小學(xué)虛擬機(jī)器人教學(xué)任務(wù)設(shè)計有效性的思考

1、以生為本 興趣先行小學(xué)虛擬機(jī)器人教學(xué)任務(wù)設(shè)計有效性的思考蓮都外國語學(xué)校 葉國幸內(nèi)容摘要：在虛擬機(jī)器人的課堂教學(xué)中，任務(wù)設(shè)計起著關(guān)鍵性的作用。假若任務(wù)設(shè)計得恰到好處，可以讓自己舒心地上課，讓孩子快樂地學(xué)習(xí)，取得事半功倍的效果，何樂而不為？本文結(jié)合杭州蘿卜圈公司的3D仿真機(jī)器人軟件IRobotQ3D的使用，從創(chuàng)設(shè)情境、貼近生活、以生為本和過程評價四個方面闡述了虛擬機(jī)器人教學(xué)中如果設(shè)計有效的任務(wù)，使學(xué)生學(xué)有所得，學(xué)的快樂。關(guān)鍵詞 虛擬機(jī)器人 任務(wù)設(shè)計隨著機(jī)器人教育的普及與推廣，其在信息技術(shù)教學(xué)中的價值不斷提升。在開展競賽輔導(dǎo)的同時，應(yīng)盡快在課堂中開展機(jī)器人教學(xué)，已經(jīng)逐漸成為廣大信息技術(shù)教師的共識。但

2、實(shí)體機(jī)器人昂貴的價格，成為了廣大學(xué)校開展機(jī)器人教學(xué)活動的攔路虎。近年來，高仿真的3D虛擬機(jī)器人軟件開始出現(xiàn)。虛擬機(jī)器人教學(xué)需要結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)和生活實(shí)際設(shè)計任務(wù)，讓學(xué)生通過流程圖式的編程方式控制機(jī)器人在虛擬環(huán)境中的運(yùn)動，提高邏輯思維能力，培養(yǎng)分析和解決問題的能力。為希望開展機(jī)器人教學(xué)的眾多學(xué)校提供了一個新的選擇。筆者使用IRobotQ3D虛擬機(jī)器人軟件開展了一年的教學(xué)活動，并將自己在教學(xué)中對任務(wù)設(shè)計的些許體會總結(jié)為如下四點(diǎn)，供大家參考。一、創(chuàng)設(shè)情境 激發(fā)學(xué)生興趣現(xiàn)在的虛擬機(jī)器人課堂教學(xué)最常見的問題是：學(xué)案就像一部“軟件說明書”，教師設(shè)計的任務(wù)更像是“說明書”的介紹與演示，而學(xué)生的操作實(shí)踐則是機(jī)械

3、的重復(fù)練習(xí)。將情境教學(xué)引入任務(wù)設(shè)計當(dāng)中能很好地解決這一問題。從學(xué)生的現(xiàn)實(shí)生活出發(fā)，在任務(wù)設(shè)計時創(chuàng)設(shè)一系列生活化的情境，通過學(xué)生的體驗(yàn)與實(shí)踐，使學(xué)生懂得如何搭建簡單高效的機(jī)器人，編制有效的程序來解決任務(wù)中方方面面的問題，增強(qiáng)對虛擬機(jī)器人的理解與感悟，進(jìn)而獲得情感的升華。創(chuàng)設(shè)有效的任務(wù)情境需要注意兩點(diǎn)：一是要以激發(fā)學(xué)生興趣為基礎(chǔ)，生動具體，形象逼真，有趣味性，能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引起探索知識的欲望，在后續(xù)操作探究教學(xué)環(huán)節(jié)中能讓學(xué)生興趣持續(xù)下去，激發(fā)思維的積極性，從而有利于學(xué)生有效完成任務(wù)。二是任務(wù)情境要以提高學(xué)生信息素養(yǎng)為目標(biāo)，與具體的知識與技能、過程與方法相關(guān)聯(lián)，切不可喧賓奪主。只有這樣，

