中小學(xué)機(jī)器人教學(xué)中項(xiàng)目學(xué)習(xí)模式的實(shí)踐

　　隨著我國(guó)基礎(chǔ)教育信息化的發(fā)展，機(jī)器人教育正越來(lái)越被人們所關(guān)注。近年來(lái)教育機(jī)器人逐步成為中小學(xué)信息技術(shù)課程和綜合實(shí)踐課程的良好載體。在新一輪課程改革理念的指導(dǎo)下，在機(jī)器人教學(xué)中開(kāi)展基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，能夠轉(zhuǎn)變教師的教學(xué)思想和知識(shí)結(jié)構(gòu)以推動(dòng)機(jī)器人教學(xué)的開(kāi)展，提高教學(xué)效果。
　　1918年9月，美國(guó)著名的教育家克伯屈首次提出了項(xiàng)目學(xué)習(xí)的概念，引起了教育界的廣泛關(guān)注和興趣。項(xiàng)目學(xué)習(xí)法（Project-based Learning）是一種教和學(xué)的模式，它集中關(guān)注于某一學(xué)科的中心概念和原則，旨在學(xué)生融入有意義的任務(wù)完成過(guò)程中，讓學(xué)生積極地學(xué)習(xí)、自主地進(jìn)行知識(shí)的建構(gòu)，以學(xué)生建構(gòu)的知識(shí)和培養(yǎng)起來(lái)的能力為最高成就目標(biāo)。項(xiàng)目教學(xué)是建立在學(xué)生興趣與需要基礎(chǔ)之上的，經(jīng)有目的的活動(dòng)作為教育過(guò)程的核心或有效學(xué)習(xí)的依據(jù)，它對(duì)于打破學(xué)科體系，實(shí)施跨單元、跨學(xué)科的學(xué)習(xí)具有重要作用。
　　以智能機(jī)器人為載體的教學(xué)，著眼于培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力。實(shí)踐性是其本質(zhì)特征之一。因此在機(jī)器人教學(xué)中應(yīng)突出實(shí)踐性，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。把項(xiàng)目學(xué)習(xí)引入到智能機(jī)器人綜合實(shí)踐課程中，能有效培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、邏輯思維能力、創(chuàng)造能力和協(xié)作能力。智能機(jī)器人綜合實(shí)踐課程是一項(xiàng)復(fù)雜的活動(dòng)，讓學(xué)生在活動(dòng)中掌握學(xué)習(xí)方法、制定活動(dòng)計(jì)劃、建立良好的工作程序是成功的必要保證。
　　教師要輔導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)好智能機(jī)器人活動(dòng)的項(xiàng)目方案，方案的內(nèi)容包括：項(xiàng)目?jī)?nèi)容、項(xiàng)目分析和項(xiàng)目流程圖等。項(xiàng)目的實(shí)施可以分為三個(gè)智能層次。第一層智能：搜集活動(dòng)——學(xué)生首先挑選項(xiàng)目或由教師指定項(xiàng)目。接著教師和學(xué)生共同討論指導(dǎo)方針和時(shí)間限制，然后學(xué)生開(kāi)始閱讀、調(diào)查、采訪和搜集實(shí)例。當(dāng)學(xué)生開(kāi)始認(rèn)識(shí)到這些信息在逐步構(gòu)建一個(gè)產(chǎn)品時(shí)，他們便進(jìn)入第二層智能：加工活動(dòng)——現(xiàn)在學(xué)生將完全投入到他們搜集的信息當(dāng)中，并對(duì)這些信息進(jìn)行分析，形成有意義的信息整體，進(jìn)行綜合整理以形成新思想，最終構(gòu)建出產(chǎn)品。第三層智能：應(yīng)用觀點(diǎn)——當(dāng)產(chǎn)品成型時(shí)，學(xué)生對(duì)產(chǎn)品不斷地進(jìn)行自我評(píng)價(jià)，從而進(jìn)行調(diào)整、重建，最終來(lái)改善產(chǎn)品的質(zhì)量。以下是筆者教學(xué)實(shí)踐中的一則項(xiàng)目活動(dòng)案例：
