巧設(shè)支架提高機(jī)器人常態(tài)化教學(xué)可行性

周玳珈

機(jī)器人教育在培養(yǎng)學(xué)生思維、動手、合作、創(chuàng)新等多方面能力的價值越來越得到廣大中小學(xué)教育者的認(rèn)同，然而由于中小學(xué)機(jī)器人教育在國內(nèi)正處于起步階段，要實現(xiàn)普及化、常態(tài)化還存在諸多困難。

2003年教育部頒布的普通高中新課程標(biāo)準(zhǔn)明確將機(jī)器人教學(xué)列入技術(shù)課程，但由于受到課程地位和課時的局限，學(xué)校或教師在機(jī)器人課程的內(nèi)容設(shè)置上隨意性較強(qiáng);與設(shè)備相關(guān)的資金與維護(hù)等問題也使得機(jī)器人教育成為“高端教育”而令人卻步;機(jī)器人課程中技術(shù)應(yīng)用與實踐活動相對較多，課堂中教師常常要面對眾多學(xué)生可能出現(xiàn)或提出的各種問題，對教師的精力也提出一定的挑戰(zhàn)。受上述問題的制約，較多學(xué)校只是以參加競賽為目的，以培訓(xùn)活動班的形式開展機(jī)器人教學(xué)，只有經(jīng)過篩選的少數(shù)學(xué)生才能接受機(jī)器人教育。

2010年以來，筆者所在學(xué)校的技術(shù)學(xué)科組開展了《在高中階段技術(shù)領(lǐng)域開設(shè)智能機(jī)器人常態(tài)課的研究》的教研課題，在信息技術(shù)與通用技術(shù)兩門學(xué)科中開設(shè)機(jī)器人常態(tài)課，通過教師設(shè)計學(xué)生學(xué)習(xí)支架，解決機(jī)器人教學(xué)中常見的瓶頸問題，使得面向幾乎零起點的全體學(xué)生的機(jī)器人教學(xué)的可行性得以保證。

● 編設(shè)學(xué)案，提供直觀獲取概念與方法的認(rèn)知框架，提高常態(tài)化教學(xué)的規(guī)范性和可操作性

由于機(jī)器人教育尚未真正實現(xiàn)普及，在任何階段開展機(jī)器人課程都可將教學(xué)對象基本視為全體零起點，并且沒有配套的機(jī)器人教材。因此，針對學(xué)校條件、教學(xué)計劃和學(xué)生特點編寫設(shè)計有針對性的學(xué)案，是保證機(jī)器人教學(xué)的規(guī)范性和可操作性的根本。面向基本零起點的教學(xué)對象，學(xué)案內(nèi)容必須能提供可直觀獲得基本概念與方法的認(rèn)知框架，使學(xué)生在知識習(xí)得或完成操練的過程中能隨時有一個基本支架，可學(xué)習(xí)、可參考、可查閱，在一定程度上也可培養(yǎng)學(xué)生主動的、科學(xué)的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

學(xué)案的結(jié)構(gòu)與內(nèi)容應(yīng)以課時進(jìn)度、教學(xué)內(nèi)容為依據(jù)，一般提供包括幫助回顧上節(jié)知識、呈現(xiàn)本節(jié)知識、引導(dǎo)本節(jié)任務(wù)、拓展學(xué)習(xí)與應(yīng)用、引導(dǎo)本節(jié)評價和提供相關(guān)知識鏈接等的支架。筆者以《重復(fù)命令與重復(fù)結(jié)構(gòu)》一課為例，該課學(xué)案編寫結(jié)構(gòu)如圖1所示。

由于注重積累以及根據(jù)教學(xué)實際效果對學(xué)案進(jìn)行及時跟進(jìn)，目前筆者所在學(xué)科組已將學(xué)案進(jìn)行匯總編冊，成為能針對教學(xué)環(huán)境和教學(xué)對象的機(jī)器人課程校本教材。

● 制設(shè)思維圖表，提供主動建構(gòu)知識的思維工具，緩解常態(tài)化教學(xué)的教師課堂壓力

學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的思維過程就是主動建構(gòu)知識的過程，培養(yǎng)學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的意識和能力正是機(jī)器人教育的一大特色和重要使命。在機(jī)器人的課堂教學(xué)中，學(xué)生會時常遇到各種各樣的問題，特別是在機(jī)器人編程、機(jī)器人組裝等操練或?qū)嵺`活動過程中更為明顯。如果教師獨立承擔(dān)全班學(xué)生提出的各種問題，無疑提高了教師的教學(xué)壓力，并可能影響教學(xué)的進(jìn)程和效果。因此，針對學(xué)習(xí)活動的任務(wù)、主題或要解決的問題提供貫穿并支持學(xué)生獨立完成整個學(xué)習(xí)活動的支架式思維工具，將能很好地培養(yǎng)學(xué)生的獨立探究問題、主動建構(gòu)知識的能力，同時能夠緩解教師課堂教學(xué)的壓力。支架式思維工具通?？梢允轻槍栴}及思考、解決問題的過程設(shè)計的圖或表。