4、學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，才能通過完成任務(wù)，達(dá)到相應(yīng)的學(xué)習(xí)目標(biāo)，否則任務(wù)情境設(shè)計得再精彩也失去了應(yīng)有的價值。范例一：為了使學(xué)生能最直觀地了解灰度傳感器的作用，一開始，我將任務(wù)設(shè)計成在一個只有簡單軌跡的場地中讓小車進(jìn)行軌跡練習(xí)（見圖1）。學(xué)生在完成任務(wù)的過程中的確能掌握部分與灰度傳感器相關(guān)的知識，但任務(wù)情境比較單一，缺乏真實(shí)感、趣味性，無法保持學(xué)生的興趣，很快學(xué)生就沒有了學(xué)習(xí)的興趣和欲望。后來，我將競速、探險等元素融入任務(wù)設(shè)計中。在環(huán)游金字塔的任務(wù)中（見圖2），要求機(jī)器人從起點(diǎn)出發(fā)，沿漫游路徑，通過金字塔內(nèi)部、轉(zhuǎn)盤、翹翹板等到達(dá)終點(diǎn)。學(xué)生不但要搭建機(jī)器人，使其順利到達(dá)終點(diǎn)，還要比賽誰的機(jī)器人用時最短。由

5、于IRobotQ3D虛擬機(jī)器人軟件突出了基于物理引擎的設(shè)計，能模擬真實(shí)的物體運(yùn)動以及物體的密度、質(zhì)量、速度、加速度等各種現(xiàn)實(shí)物理屬性，在發(fā)生碰撞、受力、摩擦等運(yùn)動時能模擬出不同的運(yùn)動效果，在任務(wù)過程中，學(xué)生還要避免機(jī)器人因速度過快等因素掉下跑道。軟件創(chuàng)建的仿真場景中，跑道的四周包圍著茫茫沙漠，遠(yuǎn)處高聳的金字塔，逼真的隧道等場景一下子吸引學(xué)生的注意力，立刻就把學(xué)生引到筆者設(shè)計的教學(xué)任務(wù)中，從而激起學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣和主動探究的欲望。為了完成任務(wù)，學(xué)生必須利用灰度傳感器來搭建機(jī)器人，結(jié)合前幾節(jié)課所學(xué)的傳感器知識，才能讓自己的小車順利通過一道道關(guān)卡。這樣的任務(wù)精彩不斷，能持續(xù)引起學(xué)生的興趣，使學(xué)生更

6、主動參與完成任務(wù)的操作。這樣通過老師創(chuàng)設(shè)一定的教學(xué)情境，在有效任務(wù)的驅(qū)動下，學(xué)生利用所學(xué)的知識進(jìn)行機(jī)器人知識的綜合運(yùn)用，同時提升了學(xué)生的機(jī)器人學(xué)習(xí)和創(chuàng)作能力，最終有效地培養(yǎng)了學(xué)生的信息素養(yǎng)。圖1 圖2二、貼近生活 聯(lián)系學(xué)生實(shí)際與學(xué)生的生活相去甚遠(yuǎn)的課堂任務(wù)是很難吸引學(xué)生的。虛擬機(jī)器人教學(xué)需要結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)和生活實(shí)際設(shè)計任務(wù)，讓學(xué)生通過流程圖式的編程方式控制機(jī)器人在虛擬環(huán)境中的運(yùn)動，提高邏輯思維能力，培養(yǎng)分析和解決問題的能力。因此，在虛擬機(jī)器人教學(xué)中，設(shè)計教學(xué)任務(wù)時應(yīng)回歸現(xiàn)實(shí)，突出任務(wù)的科學(xué)性，引導(dǎo)學(xué)生把信息技術(shù)作為獲取信息、探索問題、協(xié)作解決問題的認(rèn)知工具，在探索中掌握其他學(xué)科和信息技術(shù)的知識

