基于核心素養(yǎng)的機(jī)器人教學(xué)微視頻設(shè)計(jì)策略

邱振華

機(jī)器人學(xué)科是一門涵蓋計(jì)算機(jī)、機(jī)械、通信、材料、傳感、物理等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)的通用技術(shù)學(xué)科。由于其操作性強(qiáng)，所以使用微視頻進(jìn)行輔助教學(xué)是一種普遍且有效的教學(xué)方式。但細(xì)觀各類機(jī)器人教學(xué)微視頻，大量的微視頻都是一種“操作指南”，即將操作步驟一步步演示出來，而后讓學(xué)生模仿操作。不可否認(rèn)，這種方式對(duì)學(xué)生的知識(shí)技能的提升會(huì)有幫助，但能否對(duì)學(xué)生的思維方法進(jìn)行內(nèi)化就有待商榷了，更妄談學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

筆者有幸參加了“2018年中小學(xué)機(jī)器人教學(xué)微視頻征集評(píng)選活動(dòng)”，投稿的作品《智能聲控畫筆》獲得了一等獎(jiǎng)?！吨悄苈暱禺嫻P》是一個(gè)以模擬影音軟件中出現(xiàn)的波形為情境的項(xiàng)目，通過主控板上的聲音傳感器接收用戶發(fā)出的聲音，然后通過軟件中的繪圖功能將傳感器接收到的數(shù)值作為坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行繪圖，最終實(shí)現(xiàn)將聲音轉(zhuǎn)換成波形的效果。下面，筆者就結(jié)合這個(gè)作品來分享一下基于核心素養(yǎng)的機(jī)器人教學(xué)微視頻設(shè)計(jì)策略。

● 知識(shí)的連接——核心素養(yǎng)扎根的土壤

關(guān)于核心素養(yǎng)的概念界定，筆者比較認(rèn)同余文森博士在《核心素養(yǎng)導(dǎo)向的課堂教學(xué)》一書中的說法：就實(shí)際表現(xiàn)而言，核心素養(yǎng)指的是個(gè)體在面對(duì)復(fù)雜的、不確定的現(xiàn)實(shí)生活情境時(shí)，能夠綜合運(yùn)用特定學(xué)習(xí)方式所孕育出來的（跨）學(xué)科觀念、思維模式和探究技能，結(jié)構(gòu)化的（跨）學(xué)科知識(shí)和技能，以及世界觀、人生觀和價(jià)值觀在內(nèi)的動(dòng)力系統(tǒng)，進(jìn)行分析情境、提出問題、解決問題、交流結(jié)果的綜合性品質(zhì)。從中可以發(fā)現(xiàn)，知識(shí)技能、學(xué)科觀念、思維模式、動(dòng)力系統(tǒng)等是核心素養(yǎng)蘊(yùn)含的要素，而知識(shí)又是其中最根本的要素，可視為核心素養(yǎng)扎根的土壤，知識(shí)習(xí)得的效率、習(xí)得的深度都將直接影響核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

就傳統(tǒng)的知識(shí)傳授弊端而言，“知識(shí)孤島”是其中一個(gè)典型問題，機(jī)器人教學(xué)也存在此類問題。教師傳授的知識(shí)是碎片的、孤立的、片面的，看似根據(jù)教學(xué)大綱劃分成一個(gè)個(gè)有序的章節(jié)，但實(shí)際上只是在做簡(jiǎn)單的“物理加法”，并沒有形成“化學(xué)反應(yīng)”。在生態(tài)鏈中，如果動(dòng)物間沒有連接，那么等待動(dòng)物的將是死亡;在知識(shí)鏈中，如果知識(shí)間沒有連接，那么等待知識(shí)的將是遺忘。

在機(jī)器人教學(xué)微視頻中，一般會(huì)有硬件部分（建模搭建）、軟件部分（程序編寫）的相關(guān)內(nèi)容，但卻罕見關(guān)于軟硬件如何通信的原理講解，于是就會(huì)出現(xiàn)學(xué)生硬件搭建與軟件編寫完全正確，卻在調(diào)試環(huán)節(jié)遇到困難的情況。究其原因，就是“硬件”和“軟件”的壁壘沒有消除，教師在講授中忽視了中間的連接橋梁。針對(duì)這一問題，筆者在獲獎(jiǎng)微視頻中，除了演示了軟硬件的基本連接使用外，還特別強(qiáng)調(diào)了“選擇何種設(shè)備、選擇哪個(gè)串口、如何觀察軟硬件是否連接成功”等操作要領(lǐng)及背后原理，讓學(xué)生通過軟硬件通信原理這座橋梁，實(shí)現(xiàn)了軟硬件知識(shí)的連接貫通。

