優(yōu)化作業(yè)設(shè)計 提高仿真機器人教學(xué)的實效性

【摘 要】針對學(xué)生在仿真機器人學(xué)習(xí)中暴露出來的興趣不濃、兩極分化、缺乏主動性等問題，設(shè)計趣味性、層次性、開放性、針對性的作業(yè)，可以提高學(xué)生練習(xí)的實效性，從而有效改善仿真機器人課堂教學(xué)的效果。

【關(guān)鍵詞】仿真機器人；作業(yè)設(shè)計

【中圖分類號】G40-057 【文獻標(biāo)識碼】B

【論文編號】1671-7384（2013）02-0065-03

仿真機器人是現(xiàn)階段開展智能機器人教學(xué)的一柄利器，它的出現(xiàn)既解決了智能機器人教學(xué)中由于財力不足造成的硬件上的瓶頸，增強了智能機器人教學(xué)的可操作性，保證了教學(xué)活動的有效開展；同時由于仿真機器人的可移植性，使智能機器人教學(xué)不再局限于課堂，大大拓寬了學(xué)生學(xué)習(xí)智能機器人編程的空間。

盡管仿真機器人已進入小學(xué)信息技術(shù)課堂，但是在教學(xué)實踐中效果并不十分理想。筆者發(fā)現(xiàn)，學(xué)生剛接觸到仿真機器人時顯得很興奮，但隨著學(xué)習(xí)的深入，一部分學(xué)生流露出了畏難的情緒，慢慢失去了進一步學(xué)習(xí)的耐心和信心，個別學(xué)生甚至游離于學(xué)習(xí)之外；還有相當(dāng)數(shù)量的學(xué)生完全圍著教師“轉(zhuǎn)”，學(xué)習(xí)上缺乏主動性、創(chuàng)造性；只有少部分學(xué)生能真正融入課堂，體驗學(xué)習(xí)帶來的樂趣。

針對學(xué)生學(xué)習(xí)中暴露出來的興趣不濃、兩極分化、缺乏主動性等問題，又考慮到仿真機器人操作較多、實踐性強、富有創(chuàng)造性的特點，筆者認(rèn)為，應(yīng)該從作業(yè)入手，通過優(yōu)化作業(yè)設(shè)計，提高練習(xí)的實效性，從而有效改善仿真機器人課堂教學(xué)的效果。下面結(jié)合教學(xué)實例從四個方面談?wù)劸唧w的做法。

趣字入手，以趣促練

布魯納認(rèn)為：“最好的學(xué)習(xí)動機，乃是學(xué)生對所學(xué)材料本身發(fā)生興趣?！毙抡n程標(biāo)準(zhǔn)也要求教學(xué)必須從學(xué)生熟悉的生活情境和感興趣的事物出發(fā)，為他們提供觀察和操作的機會，使學(xué)習(xí)成為學(xué)生自覺的需求。因此，教師設(shè)計的作業(yè)要善于把握學(xué)生的興趣點、興奮點，找準(zhǔn)適合他們口味的作業(yè)形式，不露聲色地把學(xué)生引導(dǎo)到作業(yè)中去，讓他們興趣盎然地完成作業(yè)。

1. 生活化作業(yè)

將仿真機器人作業(yè)的背景設(shè)計成生活化的情境，有利于學(xué)生主動融入其中，從而減少被動應(yīng)付的抵觸情緒，促進學(xué)生積極思考，提高解題效率。

例如，在學(xué)習(xí)“條件循環(huán)”后，筆者設(shè)計了這樣一道練習(xí)題：學(xué)校將舉行1分鐘踢毽子比賽，可是人工計時太麻煩，體育組陳老師得知同學(xué)們在學(xué)習(xí)編寫程序，所以想請大家為體育組設(shè)計一個自動計時機器人。情境呈現(xiàn)之后，筆者接著給學(xué)生煽風(fēng)點火 ：“同學(xué)們，大顯身手的機會來了，你的機器人如果被選上了，那你可是學(xué)校的名人了！”通過設(shè)計生活化的情境，將知識點和實際問題有機結(jié)合，使得學(xué)生在練習(xí)時興趣大增，從而全身心地投入到解決問題中去。

2. 游戲化作業(yè)

雖然仿真機器人在編寫程序時可以回避枯燥難懂的代碼，但其圖形化的模塊、線塊式的流程圖對學(xué)生來說還是比較單調(diào)的，如果讓他們一味地機械操作，時間一長就會變得“無味”。因此，設(shè)計一些形式活潑、富有趣味的游戲化作業(yè)，既能激發(fā)學(xué)生練習(xí)的興趣，也可以提高做作業(yè)的效率。

