研读纲要浅谈机器人教育与现代科学思维的培养

研读《纲要》：浅谈机器人教育与现代科学思维的培养摘要：《江苏省中小学信息技术纲要》对机器人教育做了明确、细致的指引与诠释，机器人教学对于培养学生的现代创新思维具有得天独厚的优势，将通过研读《纲要》就此从多角度、多层面进行分析阐述。关键词：好奇心、怀疑精神、批判探究机器人教育在我国起步较晚，但发展迅速。在《江苏省中小学信息技术纲要》（下文简称《纲要》）中，机器人教育作为中小学阶段的“拓展模块三”赫然在列。由于机器人教育既要求学生动手又动脑，又强调软硬件结合且综合实践性强，因此机器人教育为培养小学生对科学事物的好奇心、怀疑精神、批判与探究能力提供了广阔的平台。我们认为《纲要》中纳入机器人制作模块是信息技术教育发展的必然。由此我们可以预见目前中小学计算机教育所存在的重软轻硬的现象必将得到纠正。一、在机器人教学中培养学生的好奇之心。对周围的事物充满好奇心，是现代创新思维训练的首要一环。在机器人教学中学生们好奇心很强，但是由于机器人制作是实践性极强的一项活动，毫厘之差就可能影响机器人的整体性能。因此学生们在制作中常常会遇到各种各样的问题，也往往会频繁地遭受挫折和失败。在这样的情况下，保护和培养学生们的好奇心当然就显得非常重要了。1、博采众家之长，鼓励多种方案《纲要》在选择机器人教育的设备、教材、教法上都给一线教师以极大的自由，这有利于学生接触更多厂家的机器人设备。有条件的甚至可以组合多个厂家的构件，或者利用废弃部件动手自制机器人。同一个设计目的，我们应鼓励学生们选择并尝试多种方案，并引导学生在失败的方案中分析优点，在成功的方案中总结不足。努力培养学生的创新思维。让他们深信：只要敢想，今天也许由于技术条件尚没有达到而暂时还不能实现，但是未来并非不可能。如在设计制作“小车”的教学中，笔者设计了这样一个创新议题：“你将用怎样的方法让小车动起来？方案越多，越简单越好。”学生们在为时一周的时间里搜寻各种各样的方法。有用电力系统的电机带动轮子，有利用风力动力的帆船车，有用磁铁带动的磁力引动小车，还有气动系统的气球放气动力车。令人吃惊的是他们的方案远远超出了教师的预设。教师在点评时对每一个成功方案给予了非常中肯的评价，同时也给没有完成实物设计但思路奇特的孩子以热情的鼓励。2、重视构件实验，鼓励总结反思《纲要》对于对机器人的“构件与功能”提出了非常细致的阶段性要求。我们认为，机器人首先是一种机械结构。学生在搭建机器人的过程中，逐步了解工程学中的一些基础的电路设计、动力学知识，是一个非常有成就感的过程。机器人学习之初，孩子们对机械结构、电路知识都是一张白纸，教师在教学中要充分地给孩子予以实验的空间，教师还要重视智慧的培养，让孩子们在实验中体验、总结，在反思中感悟工程学的知识。我们认为及时总结孩子的发现，远比灌入系统、规范的知识重要。比如在搭建小车的过程中，学生接触到了蜗轮结构。蜗轮可以通过齿轮的传动改变力的方向。很多厂商的机器人设备为了简便，直接制作成了齿轮箱。孩子们每次看了都很好奇：齿轮箱内到底是什么呢？在教师的鼓励下，我们一起拆开了齿轮箱。虽然只是简单的几个齿轮部件，却是任何讲解无法代替的直观感受。观察完蜗轮结构后，孩子们在兴奋之余也为损失了一个配件而惋惜。有什么办法可以弥补这种损失呢？孩子们又琢磨了很多办法，有的找来了胶水想粘合回原来的样子。有的学生从废旧的玩具中找来替代齿轮箱。更聪明的学生开始搜寻身边的零件，自制蜗轮。“构件与功能”的教学，常常成为机器人教学中的盲区。但是，《纲要》恰恰将这作为机器人教学的亮点。孩童时代的一点点好奇，也许成为他们将来伟大发现的开始，也正是基于此，“构件与功能”成了小学阶段机器人教学的重中之重。二、在机器人教学中培养学生的怀疑精神科学的怀疑精神源自古希腊的怀疑论。怀疑论者在古希腊被称为探究者。他们反对教条主义，对各式各样的说教都首先持怀疑态度，要求知道这些说教的依据所在，是否的确能成立。如果人们盲目地接受教条和“常识”，不敢挑战权威和迷信，那么科学是不可能发展的。现代科学的诞生，正是发扬怀疑精神的结果：怀疑意味着科学绝不相信权威，也绝不无条件地宽容。机器人制作中没有权威，实践是检验真理的唯一标准。因此机器人教学中培养学生的怀疑精神，对于学生的科学思维品质的培养尤为重要。1、鼓励合作，充分质疑《纲要》中非常强调机器人教学分工合作的重要性。众所周知，中国人是比较缺乏合作精神的，这与中国的教育有很大关系。机器人教育要求分工合作，这是由于硬件的限制造成的。由于机器人价格不匪，在经济上很难做到每生一机。这是机器人制作本身的特点造成的，每一个机器人设计都是一个研究课题，以学生的知识水平而言，他们尚无法独立完成一些项目的机器人设计、制作。因此，学生必须分工合作，必须建立和谐融洽的研究团队。在合作中，我们常常发现分工合作的过程，也是孩子们不断自我修正、自我角色定位的过程。在合作交流的过程中，学生们的思维在碰撞，也在“交锋”。