷调查了解学生“态度”的变迁。表2是学生在不同时期对“忍耐寂寞状态”的选择情况。
  从表3学生的选择结果来看,机器人活动也转变了学生面对问题的态度,大部分学生通过一学年的锻炼,已经能将“钻研”的习惯迁移到其他科目的学习中。
  2012年参加广东省虚拟机器人比赛获得仿真游中国项目一等奖的巫哲生同学在自己的机器人学习感悟中写道:“学习机器人这么久,给我感受最深的是学习要有耐心。在编写程序时,有时候一段路程要走很多遍才走得通,有时程序还会意外出错。所有的问题都要有耐心才能解决,着急不得。程序出问题一定要忍,忍到成为无敌忍者龟的时候,问题就迎刃而解了。学习机器人没有捷径,学习其他科目也一样。耐心熬成忍者龟,大学通知我摘回。”
  掌握解决问题的策略
  古人云:“术谋之人以思谟为度,故能成策略之奇。”在机器人活动中,策略既是智慧的外显,又是经验的整合;策略既强调实现目标方法的多元,又强调能根据实际情况灵活调整行动方案。通过机器人活动,我们希望学生能学会多角度审视问题、养成自觉寻求多种解决问题方法的习惯并学会以最佳方式解决问题。为实现上述目标,开放课堂应运而生——学生根据教师提出的任务自主讨论、动手实践、发现问题、重制方案、再次实践、比较优劣、优化方案。如在学生组装好机器人之后,教师要求学生赋予机器人行走、避障的功能。学生在任务的驱动下,积极参与讨论,努力探究让机器人行走起来的方案,并对各种方案进行实验,直至机器人无碍行走。这样开放的学习过程,不仅锻炼了学生的发散思维,使学生学会多角度思考问题,还培养了学生寻求多种途径解决问题的习惯,使学生最终学会以最佳的方式解决问题。通过平时的训练,在赛场上,我们常能看到参加比赛的学生自如运用应战策略,如参加电教足球项目的学生,根据对手的情况,自主将正常情况下应制作为进攻机器人和防守机器人的两个机器人都制作成进攻机器人;而且机器人的力度与速度也根据对手的情况进行临时调整。再如,参与灭火项目的学生,在决定输赢的第三轮比赛中,根据前两轮对手的表现,决定让出速度,专注追求任务完成的稳定与准确……经过注重策略的机器人活动的锤炼,学生的思维能力及解决问题的能力明显优于同龄人。在我们进行的问卷调查中(见表4),学生在不同时期的选择让我们感受到了机器人活动对学生直面问题态度及解决问题方式的积极影响。
  享受精诚合作的快乐
  拿破仑 · 希尔说过:“人们在思想的交流与碰撞中,一次就有可能产生独自一人10次才能完成的思考和联想。”合作的力量正是如此——独自一人10次都可能完成不了的任务,因为合作一举成功。精诚合作是机器人活动中不可或缺的资源。参与机器人活动的学生大部分都是零基础,在完全开放的学习环境下,学生唯有积极参与互动,在互动过程中相互启迪、相互帮助,实现思想与资源的共享,才能在有限的时间内掌握相关技术,完成学习任务。另外,机器人活动中的大部分项目都要求多名学生合作完成,如果学生不具备良好的沟通能力与合作意识,是不可能达到合作效果的最大化的,这就要求我们不断地为学生创造合作的机会。我们常常安排多个小组同时学习同一项目,让学生在互助和竞争中学会合作。如综合技能项目要求两位学生在规定的时间内完成机器人的安装、编程、调试。我们常常看到,默契的合作双方总是在活动开始时,一起组装机器人,一起编写程序;待到调试时,擅长动手的一方负责机器人的调试,擅长编程的一方则根据机器人执行任务的情况不断修改程序。此时的合作是创意的碰撞,更是智慧的共享。通过机器人活动的浸染,大部分学生既能独立作业,又擅长团队合作。表5反映了学生在参与机器人活动一年间合作态度的变化。
  促进科技、人文、创新三位一体人才的生长
  温家宝曾呼吁:“中国要有‘乔布斯’。”乔布斯是公认的能在科技与人文的交汇点上创新的奇才,他对每一款产品的设计制造都力求功能完备,外观美丽、简洁,体现高科技和人文艺术的结合。机器人活动是最有可能培养出“乔布斯”的温床,因为它既是脑力活、技术活,又是艺术活的创新。首先,创新是脑力活。学生在机器人活动中,总是在运用创新思维寻找解决问题的多种方案。其次,创新是技术活。学生为了让机器人发挥不同的功能,就必须对机器人进行搭建和改装,机器人搭建和改装的过程需要运用到涉及多门学科的技术。再次,创新还是艺术活。机器人从外观到内在功能,无不闪烁着学生的科技素养、文化底蕴与审美情趣。机器人活动中的创意项目,是引发学生创新之火的最佳载体。譬如深受学生喜爱的RTEC创意闯关项目,要求学生自主选择主题自定智能关卡、科学原理关卡、绿色能源关卡和地方特色关卡。在这样开放的任务中,学生充分发挥想象力和创造力,通过在作品融入科技元素与人文元素,做出了富有地方特色的佳作。如普宁二中的作品《功夫茶》,通过开门见山、客至普宁、上山采茶、风水宝地、炒茶飘香、精美包装、一壶好茶等关卡生动地展示了潮汕地区的茶文化及潮人好客的特点,最终摘取了2013年广东省中小学电脑机器人活动RTEC项目高中组冠军。学生通过参与这样的活动,所收获的不只是机器人技术,还有人文与科学完美结合后所产生的创造力。
  (作者单位:广东揭阳市教育局教研室)
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