奧蘇泊爾認(rèn)為，學(xué)習(xí)的本質(zhì)就是學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的組織和重新組織。組織的方式一般有兩種：一種是多個(gè)新知識(shí)間形成連接，組成一個(gè)新的知識(shí)組塊，這樣一方面可以降低認(rèn)知負(fù)荷，另一方面可以內(nèi)化新知識(shí)間的關(guān)系，例如，機(jī)器人教學(xué)中常需實(shí)現(xiàn)某一特定功能，可圍繞該功能使得軟硬件間的知識(shí)自然產(chǎn)生連接形成知識(shí)組塊方便學(xué)習(xí);另一種是使新知識(shí)與舊知識(shí)發(fā)生連接，例如，在機(jī)器人課程的教學(xué)中會(huì)涉及許多傳感器的應(yīng)用，在學(xué)習(xí)新的傳感器時(shí)便可借助已有的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，通過知識(shí)間的相似性方便新知識(shí)的吸收，同時(shí)又發(fā)現(xiàn)新知識(shí)與舊知識(shí)的相異點(diǎn)，豐富原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)，將新知識(shí)納入已有認(rèn)知體系中。

機(jī)器人學(xué)科作為一門融合多種技術(shù)的學(xué)科，涉及的知識(shí)范疇跨度廣闊，在教學(xué)微視頻的設(shè)計(jì)中，能否用好以上兩種知識(shí)連接策略，使得零碎的“珍珠”串成“項(xiàng)鏈”，是將知識(shí)轉(zhuǎn)化成核心素養(yǎng)的基本要求。

● 情境的韻味——核心素養(yǎng)滋養(yǎng)的水分

石中英在《知識(shí)轉(zhuǎn)型與教育改革》一書中這樣描繪知識(shí)：“任何知識(shí)都是存在于一定的時(shí)間、空間、理論范式、價(jià)值體系、語言符號(hào)等文化因素之中的?！敝R(shí)往往是在特定生活情境中產(chǎn)生的，如果把知識(shí)比作魚，把情境比作水，沒有情境的知識(shí)，那就是畫紙上的魚，即使再栩栩如生，也是靜態(tài)的、僵化的，只有把知識(shí)放到情境這條溪流中，才能讓魚真正“活”起來。知識(shí)只有通過情境的活化才能成為素養(yǎng)滋養(yǎng)的水分。

機(jī)器人課程一般在拓展課或社團(tuán)中開展，不少學(xué)校也主要以機(jī)器人競(jìng)賽為目標(biāo)開展課程。在這樣的背景下，不少以競(jìng)賽為目標(biāo)的機(jī)器人教學(xué)，缺少必要的情境融入，大都圍繞競(jìng)賽要求進(jìn)行教學(xué)，雖可將學(xué)生訓(xùn)練得“又快又準(zhǔn)”，但卻缺乏深層次的素養(yǎng)落實(shí)。以最常見的機(jī)器人巡線為例，教師會(huì)教學(xué)生讓機(jī)器小車在黑白相間的各種賽道上“自動(dòng)行駛”。在這個(gè)過程中，學(xué)生也會(huì)興致盎然地投入學(xué)習(xí)，但在現(xiàn)實(shí)生活中卻罕見黑白相間的道路存在，那么，這樣的教學(xué)過程對(duì)于學(xué)生的素養(yǎng)提升來說就缺少了與生活真正融合的情境。針對(duì)這一問題，筆者的獲獎(jiǎng)微視頻以“以模擬影音軟件中出現(xiàn)的波形”為情境進(jìn)行教學(xué)，讓學(xué)生在模擬再現(xiàn)的過程中，理解聲音這種模擬信號(hào)是如何通過傳感器輸入，又如何通過編碼一步步轉(zhuǎn)換成圖像輸出的過程，讓學(xué)生在知識(shí)與生活的碰撞中，有一種“原來是這么回事”的恍然大悟，讓知識(shí)找到轉(zhuǎn)化的生長點(diǎn)和著力點(diǎn)，讓學(xué)生找到學(xué)習(xí)的需求感與認(rèn)同感，在教育的深刻意義中體現(xiàn)核心素養(yǎng)的落實(shí)。

