和機器人的親密接觸教學案例

機器人小助手之模擬推窗任務湖北省武漢市武漢小學康寧【教學內(nèi)容】本課是一節(jié)五年級機器人學習課，是改編自武漢版信息技術(shù)六年級上冊第2課《和機器人的“親密接觸”》的內(nèi)容，并結(jié)合了學校機器人興趣小組的活動課程，主要針對的是機器人馬達控制的學習。而本課教學內(nèi)容是在學生已經(jīng)學習了機器人直線行走的基礎(chǔ)上進行的，因此重點將放在轉(zhuǎn)彎問題的探究上。本課也是我嘗試研究的《機器人小助手》系列課程之一，旨在將學習任務融入生活情景問題，讓學生在解決任務的過程中，自主研究動作程序，體驗控制機器人的樂趣，感受機器人服務于生活的魅力，從而打破學生對機器人的神秘感，激發(fā)他們對人工智能領(lǐng)域的后期探究興趣。【教學目標】1、知識目標：了解機器人轉(zhuǎn)彎，能夠控制機器人馬達完成前進、轉(zhuǎn)彎；掌握調(diào)整機器人馬達速度和運行時間來影響轉(zhuǎn)彎的方法。2、能力目標：能根據(jù)機器人運動線路，轉(zhuǎn)化為程序設計，控制機器人解決生活情景問題。3、情感目標：體驗控制機器人的樂趣，感受機器人服務于生活的魅力，產(chǎn)生對機器人學習的持續(xù)探究興趣?！窘虒W重點】了解機器人轉(zhuǎn)彎，能夠控制機器人馬達完成前進、轉(zhuǎn)彎。【教學難點】掌握調(diào)整機器人馬達速度和運行時間來影響轉(zhuǎn)彎的方法。【教學準備】學習任務單、課件和微視頻資料、機器人設備（6臺）、機器人程序編寫軟件、活動場地2張【教學策略與教法】模擬生活情景創(chuàng)設任務，微視頻引導自主式學習，學習任務單輔助學習【教學過程】一、情景引入，明確任務課件播放情境：小鳴的困難。提問：我們的學習任務是什么？（學生回答）揭示任務：做出一個能幫小鳴奶奶推開窗戶的機器人小助手。（板書課題）二、自主探究，解決問題（1）規(guī)劃動作出示示意圖：這是小鳴奶奶居住的房間示意圖，小鳴已經(jīng)規(guī)劃好機器人運動的線路。（如右圖）提問：你能說出機器人行走的分解動作嗎？鄰座間交流后回答。教師引導概括為四個動作：前進一段到轉(zhuǎn)彎點左轉(zhuǎn)90度前進一段到終點停止（板書）（2）設計程序比較這些動作，對于設計程序，你覺得哪個完成起來簡單些？說說理由。1、簡要復習“前進、停止”的程序。2、重點解決“左轉(zhuǎn)”的問題。①了解機器人轉(zhuǎn)彎的原理提問：怎么控制馬達才能讓機器人轉(zhuǎn)彎（以左轉(zhuǎn)為例）呢？一起觀看微視頻后，學生回答。②控制機器人馬達完成轉(zhuǎn)彎動作出示任務一：參考前進、停止的程序進行修改，完成左轉(zhuǎn)90度動作。并思考問題：調(diào)整機器人的轉(zhuǎn)彎與什么因素有關(guān)呢？學生活動要求：1、自學微視頻，感受機器人不同轉(zhuǎn)彎方式的效果，先想一想：選擇哪一種轉(zhuǎn)彎方式合適？為什么？然后編程；2、到活動場地的轉(zhuǎn)彎點測試你編寫的動作程序；3、將每次測試的左轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)填寫到學習任務單上，看看你有什么發(fā)現(xiàn)？4、活動時間8分鐘。學生實踐，教師巡堂指導。A、請學生匯報選擇的轉(zhuǎn)彎方式，并說說理由。小結(jié)：機器人轉(zhuǎn)彎與馬達速度有關(guān)。