通常意义上的学优生、学困生的界限模糊了，因为只要谁的方案好，那么就用谁的方案。因此我们常常发现，机器人制作小组中，“主创人”的角色是不断更替的。不仅如此，连教师的权威也受到了空前的挑战。因为理论上成功、完美的机器人方案是不存在的，为此学生完全可以超越老师。因此我们在教学中，热情鼓励学生们讨论质疑，充分地调动每一个孩子的科学思维。如在制作方案确定后，我通常给学生一周的时间改进方案，鼓励发现问题，鼓励学生针对问题找出对策，鼓励学生亲手改动机器人除电机、核心主机以外的任何部件。学生每次竞赛归来，我们总是首先请他们谈比赛体会，谈与其他学校设计上的差距。长此坚持下来，学生们形成了质疑、怀疑的习惯，更重要的是培养了团队协同攻关的“惯性”，这对于他们更好地融入未来的团队合作也是大有裨益的。2、重视过程，反复调试《纲要》非常重视机器人教学过程性经验的积累和反思。这集中体现在对机器人结构、程序的调试的要求中。我们觉得机器人的学习是一个过程性的、经验的积累。比如对动力系统的理解，这不是“言传”就能体会得了的。只有在成功与失败的经验或教训的总结中，一些工程学的设计理念才会渐渐地在孩子的脑海中明晰起来。机器人教育应当重视制作、调试过程中的质疑和反思。调试的过程就是不断自我质疑的过程（这一过程是艰苦卓绝的），也是反复思辩、自我挑战的过程。在机器人教学中往往有些学校急功近利地购买现成的机器人方案，追求比赛成绩过人一等，这是违反教育规律的。因为放弃了设计调试的过程，等于放弃了机器人教育的“半壁江山”。学生虽然短期内成绩突出，但怀疑、批判能力的缺失，将使他在未来的高精尖人才的竞争中无法占据有利的地位。在机器人教学中，我常常向学生灌输“三分设计，七分调试”的理念。永远不满足于现状，永远在脑海中思考如何推翻、改进设计。让他们懂得优秀的方案不会永远优秀，合理的机器人结构总有不合理之处……长期的教学、训练，让学生们在调试中不断反思，不断积累经验。纵然他们在机器人竞赛中尚还不能取得优异的成绩，但在调试的过程中他们所获得的智慧将是他们一生的财富。三、在机器人教学中培养学生批判与探究的能力科学的批判与探究能力，是科学发展的不竭动力。信息技术日新月异，其本身就是在不断地批判与探究中发展的。机器人教育应更加看重学生的思维能力，尤其是分析问题、解决问题的能力及批判、探究能力的提高。《纲要》是一个纲领性的文件，在实施中常常需要更加严密的规划。我们认为，在教学中凸显对学生批判与探究能力的培养是非常重要的，对此,我有以下一些设想：1、单元任务主题化——明确探究的目标《纲要》中的学习重点，不宜拆得支离破碎，可以设计一个个的主题任务，让孩子在任务中接触一个个的知识点。单元任务的主题化，笔者认为可以设计一些探究、研究的问题。某一时间段集中思考、解决一个问题。如建议学生观察车、风扇、闹钟等等机械结构，然后找到他们的相似与不同；找出生活机械部件的不足，设计解决方案；规划小区进出车辆的智能控制、规划未来城市智能公路的设计等等。用机器人配件，设计解决生活中的问题。主题化的任务设计，为学生提供改进、探究的目标。有目标的改进、探究使学生的思维有较强的指向性，由此也使教师的组织教学更加有的放矢。2、任务设计体现梯度——明确阶段性探究重点。学生的知识体系是有差异的，如过高地要求学生达到不可能实现的目标，往往会形成负效应。教师在机器人教学中应体现任务设计的梯度。比如在学生综合思维能力尚未达到要求的情况下，应避免让学生设计涉及程序的机器人方案，从而引导学生专心搞搭建。在学生尚未熟练掌握基本设计时，就不要强求学生设计难度过高的竞赛机器人。要把机器人设备看作一个实验箱，搭建平台，放心让孩子试验、探究。对于竞赛要有一颗平常心，要舍得把比赛成绩放在一边，专心培养学生的创新能力。坦率地说，机器人比赛中获得名次，是涉及到多方面因素的，竞赛只是机器人教育成果的一种呈现形式，但不是机器人教育的全部。明确阶段性的探究目标，对于学生的成长是有利的。3、搭建交流平台——探究成果最大化随着技术创新的日新月异，好的技术常常是“藏着掖着”的。学生为了在竞赛中获胜，也普遍存在这样的现象。但作为机器人教学的进步阶段，经验和技术的交流是非常必要的。牛顿曾经说过“我能够取得成功，是因为我站在了前人的肩膀之上。”孤立地探究而不做交流和总结是不明智的。教师在教学中应搭建合作交流的良好平台，让学生探究的成果得到最大化地推广。关键核心技术的交流往往只是几分钟，但也许这短短的几分钟就能激发出学生更多的灵感。综上所述，我们认为《纲要》对机器人模块的描述是让人惊喜的。正确地认识机器人教育对学生现代科学思维的形成所起的重要作用，有意识地在机器人教育的平台下有目的地培养学生的思维品质，提高学生思维的深度、慎密性、创新性，这一切将对学生未来的发展起到至关重要的作用。有人曾经预言，未来的十年内，世界将成为RT（机器人）的世界，机器人将进入我们生活的各个领域，作为一名信息技术工作者，理应顺时而动，为培养未来的合格RT人才做出自己应有的贡献。