　　“鐵路道口無(wú)人看守電子門(mén)”項(xiàng)目活動(dòng)
　　學(xué)習(xí)對(duì)象：八年級(jí)
　　課程類型：機(jī)器人綜合實(shí)踐活動(dòng)課
　　項(xiàng)目時(shí)限：６課時(shí)
　　一、項(xiàng)目學(xué)習(xí)情境
　　我國(guó)鐵路網(wǎng)密布，伴隨著鐵路建設(shè)的發(fā)展，鐵路道口交通事故頻發(fā)，給人民生活和國(guó)家經(jīng)濟(jì)帶來(lái)了巨大損失。因此，迫切需要一種經(jīng)濟(jì)適用，便于管理，能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的管理系統(tǒng)。
　　“門(mén)”是日常生活中極為常見(jiàn)的裝置，如何利用機(jī)械構(gòu)造原理和編程理論制造一個(gè)無(wú)人看守的電子門(mén)模型，需要同學(xué)們善于觀察、開(kāi)動(dòng)腦筋、親手操作。
　　二、立項(xiàng)目標(biāo)
　　在本項(xiàng)目活動(dòng)中，學(xué)生將熟悉杠桿、齒輪、電機(jī)、傳感器等簡(jiǎn)單機(jī)械的應(yīng)用，經(jīng)過(guò)搭建模型、編寫(xiě)程序，最后完成電子門(mén)裝置。該裝置能根據(jù)鐵路道口列車通行狀態(tài)對(duì)道口進(jìn)行封閉和開(kāi)啟通道的機(jī)械系統(tǒng)模型，通過(guò)可視化編程使整個(gè)系統(tǒng)協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。
　　三、分組協(xié)作
　　基于項(xiàng)目的課堂是以學(xué)生為中心的教學(xué)模式。在這里，合作、交流和活動(dòng)是不可缺少的。因此，小組活動(dòng)是一種生活技能，學(xué)生在合作組中工作，開(kāi)展頭腦風(fēng)暴、討論、反饋、完成任務(wù)或共享資源。通過(guò)在小組中向?qū)W生提出具體的、個(gè)性化的任務(wù)，綜合同伴的評(píng)價(jià)或個(gè)性化的清單，形成學(xué)生對(duì)工作和為小組作貢獻(xiàn)的責(zé)任感。
　　四、項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程
　　項(xiàng)目學(xué)習(xí)流程：（參見(jiàn)下圖）
　　一層智力：收集活動(dòng)
　　閱讀：鼓勵(lì)學(xué)生課下到圖書(shū)館、書(shū)店查閱有關(guān)機(jī)械原理方面書(shū)籍。
　　訪談：采訪物理學(xué)科老師或有相關(guān)知識(shí)的人員，了解簡(jiǎn)單機(jī)械原理，思考在日常生活中的應(yīng)用。
　　觀看：觀察不同場(chǎng)所的“門(mén)”的開(kāi)啟方式、所應(yīng)用的機(jī)械裝置，包括視頻資料，做好筆記。
　　參觀：參觀鐵路道口，實(shí)地考察火車通行狀態(tài)。有條件的小組可將場(chǎng)景拍攝下來(lái)。
　　互聯(lián)網(wǎng)搜索：在網(wǎng)上搜尋“電子門(mén)”所涉及的物理、計(jì)算機(jī)方面相關(guān)知識(shí)。
　　研究：將收集到的資料匯總，整理，小組成員一起討論，列出要點(diǎn)，形成初步方案。
　　二層智力：加工活動(dòng)
　　素描：嘗試?yán)L制要制作的“電子門(mén)”的草圖，設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)。
　　繪畫(huà)：畫(huà)出力的示意圖，標(biāo)識(shí)應(yīng)用原理。
　　計(jì)算：模型的規(guī)格，如：長(zhǎng)、寬、高等。