我們要根據(jù)場地環(huán)境選擇合適的轉(zhuǎn)彎方式。B、請學生匯報測試的次數(shù)和程序數(shù)據(jù)，并說說自己的發(fā)現(xiàn)。小結(jié)：機器人轉(zhuǎn)彎還與運行時間有關(guān)。轉(zhuǎn)彎運行時間越長，轉(zhuǎn)彎角度越大，需要反復調(diào)試。師生共同總結(jié)轉(zhuǎn)彎的程序設計方法。三、鞏固新知，完成任務問題都解決了，下面就讓我們完成推窗任務吧！出示任務二：將四個分解動作串聯(lián)起來，編程并調(diào)試，讓機器人走到窗戶邊，并推開窗戶。學生活動要求：1、結(jié)合任務一的研究成果，參考學習任務單上的溫馨提示，編寫程序；2、完成任務的小組，請根據(jù)學習任務單上提綱，準備成果發(fā)布；3、活動時間8分鐘。學生開展活動，教師巡堂指導。請學生根據(jù)學習單分小組匯報，進行成果分享。四、思維拓展，交流小結(jié)1、提問：想一想，機器人推開窗戶后，它還可以做些什么？你還想研究制作什么樣的機器人小助手來改變我們的生活？談談自己的想法。2、視頻欣賞：生活中還有許多機器人小助手呢。小結(jié)課堂。【板書設計】機器人小助手之模擬推窗任務馬達速度運行時間前進一段到轉(zhuǎn)彎點馬達速度運行時間左轉(zhuǎn)90度前進一段到終點停止附：組《機器人小助手》學習任務單任務一：對左轉(zhuǎn)90度測試數(shù)據(jù)的采集溫馨提示：1、觀看微視頻，感受機器人多種轉(zhuǎn)彎方式的效果，然后編程；2、到活動場地上需要轉(zhuǎn)彎的地方，去測試左轉(zhuǎn)90的動作，注意分析哪些因素可以影響轉(zhuǎn)彎的角度，并多次進行調(diào)試；3、將每次測試的數(shù)據(jù)結(jié)果填寫在下表中：次數(shù)左馬達M1速度右馬達M2速度運行時間（秒）左轉(zhuǎn)結(jié)果（請?zhí)顚?gt;、=或<）1（）90度2（）90度3（）90度（）90度（）90度通過填寫數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)：當馬達速度確定不變時，運行時間越，轉(zhuǎn)彎角度越。我們覺得：機器人轉(zhuǎn)彎與和有關(guān)。任務二：機器人完成推窗任務溫馨提示：1、將四個動作串聯(lián)起來的程序流程如下：對照流程圖你會編寫程序嗎？試一試吧！2、小組成果發(fā)布提綱如下：我們小組完成任務，大概做了（）次程序調(diào)整；匯報編寫的程序數(shù)據(jù)，我們組認為程序中，最關(guān)鍵的數(shù)據(jù)設置是；分享一下完成任務的學習感受。課后反思：我執(zhí)教本課的初衷，一直是圍繞著思考“如何推動小學機器人的普及教育”來開展的。但與其他人不盡相同的是，我并沒有把研究的重心放在機器人器材設備的遴選上，而是更多的著眼于機器人課堂教學的策略探索。所幸的是，我能將自己的想法付諸于課堂實踐，并將它沉淀為如下幾點心得，與大家分享。1、生活化建?！獎?chuàng)設生活化的模擬情境，讓機器人學習活動貼近生活。建模是機器人教學“任務驅(qū)動法”很重要的環(huán)節(jié)，建模的好壞直接影響著學生學習積極性的強弱。而機器人作為高科技的產(chǎn)物和代表，一直都被大家奉為無可觸及的“神物”，是科學家才能觸碰的技術(shù)，學生因敬畏而產(chǎn)生距離感、困難感，甚至覺得機器人學習沒多大作用而降低積極性。那么創(chuàng)建怎樣的模擬情境，才能打破機器人的神秘感，讓機器人走下“神壇”，走進課堂，親近學生呢？