基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人教學(xué)對(duì)中學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的探究

摘 要：培養(yǎng)學(xué)生信息素養(yǎng)是信息課程的目標(biāo)，而創(chuàng)新能力是信息素養(yǎng)的重要組成部分，在日益激烈的國際競(jìng)爭(zhēng)中，創(chuàng)新能力更是提高綜合國力的有效手段。本文探究如何使用任務(wù)驅(qū)動(dòng)的方法，在機(jī)器人教學(xué)中激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力與創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：任務(wù)驅(qū)動(dòng)；機(jī)器人教學(xué)；創(chuàng)新能力

隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)已經(jīng)成為綜合國力取勝的重要因素。傳統(tǒng)的信息技術(shù)課程更加注重技能的演示與授受，學(xué)生通常被動(dòng)呆板地模仿與接受知識(shí)。中學(xué)階段是學(xué)生智力思維能力高速發(fā)展時(shí)期，也是培養(yǎng)創(chuàng)新能力的絕佳階段，機(jī)器人課程進(jìn)入中學(xué)信息技術(shù)課程，有利于利用其自身特點(diǎn)，打破傳統(tǒng)教學(xué)模式，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)與創(chuàng)新探索能力的培養(yǎng)。

一、 基本定義與特點(diǎn)

（一） 任務(wù)驅(qū)動(dòng)法的定義

任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法是以學(xué)生為主體的建構(gòu)主義教學(xué)法。它主張以解決問題、完成任務(wù)為主要方式，教師在整個(gè)過程中要改變傳統(tǒng)的一味灌輸示范的教學(xué)方法，把課堂還給學(xué)生，讓學(xué)生成為課堂的主角，用自己已有的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)思考問題，尋求解決問題的方法，更好地達(dá)到完成任務(wù)的目標(biāo)。

（二） 機(jī)器人教學(xué)的特點(diǎn)

機(jī)器人教學(xué)具有很強(qiáng)的綜合實(shí)踐性，它主要包括機(jī)器人搭建與程序代碼編寫兩個(gè)部分，具有以下特點(diǎn)：

1. 動(dòng)手實(shí)踐性強(qiáng)。以綜合技能機(jī)器人為例，在機(jī)器人搭建過程中，學(xué)生需要將各個(gè)零件通過螺栓與螺絲鏈接在一起，各個(gè)部件要根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙或者自己的創(chuàng)意進(jìn)行拼接，使機(jī)器人能夠快捷靈活地完成任務(wù)。

2. 任務(wù)性強(qiáng)。機(jī)器人教學(xué)是以完成任務(wù)的形式進(jìn)行，最終的評(píng)價(jià)是以完成任務(wù)的總得分來進(jìn)行評(píng)定。

3. 邏輯性強(qiáng)。學(xué)生可以根據(jù)已學(xué)的知識(shí)和空間想象能力，設(shè)定完成任務(wù)的路線，以求能夠找到最短路線，縮短完成任務(wù)時(shí)間。

二、 機(jī)器人教學(xué)對(duì)中學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的意義

創(chuàng)新思維是指以能突破常規(guī)思維的界限、使用新穎獨(dú)特的方法與視角去分析與解決問題的思維過程。素質(zhì)教育要求培養(yǎng)學(xué)生全面發(fā)展，不單單是技能的習(xí)得。

（一） 機(jī)器人教學(xué)有利于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力

機(jī)器人教學(xué)搭建到程序編寫都具有很大的靈活性，要求學(xué)生可以根據(jù)實(shí)際任務(wù)要求，做出相對(duì)應(yīng)的調(diào)整設(shè)計(jì)，在此過程中要求學(xué)生主動(dòng)探索、自主學(xué)習(xí)，發(fā)揮學(xué)習(xí)的主體性。例如：在機(jī)器人搭建和編程過程中，由于學(xué)生基礎(chǔ)與接受能力的差異，通常教師會(huì)采用微課的形式進(jìn)行教學(xué)，而不是傳統(tǒng)的手把手演示教學(xué)，這要求學(xué)生根據(jù)自己的實(shí)際情況與學(xué)習(xí)進(jìn)度，積極主動(dòng)進(jìn)行學(xué)習(xí)，帶著任務(wù)進(jìn)行大膽探索，小組成員之間也可以互相交流探討，共同促進(jìn)學(xué)習(xí)，整個(gè)教學(xué)過程就是學(xué)生不斷積極主動(dòng)探索、解決疑惑、培養(yǎng)獨(dú)立自主學(xué)習(xí)能力的過程。