　　生成：組內(nèi)討論項(xiàng)目實(shí)施方案，利用機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室資源，收集所用組件、材料及工具。
　　制作原型：制作“鐵路道口無(wú)人看守電子門(mén)”模型，配以說(shuō)明。
　　三層智力：應(yīng)用活動(dòng)
　　嘗試：編寫(xiě)程序，使“電子門(mén)”模型具有智能化。
　　檢測(cè)：將程序下載到模型芯片上，檢測(cè)效果。
　　評(píng)價(jià)：觀察“電子門(mén)”整個(gè)運(yùn)行過(guò)程，評(píng)價(jià)測(cè)驗(yàn)所得結(jié)果。
　　修改：根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行修改，優(yōu)化解決方案。
　　重復(fù)：重復(fù)檢測(cè)、評(píng)價(jià)、修改階段工作，使產(chǎn)品更加完善。
　　展示：各小組將最終的項(xiàng)目產(chǎn)品依次進(jìn)行展示，并對(duì)構(gòu)造原理，設(shè)計(jì)的獨(dú)到之處進(jìn)行講解，其他小組可進(jìn)行提問(wèn)或提出改進(jìn)意見(jiàn)。
　　反思：根據(jù)其他同學(xué)意見(jiàn)，進(jìn)一步完善項(xiàng)目解決方案。將本項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中的感受記下來(lái)，進(jìn)行總結(jié)。
　　［案例啟示］從這個(gè)案例的實(shí)踐中，項(xiàng)目學(xué)習(xí)滲透到機(jī)器人課程中來(lái)，對(duì)教學(xué)改革產(chǎn)生了積極的效應(yīng)。
　　
　　(1)角色的轉(zhuǎn)變。當(dāng)教師和學(xué)生一起完成項(xiàng)目、進(jìn)行技術(shù)的融合時(shí)，他們的角色會(huì)改變。教師的角色：教師要放棄在傳統(tǒng)教學(xué)中的控制欲，課堂內(nèi)外主要教學(xué)工作是策劃促進(jìn)學(xué)生自主組織操作程序和學(xué)習(xí)程序。在整個(gè)項(xiàng)目的過(guò)程中，教師起到輔導(dǎo)員和幫助者的作用，激勵(lì)學(xué)生進(jìn)行思考，討論交流。學(xué)生角色：在項(xiàng)目中他們被鼓勵(lì)去做決定，合作學(xué)習(xí)，主動(dòng)學(xué)習(xí)，作公開(kāi)展示活動(dòng)，建構(gòu)自己的知識(shí)。
　　(2)課堂教學(xué)組織形式改變。實(shí)施項(xiàng)目學(xué)習(xí)，打破了傳統(tǒng)教學(xué)學(xué)科間的絕對(duì)分割，注重學(xué)科間的相互滲透，強(qiáng)調(diào)教學(xué)對(duì)象的手腦并用，引導(dǎo)學(xué)生“學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、學(xué)會(huì)生活、學(xué)會(huì)創(chuàng)造”。
　　(3)教學(xué)時(shí)空的拓展。項(xiàng)目學(xué)習(xí)需要學(xué)生走向社會(huì)進(jìn)行調(diào)查，學(xué)習(xí)時(shí)空由課內(nèi)向課外、由校內(nèi)向校外拓展。
　　(4)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性提高。當(dāng)學(xué)生經(jīng)歷了親身搜集、組織信息的過(guò)程，他們將體驗(yàn)到作為一個(gè)勝任的、有能力的學(xué)習(xí)者的快樂(lè)。當(dāng)他們看到親手制作的產(chǎn)品時(shí)，他們將體驗(yàn)到成功的喜悅。項(xiàng)目學(xué)習(xí)的作用還在于它增強(qiáng)了學(xué)生的探究能力，激勵(lì)他們學(xué)習(xí)更多的知識(shí)。