“生活即教育”理論是陶行知教育思想的核心，“生活化教學”的提法也由來已久。創(chuàng)設生活化的模擬情境，讓機器人學習活動貼近生活，這無疑不是一個好的做法。因此，我將本課教學始終圍繞一個學習任務“編寫一個能模擬推開窗戶的機器人”展開，并由此創(chuàng)設了一個生活情境：“小鳴的奶奶想開窗透氣，可行動不變。小鳴非常心疼奶奶，就想到做一個機器人，放在床頭邊，只要奶奶一啟動它，就可以自動走過去把窗戶推開。機器人的結(jié)構(gòu)已經(jīng)搭建好了，可是小鳴不知道怎樣編寫程序，才能讓機器人走到窗戶邊，于是想請大家?guī)蛶退薄＞褪沁@樣一個簡單的機器人小助手（智能管家）的情境，很快地將學習任務融入到生活情景問題，讓學生在解決問題的過程中，很自然地主動研究動作程序的編寫，最終體驗到控制機器人的樂趣，感受到機器人服務于生活的魅力，也打破了學生對機器人的神秘感，激發(fā)了他們對人工智能領(lǐng)域的后期探究興趣。同時，本課也是我正在嘗試研究的《機器人小助手》系列課程之一，旨在讓機器人學習成為孩子們的一種綜合實踐活動。2、微視頻助學——教學現(xiàn)場版的“翻轉(zhuǎn)課堂”，凸顯學生學習的自主性。一節(jié)課40分鐘對于完成一個機器人的學習任務而言，時長是不夠的，而機器人的普及教育又必須面向課堂主陣地，所以“如何緊抓課堂40分鐘不放松，提高機器人的教學效率？”，將是我們無法回避、亟待解決的問題?！拔⒄n”作為一種新的教學方式，正悄然興起，它可以使學習者通過自主學習獲得最佳效果。于是，我在本課大膽嘗試使用微視頻助學，實踐一種“先學習后交流”式的教學現(xiàn)場版“翻轉(zhuǎn)課堂”，凸顯學生學習的自主性。課中我一共使用了三次微視頻助學：第一次是情境導入，我將靜態(tài)圖片串聯(lián)，制作成一個漫畫故事的小視頻，快速并順利的提出了本課的學習任務：“做出一個能幫助小鳴奶奶推開窗戶的機器人小助手”；第二次我剪輯網(wǎng)上搜索到的小視頻，組織學生集體觀看“生活中的轉(zhuǎn)彎現(xiàn)象”，學生通過動態(tài)畫面、字幕，快速地知道了控制機器人馬達實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎的三種方式；第三次是在學生完成機器人轉(zhuǎn)彎動作的任務時，我提供的微視頻，目的是讓學生理解機器人轉(zhuǎn)彎三種方式所呈現(xiàn)的不同效果，以及編程方法，學生可以根據(jù)自己掌握的情況，自主學習，在困難時隨時觀看，在不懂處反復回放。“微視頻助學”更好地尊重了學生的個體發(fā)展，壓縮了學生“被動式的學”和教師“填鴨式的教”，極大地騰出了師生、生生交流的時間，提高了學生“學”與教師“教”的效率。3、注重思維方法的訓練——教學的關(guān)注點由學生“學什么”走向“怎么學”。小學機器人普及教育的目的是這么？這是一個不得不思考的問題。是讓學生學會制作機器人呢？還是通過控制機器人，讓學生了解思維算法，知道怎么去處理問題呢？我更傾向于后者。在執(zhí)教本課的過程中，學生學習最關(guān)鍵的是，需要完成機器人轉(zhuǎn)彎90度的任務。但我對學生的要求，并不僅僅只是調(diào)試機器人成功這么簡單，而是在此基礎(chǔ)上探究“你完成任務是怎么做到的”、“有怎樣的思維過程”。于是我在設計學習任務單時，注重學生調(diào)試數(shù)據(jù)的過程性記錄，并在課堂上引導學生填寫、分析：“通過實踐，第一