从学会思维到创新实践的蜕变

 

从学会思维到创新实践的蜕变

    与我们的学生相处的日子就是一个探索新知的过程。身处这个奇妙的世界里，永远都会发现智慧、勇气和毅力就在你的身边。曾几何时，我也曾经仅仅习惯于用脑思维，而不崇尚动手进行创新实践。而今，驻足回首，不由想起这样的故事：一群中国高材生和美国高材生齐聚一堂，老师提问：一天当中，钟表的时针和分针一共重合几次？一个看似平淡的问题，我们看到的是在场学生完全不同的情景。中国高材生们争先恐后地拿着笔紧张列式演算，而美国高材生却在不紧不慢地拨弄自己的手表，用实践的方式来证明。无疑，两种方法都能得到正确的结果，但其中蕴含的滋味应当是完全不同的。

    我们的思维大部分属中国高材生这一类的。思维缜密，小心求证，成了我们的习惯，但这个真理却使我们容易走向极端：笔头充实，实践不足。而今，伴随着每一届学生的成长，我和他们都在渐渐地蜕变，由只习惯于用脑思维到思维与实践相结合的蜕变。这一切源于它——在已历九年春秋的机器人工作室里师生的风雨同舟。

    学校的机器人工作室起步于“零件”的摆弄，那时我们乐于为给定的目标制定一个时间限制，让不同的小组学生进行比赛拼搭，然后就是机器程序的编写，反复在实际场地上实验、校正，再修改，再实验，周而复始。从那时起，注重孩子们的创新实践的思维方式和作风已经在默然形成并得到不断验证。

    其实他们在活动中完成的不仅仅是个人的任务，而是一个团队，一个不可分割的团队的任务。其中任何的成员其实都是组成这个团队的细胞，无论在校内，还是走出去，身处比赛现场，他都时刻代表着我们这个集体。这些工作都是些细活，如果弄错了哪一步，恐怕机器就要和你闹脾气了。一位专家说，所有的故障中，人的错误是占绝大多数的。这些任务和比赛里，平日里的应试能力再强也无济于事，因为这里考察的是实践动手能力和思维的创新能力。有时候，出了问题懂得维修才是真本事，而不是依赖老师，学生之间是可以相互解决大部分的问题的。

    从一开始，科技项目的创新发明一直与这些任务训练是同步进行的。在工作室的角落里，他们的工作方法有所不同，身边一台电脑，一个烙铁架，三两块电路板，几盒电子元件，一些有机板和螺丝螺母。要说还有什么，恐怕就是他们活跃的思维了。好的创新项目还需要有好的技能作为基础，因而机器人校本课程给他们的创新发明打下基础。按我们自己的话说，让你的思维跑得最快！敢去想，做得出来！

    根据教学的目标，创新型的机器人校本教材开发应该符合这样的标准：1、使学生了解智能机器人这个学术前沿领域的发展和应用状况，了解智能机器人的概念和工作方式，破除学生对机器人的神秘感，让学生得知自己也能做到和专家一样的作品。2、使学生了解各种传感器和驱动装置的作用。理解体会程序是智能机器人的灵魂，了解机器人是怎样在人的指挥下工作的。通过为机器人编写程序学到科学而高效的思维方式，提高逻辑思维能力、规划能力，提高学生分析问题和解决问题。3、通过完成任务和模拟项目使学生在为机器人扩充接口的过程中学习有关数字电路方面的知识，在组装机器人的过程中培养学生的动手能力、协作能力和创造能力。

    根据开展创新教育的目标和经验积累，充分考虑了我校高中学生的实际，我们编写了《单片机C语言基础》、《电子电路基础》、《机器人本体制作与编程实践》、《泉州七中科技创新研究与实践案例》等校本教材。这些教材更加注重创新教育与基础教育的结合。把物理、数学、机械工程等多学科的知识融入创新教育的平台上。将科技创新实践教育与“传感器与人工智能”、“算法与程序设计”、“机器人本体制作”、“电子通讯控制技术”等技术类课程进行有机的结合。把一些繁琐的、复杂的概念，用高中生容易理解的方式表述出来。

    这些年里，学生的科技创新作品，诸如《“生命卫士”——泥石流自动监测报警系统》、《2061星空机器人乐队》、《丛林守望者——仿生蜥蜴》、《多功能管道机器人》、《福娃民乐迎奥运》、《基于视觉分析的仿生蜘蛛》、《两栖球形科学考察机器人》、《数字式振动图像同步实验仪》、《水下观察者——全天候仿生观测鱼系统》、《天问智能导航机器人》、《无线手套式便捷键盘输入系统》、《新型单线缝纫机》、《新型地下景观垃圾箱》、《悬丝木偶机器人》、《银行ATM安全输入系统》、《智能服务型机器人α》、《智能文字图形识别机器人》等几十个大小不同的项目和他们背后闪耀的一百五十几项的荣誉足于证明思维和创新实践结合必然碰撞出无尽的智慧火光。

    开展科技创新教育的过程中，我们深刻感受到：从机器人教育的目标出发，设计活动应尽量考虑学生思维的主体性，最大程度地发挥学生创造力、想象力和动手能力。老师把握方向性问题和难点点拨。简单的应用教育机器人进行教学并不能使学生真正掌握课程的内容。于是，我们配合编写的教材，制作了可以用于教学的一系列的机器人模块，比如单片机最小系统、电机驱动模块、温度传感器模块、液晶显示模块……这些功能模块放置于面包板上面，利用插针进行连接，有着良好的开放性，能够看到内部的构造，又具有可扩展性，可以随意添加功能模块，进行自主创新。这种适合于教学和学生实际的模块能有效的利用于教学中。同时还节省了教学的成本。

    学生在团队活动中懂得了管理时间和资源的重要性，同时还引入系统和系统分析的概念。科技研究使学生有意识地涉猎数学、物理等相关的知识，如：比值，距离、时间、速度、重量的测量，基本的电路，从中懂得主要矛盾和次要矛盾等哲学范畴。为了一个真实的模型的设计成功，我们一起考察工厂、野外，分析问题和需求，汇总成册加以分析。

    事情总没有那么一帆风顺。马上第二天就要比赛而现在却捣腾同问题了，忙着查软件和硬件。老师和学生战斗到天明，对着罢工的机器发呆，为了目标不离不离弃。陈学栋同学深夜机器鱼试水，吴晓斌同学现场与机器乐队沧海一笑却个别机器动作木讷不谐。一幕幕过去已久的往事伴着当时跟学生说的话在心里反复荡漾：你们离成功还有一点点，再坚持一下！你们的项目是最棒的！

    曾经比赛前忙碌的夜晚早已经成为过去时，这几年技术上的有了更大的保证，可靠性大大提高，研究问题时自然多增加了许多的自信和勇气。

    从单纯的头脑思维到创新实践的蜕变中，学生们的协同工作、角色交换、资源和时间管理能力，是在主动探索、动手实践中一步步养成的。他们亲身体验着抽象的理论变成触手可及的答案，并时时为自己的成果而自豪，享受成功的兴奋！