（二） 機(jī)器人教學(xué)有利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維

1. 抽象性思維的培養(yǎng)

在機(jī)器人任務(wù)完成的過程中，路線的選擇與設(shè)計(jì)尤為關(guān)鍵，良好的設(shè)計(jì)會(huì)大大提高任務(wù)完成的質(zhì)量，降低程序的繁瑣性，這就要求學(xué)生有良好的空間邏輯抽象思維，在腦海中勾畫出最便捷可行的路線圖，例如：在巡線過程中，如遇到菱形方塊，如何使機(jī)器人可以準(zhǔn)確地巡半個(gè)菱形出此拼裝塊，這就需要學(xué)生應(yīng)用空間邏輯思維能力，想象機(jī)器人轉(zhuǎn)向的方向與角度，并對(duì)其進(jìn)行順序安排，使其可以順利通過菱形拼裝塊。在完成任務(wù)的整個(gè)過程中，需要有很高的邏輯思維能力，將具體的場(chǎng)地抽象到腦海中，以便進(jìn)行整體規(guī)劃設(shè)計(jì)。

2. 批判性思維的培養(yǎng)

創(chuàng)新思維就需要在傳統(tǒng)的基礎(chǔ)上，不斷打破常規(guī)，不受既有的框框條條的約束，敢于質(zhì)疑，大膽改進(jìn)。機(jī)器人教學(xué)中，由于完成任務(wù)可以有多種途徑，學(xué)生可以對(duì)老師及其同學(xué)提出的方案進(jìn)行反思、批判，在不斷的質(zhì)疑中，尋求更新更好的設(shè)計(jì)。在機(jī)器人的搭建過程中需要極大的批判思維，對(duì)原有的設(shè)計(jì)提出意見，才能不斷改進(jìn)創(chuàng)新結(jié)構(gòu)，更加高效地完成任務(wù)。例如在穿越柱子的過程中，由于柱子之間的間隔比較小，機(jī)器人在穿越過程中容易將柱子碰倒，因?yàn)橐笤诖罱ㄟ^程中盡量減小機(jī)器人體積，使其運(yùn)行起來更加便捷，但不能減少其功能性，這就要求學(xué)生具有良好的批判思維能力，對(duì)機(jī)器人結(jié)構(gòu)進(jìn)行不斷改進(jìn)，在保證基礎(chǔ)功能的前提下，使得機(jī)身更加靈巧。

（三） 機(jī)器人教學(xué)有利于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力

僅僅培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，一切止步于思想層面是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有將創(chuàng)新思維付諸實(shí)踐，在實(shí)踐中檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的可行性，才能真正地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。機(jī)器人教學(xué)是一門實(shí)踐性極強(qiáng)的學(xué)科，從機(jī)器人的搭建到程序路線設(shè)計(jì)，一切都要回歸到實(shí)際動(dòng)手活動(dòng)中，只有動(dòng)手嘗試，才可檢測(cè)創(chuàng)意設(shè)計(jì)是否真的可行。例如在路線設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)拐彎角度，但是由于實(shí)際操作中的誤差，可能無法檢測(cè)到黑線，從而無法按照既定路線巡線，因此就需要在實(shí)踐中不斷測(cè)試檢測(cè)，找到最佳方案。

三、 使用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法促進(jìn)機(jī)器人教學(xué)過程中學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