7、，在潛移默化中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)地分析和解決問題的能力。由于早期虛擬機(jī)器人軟件的各種不足，教學(xué)中設(shè)計的任務(wù)往往會忽略很多現(xiàn)實(shí)生活中的因素，出現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)動過于理想化，虛擬化的現(xiàn)象。使學(xué)生對所學(xué)習(xí)的物理傳感器的作用不夠真實(shí)、深刻。如：虛擬機(jī)器人運(yùn)動時始終保持勻速，也不用考慮摩擦力和動力等。時間長了，學(xué)生容易忽視真實(shí)環(huán)境中不得不面對的摩擦力、慣性等因素。這樣就切斷了虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界的聯(lián)系。這樣的教學(xué)，不但難以達(dá)到虛擬機(jī)器人的教學(xué)目標(biāo)，而且不利于學(xué)生思維嚴(yán)謹(jǐn)性和周密性的培養(yǎng)。范例二：在任務(wù)訓(xùn)練汽車駕駛員起步直行中，學(xué)生在完成任務(wù)時就發(fā)現(xiàn)：如果將小車速度設(shè)置過快，在起步時會小車前輪會抬起，甚至?xí)嶔ぃㄒ妶D3

8、），導(dǎo)致改變行駛方向。于是我引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合現(xiàn)實(shí)生活中的汽車運(yùn)動，來思考小車發(fā)生這種情況的原因。經(jīng)過討論學(xué)生提出解決方案：根據(jù)現(xiàn)實(shí)生活中的情況，小車在起步時速度不應(yīng)過快，起步穩(wěn)定后，再加速就不會有小車抬頭和顛簸的情況了。這時就可以將科學(xué)課中摩擦力方面的知識遷移過來。這樣，通過模擬逼真的現(xiàn)實(shí)物理運(yùn)動來促使任務(wù)回歸現(xiàn)實(shí)，強(qiáng)化了現(xiàn)實(shí)生活中很多的不可忽視的因素，突出了科學(xué)性，大大加強(qiáng)了機(jī)器人教學(xué)與其它學(xué)科知識整合，同時促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的形成。 圖3三、以生為本 重視學(xué)生操作課堂上，精心設(shè)計的情境激發(fā)出學(xué)生的探索欲后，教師不但要帶領(lǐng)學(xué)生分析情境中需要解決的問題，討論解決問題的方法，還要在學(xué)生的操作過程中，不

9、斷巡視，及時發(fā)現(xiàn)問題。許多問題只有在學(xué)生親自操作后才能發(fā)現(xiàn)，甚至許多教師已經(jīng)講解過的內(nèi)容，學(xué)生在操作過程中，依然會出現(xiàn)問題，教師的適時指導(dǎo)在這里顯得尤為重要。人與人的個體差異是客觀存在的，而信息技術(shù)課堂上，學(xué)生的個體差異尤為明顯。情境中遇到的問題難度不一，學(xué)生的完成情況也將出現(xiàn)差異。教師在巡視中要及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生操作中的問題，個別問題個別輔導(dǎo)，具有共性的問題適時地介入并對全班進(jìn)行講解，更為重要的是要及時發(fā)現(xiàn)有問題卻不敢提問的學(xué)生，幫助他們解決問題。不少虛擬機(jī)器人比賽的任務(wù)場景華麗，設(shè)計新穎，對學(xué)生有很大的吸引力和挑戰(zhàn)性。但對于學(xué)生而言，在每周只有一課時的情況下，在課堂上完成這些任務(wù)顯然不現(xiàn)實(shí)。浙江