例如，學(xué)習(xí)“機器人行走”后，筆者把練習(xí)題做了如下設(shè)計：在一個密室里有一道密碼門，打開的方法是用一筆將所有的黑點連起來（圖1）。請用仿真機器人模擬出該軌跡，正方形的邊長自定。

“一筆畫”是學(xué)生喜聞樂見的一種數(shù)學(xué)小游戲，將機器人沿軌跡行走融入寓教于樂的游戲活動中，激活了學(xué)生學(xué)習(xí)的源動力，他們在輕松愉悅的氛圍中自覺地完成了操練。

3. 探究性作業(yè)

蘇霍姆林斯基說過：“在人的心靈深處，都有一種根深蒂固的需要，這就是希望自己是一個探索者、發(fā)現(xiàn)者、研究者，而在兒童的精神世界中，這種需要特別強烈?！币虼?，仿真機器人作業(yè)的設(shè)計要從學(xué)生心理需求出發(fā)，激發(fā)學(xué)生的探究欲望，培養(yǎng)學(xué)生的探究精神。

例如，《學(xué)習(xí)機器人轉(zhuǎn)向》一課，在學(xué)生學(xué)會機器人轉(zhuǎn)90度的基礎(chǔ)上，為了讓他們自己探究特殊角的數(shù)值設(shè)置，筆者設(shè)計了這樣一道練習(xí)題（表1）。

學(xué)生熟練掌握特殊角度的數(shù)值設(shè)置，是學(xué)會讓機器人沿軌跡行走的基礎(chǔ)，若讓學(xué)生呆板地把相關(guān)數(shù)值背下來，學(xué)生不容易記，也記不牢固。實際上，當(dāng)速度一定時，時間與角度之間是有一定的規(guī)律可循的。這道練習(xí)題不僅激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，而且讓他們通過自主探究發(fā)現(xiàn)了知識的內(nèi)在規(guī)律。

因材施教，層次分明

盡管仿真機器人是剛開始學(xué)習(xí)的新內(nèi)容，嚴(yán)格講，學(xué)生都是零起點，但經(jīng)過近三年的學(xué)習(xí)，學(xué)生對信息技術(shù)課程的學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)興趣不盡相同，學(xué)生現(xiàn)有的知識、操作能力也參差不齊。所以，學(xué)生學(xué)習(xí)仿真機器人一段時間之后，學(xué)習(xí)上的差異就逐漸暴露出來了。這就要求我們在作業(yè)設(shè)計上一定要有層次性，保證低起點、多層次，能讓不同的學(xué)生都達到練習(xí)的目的。

例如，學(xué)習(xí)“多次循環(huán)”后，為了照顧全體學(xué)生練習(xí)的需要，筆者設(shè)計了一組有梯度的練習(xí)題：在仿真界面留下下列圖案（圖2），等邊三角形的邊長自定。

這組練習(xí)題的三個圖案都由圖3衍變而來，練習(xí)內(nèi)容由易到難、由淺入深，循序漸進地逐步深化。第一題是基礎(chǔ)題，只需運用一次循環(huán)，確定機器人初始角度后，學(xué)生完全可以根據(jù)畫正方形的范例依葫蘆畫瓢；第二題是提高題，需要運用循環(huán)嵌套，但是圖案形式簡潔，學(xué)生馬上就能發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律；第三題是發(fā)展題，圖案形式變得復(fù)雜，也需要運用循環(huán)嵌套，但其中的“循環(huán)體”不太好找，首先要確定機器人的位置，同時還要結(jié)合正多邊形的知識計算出轉(zhuǎn)角的度數(shù)，對學(xué)生具有一定的挑戰(zhàn)性。通過設(shè)計多層次的作業(yè)，讓學(xué)生在練習(xí)過程中逐步達到“會——熟——活”的標(biāo)準(zhǔn)，同時也避免了練習(xí)中出現(xiàn)學(xué)生“吃不動”、“吃不飽”的現(xiàn)象，讓全體學(xué)生都有合口的“飯菜”。

力求開放，凸現(xiàn)主體

傳統(tǒng)的教學(xué)方式往往傾向于教師就一個給定的問題，告訴學(xué)生一個既定的答案。長此以往，學(xué)生就會產(chǎn)生這樣的錯覺：解決問題的途徑只有一個。由此導(dǎo)致的結(jié)果是，學(xué)生的創(chuàng)造性得不到恰當(dāng)?shù)拈_發(fā)，他們只會接受已有的知識體系，而不是主動去探索、去發(fā)現(xiàn)新的知識。因此，教師必須轉(zhuǎn)變觀念，在設(shè)計作業(yè)時，要尊重學(xué)生的個體差異，給予學(xué)生自由選擇的權(quán)利和自我發(fā)揮的空間，激發(fā)學(xué)生的自主意識和創(chuàng)造熱情。

