为未来“智造”
叶岚 江凌昊
摘 要：随着新一轮教育改革的深化，南京科技创新教育也紧随时代的步伐，以培养学生核心素养、关键能力、创新意识为重任，致力于发展学生思维，全面提高学生科学素养，为孩子的未来打下坚实的基础，为祖国未来的创新人才奠定基石。南京市科技创新“仿生机器人创意制作活动”就是这样一个为学生未来发展而创建的智造舞台。
关键词：科技创新教育; 仿生机器人活动; 为未来“智造”
中图分类号：G624.6? ? ? ? ? ? ?文献标识码：A? ? 文章编号：1006-3315（2020）10-053-001
仿生机器人是学习基础仿生机械运动方面的活动。要求学生以130小型直流电机为动力，把奥松板、雪糕棒等原始材料进行巧妙工程设计、技术加工、创意組合，制作出像老虎一样四足行走、像袋鼠一样跳跃、像毛毛虫一样蠕动爬行等五种仿生运动方式的机械结构。
一、以实践操作强化技术应用
21世纪是科技突飞猛进的时代，是全新的知识经济时代，为了让学生能适应未来社会的发展，培养学生拥有很强的实践操作能力，使学生学会应用技术去解决生活中实际问题，成为学生适应未来社会必备的关键能力之一。而现在独生子女在父母过分的溺爱下，在应试教育影响下，在活动安全的压力下，几乎没有机会实际操作工具，导致动手实践能力低下，这样的学生一定不能适应未来的社会发展。仿生机器人活动在这方面为学生提供了大量的学习机会与实践平台。
仿生机器人与其他机器人活动不同之处在于，它提供的奥松板、雪糕棒、齿轮箱都是未经加工的原始材料，并且由学生现场制作完成。学生想要在现场制作出仿生机器人，必须先用这些原始材料加工出自己需要的零件，加工原始材料，就一定要使用工具。在仿生机器人加工中需要使用到“锯切、钻孔、紧固、用胶、齿轮箱组装”等技术，在其他活动中很难同时涵盖。
这些技术并不是一蹴而就的，每一项技术都有严格的使用方法和使用规范，工具手持姿势、工具运动方向、工具运动的角度、工具使用的力度、工具使用中关注的位置等，都需要学生学习了解，再一招一式地模仿，还需要经过一定时间的练习才能运用熟练。学生在练习中积累、领悟，最终在实践中强化技术运用。不同的加工技术完成不同的加工任务，同一个加工任务还可以选择不同的加工工具完成技术的实施，比如在钻孔技术中，学生可以选择手摇钻、电动枪钻、半自动手钻等，每一种工具都可以完成钻孔，但每一种工具完成任务的程度、使用方法都不同，学生可以根据自己的实际情况选择不同的加工工具进行实践操作，完全尊重学生的体验与感受。
二、以学科融合活化学科知识
随着人类知识的丰富积累，知识正在不断向综合化、系统化方向发展，学生只会进行单一学科知识的学习，不会将已有知识进行交融、活化，已经不能满足未来对复合型人才的需要，而校内由于受到国家规定学科课时的限制，学生很难真正实现多学科知识的综合运用。在仿生机器人活动中，则能够让学生实现多学科知识的综合运用。
仿生机器人需要学生在现场制作出不同的仿生机械结构，及与仿生结构相配合的艺术造型。在这些结构、造型的设计制作中，学生需要考虑电路的连接、齿轮的搭配、电源的选择、杠杆与轮轴中力的计算、重心对运动的影响，摩擦力的研究、艺术造型的设计、传统文化的融入、表达的方式等各类问题。其实我们可以发现，这些知识来自语文、数学、美术、音乐、科学、信息等校内课本或课外丛书中，学生们从小学开始，就已经或深或浅的接触，大部分是学生已经掌握的知识。
比如以四足行走方式运动的“万兽之王”，在活动中需要完成竞速和拔河两项任务，竞速是比较输出速度，拔河是比较输出力量。两项任务都需要提高电机输出功率，在电机不变的情况下，学生就要对电源展开研究，测量各种型号电池的电流与电压，以获得更高的输出功率。确保高功率之后，学生要根据不同的任务选择不同的齿轮配比，或减速以提高扭矩，或降扭矩以提高速度;研究机器的自重，或减重以提高速度，或增重以加大拉力;测试摩擦力的影响，或减小摩擦以提高速度，或增大摩擦以加大抓地力……还需要考虑艺术造型中色彩对评委视觉感受的冲击、大小对运动阻力的影响、重心位置对运动稳定的影响等诸多因素。由仿生机器人制作中引发的各学科知识集中出现，就逼着学生尝试进行学科间资源融合，将书本上的知识在项目制作中活化，在活化知识的同时，将知识网络化，促进学生发展科学思维，培养学生对知识综合运用的能力、知识与生活实践相结合的能力。
三、以项目学习转变学习方式
在传统知识传递过程中，受到知识传播途径的限制，传统课堂中教师的角色是知识的传播者、宣讲者，学生的机械的知识接受者。而随着网络社会的到来，知识的传播途径发生着根本的改变，获取知识的渠道变得多种多样，教师在课堂中开始承担起组织者、引导者的角色。教师角色的改变，意味着学生学习方式也随之改变。
项目式学习是一种以学生为中心的学习方法，仿生机器人为学生构建一个真实环境，学生组建团队通过在此环境里解决不同的开放式问题，进行自主探究学习，教师在学生的自主学习中仅仅是组织者、引导者。比如以模仿昆虫前进的“蚂蚁雄兵”，需要学生用雪糕棒制作蚂蚁的脚，那么雪糕棒的数量，雪糕棒之间的间距，则成为机器稳定运行的保障。在活动中，学生首先需要自主探究用雪糕棒分割圆，圆被切分得越细运行越稳定，但是跨越障碍的能力越弱，圆被切分得越少运行不稳定，但跨越障碍的能力越强。学生对此产生极大的兴趣，从而通过比较切分圆的不同方式，自主探究寻找最佳的切分方法。在学生的学习中，教师首先通过工程任务的解读，成为教学的组织者;再通过工程设计中的点拨，成为学生解决问题的引导者;当学生出现懈怠时，教师是鼓励者。从而使学生通过自己的探究，找到切分圆的最佳数量。
项目式学习在学生探究过程中，赋予学生创造力、团队合作和领导力、动手实践能力，随着学生能力的提高，能帮助学生从容应对未来的挑战。仿生机器人活动以项目式学习的方式，为学生创造了独立实践操作的机会和活化知识的空间，培养了学生团队合作精神，以及解决问题、独立思考的能力，充分激发了学生的探究创造潜能，为学生未来的发展奠定坚实的基础。