（一） 教學(xué)任務(wù)進(jìn)行分層設(shè)置

目標(biāo)是努力的方向與動(dòng)力，任務(wù)目標(biāo)設(shè)置太低容易滋生學(xué)生的驕傲自滿情緒，使其停滯不前；任務(wù)目標(biāo)制定的太高，容易打擊學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，挫傷學(xué)生的自信，使其不敢繼續(xù)探索。例如，在巡線任務(wù)中，由于拼裝塊的圖形有26種，每個(gè)拼裝塊的巡線程序都不一樣，因此在一開始的任務(wù)設(shè)置時(shí)，不可設(shè)置綜合板塊巡線，學(xué)生在設(shè)計(jì)程序過程中可能某一設(shè)計(jì)角度不對(duì)，就會(huì)偏離軌道，這樣對(duì)學(xué)生尋找問題所在、修改、調(diào)試程序增加困難，容易打擊學(xué)生的自信心。因此，任務(wù)需分層設(shè)計(jì)，由易到難，逐層加深。在巡線任務(wù)中，十字板塊是最容易掌握的，一開始的場(chǎng)地可以全部由十字拼裝塊組成，教師設(shè)置出發(fā)點(diǎn)與終點(diǎn)，讓學(xué)生熟練掌握十字塊的通過方式。對(duì)于非十字拼裝塊，一開始采用分塊練習(xí)，熟悉每一個(gè)非十字拼裝塊的巡線方法，最后再進(jìn)行綜合。任務(wù)設(shè)置可分為十字拼裝練習(xí)→非十字拼裝逐個(gè)練習(xí)→十字與簡(jiǎn)單非十字拼裝組合練習(xí)→非十字拼裝塊組合練習(xí)→綜合練習(xí)。

（二） 課堂內(nèi)外布置任務(wù)進(jìn)行教學(xué)

1. 課堂探究式任務(wù)設(shè)計(jì)

在機(jī)器人課堂教學(xué)中，教師提出具體任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考、探究，以達(dá)到最終解決問題的目標(biāo)。在此過程中，教師起到一定的引導(dǎo)作用。例如在推障礙物的任務(wù)中，教師可以將障礙物放置在半圓拼裝塊的圓弧上，到達(dá)半圓拼裝塊有很多路線，要求學(xué)生以最快捷方式將障礙物推到同一拼裝塊的白色區(qū)域。學(xué)生可以通過小組合作探究，尋求最佳的設(shè)計(jì)，老師給出引導(dǎo)性意見。

2. 課外拓展性任務(wù)設(shè)計(jì)

課外拓展性任務(wù)設(shè)計(jì)就是教師在課堂教學(xué)的基礎(chǔ)上，對(duì)任務(wù)要求難度進(jìn)行進(jìn)一步提高，讓學(xué)生利用課外活動(dòng)時(shí)間，將所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行內(nèi)化提高，從根本上提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力。例如在推障礙任務(wù)過程中，在課堂設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，增加障礙物的數(shù)量，分布在不同的拼裝塊，并要求最終能夠一次性連貫編程，將所有障礙物推開。這就要求學(xué)生之間互相合作交流，不斷地開拓思路，將課堂所學(xué)內(nèi)容更加靈活深化地進(jìn)行應(yīng)用。

（三） 任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)評(píng)價(jià)

使用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法進(jìn)行教學(xué)，就必須對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行有效評(píng)價(jià)，才能使學(xué)生更好地認(rèn)識(shí)到自己的問題所在，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整改正，促進(jìn)學(xué)生不斷進(jìn)步。在機(jī)器人教學(xué)過程中，可以通過最終的任務(wù)得分給予總結(jié)性評(píng)價(jià)，但由于任務(wù)設(shè)置難易程度不同，必須設(shè)計(jì)合理細(xì)化的量標(biāo)，在一輪任務(wù)評(píng)價(jià)過程中，要求五次測(cè)試的分?jǐn)?shù)綜合，在每一輪測(cè)試結(jié)束后，允許學(xué)生對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試修改，以便更好地完成任務(wù)。采用多輪疊加總分的評(píng)價(jià)制度，可以為學(xué)生提供修改調(diào)試的空間，有利于他們培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，多次成績(jī)累加可以減少偶然性，使結(jié)果更加客觀公正，有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

四、 總結(jié)

在素質(zhì)教育日益發(fā)展的大環(huán)境下，機(jī)器人走進(jìn)課堂是未來創(chuàng)新教育發(fā)展的新方向，其在培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維上的優(yōu)勢(shì)也被廣泛關(guān)注。正確地設(shè)計(jì)分層任務(wù)，將學(xué)生的實(shí)際情況與具體任務(wù)相結(jié)合，利用好課堂教學(xué)和課外活動(dòng)時(shí)間，并做好學(xué)生的評(píng)價(jià)工作，使機(jī)器人教學(xué)能最大限度地促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力的發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：陳鴻，福建省寧德市，霞浦一中。