仿真機器人雖然只是一個軟件，但其強大的功能、高度的仿真性不亞于實物機器人，它提供開放性的問題解決方案，使學(xué)生可以用不同的方法達到同一個目標(biāo)，所以，在作業(yè)設(shè)計上也要充分考慮到開放性的特點。

1. 問題解決的方法開放

例如，學(xué)習(xí)“機器人行走”后，筆者設(shè)計如下練習(xí)題：在仿真界面留下如圖4所示的“三菱”圖案，菱形的邊長自定。你能找到幾種不同的方法？

這個“三菱”形是一個特殊的圖案，學(xué)生通過觀察不難找到解題方法，但解決問題的途徑遠不止一條，設(shè)計這道題目的目的就是通過一題多解訓(xùn)練學(xué)生的思維分析能力，同時讓他們明白只要方法得當(dāng)，“條條大路通羅馬”。從作業(yè)的效果來看，學(xué)生思維活躍、參與度高、目標(biāo)達成度高。

2. 問題解決的結(jié)果開放

例如，學(xué)習(xí)“機器人檢測應(yīng)用”后，筆者設(shè)計了這樣一道練習(xí)題：小明最近很煩惱，因為家里的鬧鐘壞了，所以上學(xué)老是睡過頭，請你幫他設(shè)計一個具有鬧鐘功能的機器人。這道題目是對學(xué)生所學(xué)知識的綜合運用，因為沒有指定傳感器等模塊，他們便有了自由發(fā)揮的余地。經(jīng)過學(xué)生的精心創(chuàng)造，“形態(tài)”各異的鬧鐘機器人誕生了。有的學(xué)生應(yīng)用“亮度檢測”，設(shè)計了根據(jù)亮度叫人起床的鬧鐘；也有的學(xué)生應(yīng)用“聲音檢測”，設(shè)計了根據(jù)聲音叫人起床的鬧鐘；還有的學(xué)生構(gòu)思新穎，應(yīng)用“條件循環(huán)”、“延時等待”、“計算”設(shè)計出了定時功能的鬧鐘。學(xué)生的主體性、創(chuàng)造性都得到了激發(fā)，練習(xí)的效果自然就達到了。

突出重點，有的放矢

仿真機器人以計算機仿真的形式融合了機械、電子、傳感器、人工智能等領(lǐng)域的技術(shù)，涉及內(nèi)容十分豐富，同時它與數(shù)學(xué)、科學(xué)等學(xué)科也有著緊密的聯(lián)系。所以，仿真機器人的操練不同于一般信息技術(shù)課上某個軟件、某一功能的具體應(yīng)用，大多是綜合性的，學(xué)生需要根據(jù)問題情境，靈活選擇應(yīng)用模塊，通過不斷調(diào)試完善程序，從而獲得合理的問題解決方案。在這一過程中，往往會涉及很多方面的知識和操作技能，有些是學(xué)生已學(xué)的，有些是學(xué)生新學(xué)的。但畢竟課堂上的練習(xí)時間有限，要讓學(xué)生在練習(xí)中“面面俱到”，不太現(xiàn)實，相反因為“喧賓奪主”花費過多的時間，又容易造成學(xué)生重難點內(nèi)容練習(xí)時間不足，練習(xí)效率低下。

因此在作業(yè)設(shè)計時，教師可將作業(yè)中不太重要或者不需要學(xué)生操練的內(nèi)容預(yù)先完成，而僅留下需要強化練習(xí)的重難點。這樣既提高了練習(xí)的針對性，又可以節(jié)約學(xué)生練習(xí)的時間。

例如，學(xué)生在練習(xí)“機器人走正多邊形軌跡”時，考慮到他們已經(jīng)對“多次循環(huán)”的結(jié)構(gòu)比較熟悉，所以練習(xí)時筆者直接將搭建好的VJC流程圖文件提供給學(xué)生，讓他們重點訓(xùn)練模塊中“循環(huán)次數(shù)”、“速度”、“時間”等幾個參數(shù)的設(shè)置。通過對數(shù)值的對比，學(xué)生探索出了機器人走正多邊形的一般方法，練習(xí)的效率大大提高了。

再如，學(xué)生在仿真機器人操練中的仿真環(huán)境，教師也可以事先編輯好文件，練習(xí)時學(xué)生只要加載或?qū)胂嚓P(guān)環(huán)境即可。這一操作看似不起眼，卻可以為學(xué)生省下不少的練習(xí)時間。

玩是學(xué)生的天性，仿真機器人就是一個好玩的軟件。如果教師能從趣味性、層次性、開放性、針對性的角度去設(shè)計仿真機器人的作業(yè)，相信學(xué)生一定也會玩出精彩創(chuàng)意和智慧火花！

（作者單位：浙江桐鄉(xiāng)市實驗小學(xué)教育集團鳳鳴小學(xué)）