例如，在《機(jī)器人沿軌跡行走》一課中，筆者在學(xué)習(xí)初期就制設(shè)并提供給學(xué)生一張常見問題及對策表，引導(dǎo)學(xué)生在實踐活動過程中可根據(jù)該表進(jìn)行問題檢查和處理（如下表）。

又如，在綜合活動《智能機(jī)器人競走比賽》中，學(xué)生需要小組合作布置機(jī)器人競走場地、設(shè)計競走策略、安裝傳感器、編寫程序并進(jìn)行實地競走。在這個活動中，筆者為每個小組發(fā)放了一張活動流程及問題排查圖（如圖2），引導(dǎo)學(xué)生以該圖為活動線索和問題解決參考方案，進(jìn)行合作探究、協(xié)同完成任務(wù)。

依據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容和任務(wù)主題設(shè)計的思維圖表使課堂上不再出現(xiàn)學(xué)生一遇問題不思考便舉手提問和教師疲于解答學(xué)生各種疑問的現(xiàn)象，而是形成了學(xué)生獨立思考和主動解決問題的良好學(xué)習(xí)氛圍。

● 創(chuàng)設(shè)簡易附件，提供發(fā)展綜合能力的硬件環(huán)境，實現(xiàn)常態(tài)化教學(xué)的更大效益

機(jī)器人硬件操作與實踐是機(jī)器人課程的重要內(nèi)容，也是發(fā)展學(xué)生動手能力、創(chuàng)造能力、合作能力等綜合素養(yǎng)的重要教學(xué)活動形式。目前，由于機(jī)器人、機(jī)器人配件、機(jī)器人活動環(huán)境建設(shè)等需要較高的費(fèi)用及場地成本，很多地區(qū)及學(xué)校在開展機(jī)器人教學(xué)時更多是在虛擬環(huán)境下進(jìn)行，這在一定程度上削弱了機(jī)器人教學(xué)的效益。筆者認(rèn)為，在具備一定的機(jī)器人基礎(chǔ)硬件條件的前提下，教師可動動腦筋，甚至親自動手，為課堂教學(xué)創(chuàng)設(shè)一些簡易附件，來補(bǔ)充暫時匱乏的硬件條件，甚至代替昂貴的硬件設(shè)備和環(huán)境。

例如，在《重復(fù)命令和重復(fù)結(jié)構(gòu)》一課中，學(xué)生在虛擬環(huán)境中讓機(jī)器人“畫正多邊形”從而體驗重復(fù)命令和重復(fù)結(jié)構(gòu)的使用，為了讓學(xué)生看到機(jī)器人“畫正多邊形”的真實效果，筆者準(zhǔn)備了一些大張白紙和白板筆，同時將白板筆分別用鉛絲固定在學(xué)校已購買的幾臺機(jī)器人上，在實踐活動中讓學(xué)生分組設(shè)計機(jī)器人“畫正多邊形”程序，并將程序下載給帶著白板筆的機(jī)器人，然后在大白紙上啟動機(jī)器人、運(yùn)行程序、行走出正多邊形路線圖，在這個活動中學(xué)生構(gòu)想與設(shè)計的機(jī)器人行走的正五邊形、正六邊形、正圓……在白紙上真實地顯現(xiàn)出來，大大地提高了動手實踐的熱情和能力（如下頁圖3）。

又如，在《機(jī)器人沿軌跡行走》一課的實踐活動中，學(xué)生完成灰度傳感器安裝和編程后要讓機(jī)器人下地進(jìn)行行走軌跡的調(diào)試。若使用購買的機(jī)器人行走軌跡圖紙，會存在圖紙容易弄臟需及時擦拭、圖紙中軌跡外觀固定不能發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性、圖紙占地大一定要在寬敞場地才能進(jìn)行，以及人數(shù)多時必須利用多個課時分小組先后實踐等缺點。在實際課堂中筆者為學(xué)生準(zhǔn)備了黑色膠布和剪刀，讓學(xué)生分組選擇在教室過道或講臺處或教室入口較寬敞處，自行設(shè)計機(jī)器人行走的軌跡并用黑膠布貼在地上實現(xiàn)出來，然后測試自己的機(jī)器人能否沿該軌跡行走（如圖4）。在這一活動中還鼓勵學(xué)生可以設(shè)計有難度的軌跡來測試自己設(shè)計的機(jī)器人的“智力”，不斷改良程序使機(jī)器人更“聰明”。在這個低成本的活動中學(xué)生的動手能力、創(chuàng)造能力和挑戰(zhàn)精神都得到了很好的發(fā)揮。

● 結(jié)語

搭建腳手架，萬丈高樓才能平地而起;巧設(shè)學(xué)習(xí)支架，面向零起點的廣大學(xué)生，機(jī)器人課程才能更規(guī)范和更低成本地開展，學(xué)生也才能更積極主動地獲得知識的建構(gòu)和高級思維能力的發(fā)展。如今，機(jī)器人校本課程已成為筆者所在學(xué)校一項頗具特色的素質(zhì)教育工程項目。