10、省的比賽項目汽車總動員（見圖4）非常有趣，由于學(xué)生練習(xí)的時間有限，有些學(xué)生一節(jié)課都無法搭建好機(jī)器人。能力強(qiáng)的學(xué)生，即使搭建好機(jī)器人，也由于時間的限制，很難完成這個任務(wù)。在虛擬機(jī)器人教學(xué)中，只有學(xué)生能在指定時間內(nèi)能完成的任務(wù)才是有效的。因此，教師設(shè)計任務(wù)時，應(yīng)充分考慮學(xué)生現(xiàn)有的情況，設(shè)計出貼近學(xué)生的操作能力和思維水平的任務(wù)，這樣的任務(wù)才能稱得上有效的課堂任務(wù)。圖4于是筆者從汽車總動員中分解出適宜學(xué)生學(xué)習(xí)的攻克直角彎任務(wù)：基本任務(wù)是機(jī)器人沿著從起點(diǎn)開始的直道高速前進(jìn)，沿途要吃盡可能多的得分體，并要使機(jī)器人順利通過一個直角彎道，最后通過大橋到達(dá)終點(diǎn)。這個任務(wù)規(guī)模小，完成任務(wù)的程序比較短，容易被學(xué)生理

11、解。任務(wù)中涉及到許多學(xué)生能理解的科學(xué)原理，如慣性，重心等，符合學(xué)生的現(xiàn)有的文化知識結(jié)構(gòu)，完成任務(wù)過程中，教師可以適時地加以總結(jié)，概括出其規(guī)律性的知識，實(shí)現(xiàn)從現(xiàn)象到本質(zhì)，由感性到理性的過渡。這樣的任務(wù)具有一定的可操作性，學(xué)生在操作中探求新知，實(shí)踐中把握真知，學(xué)習(xí)中掌握方法，有效地幫助學(xué)生獲取新知、熏陶科學(xué)情感。四、評價過程 鼓勵學(xué)生創(chuàng)新在3D仿真虛擬機(jī)器人教學(xué)中，大部分任務(wù)都具有很強(qiáng)的目標(biāo)導(dǎo)向性，學(xué)生完成任務(wù)的情況，只看運(yùn)行結(jié)果就能一目了然，以致學(xué)習(xí)評價通常都采用終結(jié)性評價。由于學(xué)生之間存在差異，不是所有學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)都能完成指定的任務(wù)，而終結(jié)性評價容易降低基礎(chǔ)較差學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，也影響了任

12、務(wù)情境所激發(fā)出來的學(xué)習(xí)熱情的持續(xù)效果。因此，在虛擬機(jī)器人的教學(xué)中，學(xué)習(xí)評價要在完成任務(wù)的過程中及時進(jìn)行，不能等學(xué)生完成所有任務(wù)后才進(jìn)行評價。范例三：筆者在設(shè)計訓(xùn)練汽車駕駛員這一任務(wù)中的第二課直行轉(zhuǎn)彎時，只為學(xué)生提供了常規(guī)的如圖5中所示程序范例。圖5但是在學(xué)生的實(shí)際練習(xí)中，卻意外地出現(xiàn)了和兩種轉(zhuǎn)彎路線。在發(fā)現(xiàn)了新方法后，筆者立刻對這幾名學(xué)生進(jìn)行了肯定和表揚(yáng)，并請他們演示和講解自己的程序，使他們贏得了同學(xué)的掌聲。這幾名學(xué)生在以后的學(xué)習(xí)中，表現(xiàn)的更加自信也更加努力地研究程序。可見，在教學(xué)中注重過程性評價，及時鼓勵創(chuàng)新，肯定學(xué)生的學(xué)習(xí)成果，會對學(xué)生帶來極大的鼓舞，增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果。虛擬機(jī)器人教學(xué)，既有明顯的程序特征又有典型的應(yīng)用特點(diǎn)。教師不僅要根據(jù)教學(xué)目標(biāo)設(shè)計有效的教學(xué)任務(wù)，還需要更多地研究虛擬機(jī)器人的教學(xué)內(nèi)容，深入研究學(xué)生的身心發(fā)展特點(diǎn)，因材施教，努力做到讓所有學(xué)生都能學(xué)有所得，讓學(xué)生通過虛擬機(jī)器人