情境創(chuàng)設(shè)的關(guān)鍵點(diǎn)在于真實(shí)世界與抽象知識(shí)的連接，以下列舉一些筆者常用的連接途徑。

1.通過生活進(jìn)行連接

生活是無字的書，其中蘊(yùn)含了無盡的情境源泉。仍以機(jī)器人巡線為例，可以創(chuàng)設(shè)這樣一個(gè)生活情境：在一間無菌病房中，住著幾位行動(dòng)不便的病人，由于病房的特殊性，醫(yī)護(hù)人員需盡量減少進(jìn)出，在這種情況下，你是否可以采用特制的黑白地板，通過機(jī)器人巡線的方式運(yùn)送食物等必需品到病房中？在這個(gè)情境中，學(xué)生的知識(shí)有了真正的用武之地，體驗(yàn)到了知識(shí)的內(nèi)在價(jià)值與意義。

2.通過實(shí)物進(jìn)行連接

再以巡線機(jī)器人為例，現(xiàn)實(shí)生活中，京東的快遞機(jī)器人已經(jīng)亮相，一時(shí)間也成為街頭巷尾熱議的話題。通過這一大家都感興趣的實(shí)物創(chuàng)設(shè)情境，可以讓學(xué)生有強(qiáng)烈的參與欲望，激起探索科學(xué)奧秘的興趣。

3.通過自身進(jìn)行連接

俗話說：事不關(guān)己，高高掛起。但如果“事要關(guān)己”，那又會(huì)起到什么效果呢？在一次巡線機(jī)器人的教學(xué)中，開場(chǎng)筆者問了學(xué)生一個(gè)問題：“如果你擁有了這個(gè)巡線機(jī)器人，你最希望它來幫你做什么事情？”這個(gè)問題激起了學(xué)生們的興致：“讓它幫媽媽買菜去?！薄白屗持业臅蠈W(xué)去?！薄瓱o論是深思熟慮后的回答還是童言無忌的話語，都代表著孩子們的心聲，如此便創(chuàng)建了以自身為連接的特殊情境。這種連接途徑的優(yōu)勢(shì)在于每個(gè)人都有屬于自己的獨(dú)特情境，不會(huì)出現(xiàn)學(xué)生由于不喜歡或不熟悉教師提供的情境，而無法融入到學(xué)習(xí)中去的情況。

除此之外，情境化的途徑還有多種，也沒有絕對(duì)固定的模式，正如真實(shí)世界是豐富多彩的一樣，情境創(chuàng)設(shè)也是多種多樣的。

作為一門實(shí)踐性很強(qiáng)的通用技術(shù)學(xué)科，機(jī)器人學(xué)科在教學(xué)微視頻的設(shè)計(jì)中，更要通過情境化的策略實(shí)現(xiàn)知識(shí)與背景、理論與實(shí)踐、生活與技術(shù)等方面的融合，構(gòu)建真實(shí)情境中學(xué)習(xí)的認(rèn)知路徑，把知識(shí)的活化作為轉(zhuǎn)化素養(yǎng)的必經(jīng)之路。

● 思維的深度——核心素養(yǎng)綻放的花朵

深度學(xué)習(xí)是瑞典學(xué)者費(fèi)爾倫斯·馬頓和羅杰·賽爾杰針對(duì)孤立記憶和非批判性接受知識(shí)的淺層學(xué)習(xí)提出的一個(gè)概念。不同的思維方式看到的知識(shí)的層級(jí)是完全不同的。以蘋果落地為例，有的人看到的僅僅是這一現(xiàn)象;有的人可能會(huì)引申到各種東西在高空中都會(huì)掉落這一結(jié)論;有的人則會(huì)進(jìn)一步思考，不同高度是否對(duì)其掉落速度會(huì)有影響，這便有了亞里士多德和伽利略等人對(duì)自由落地的研究;有人則發(fā)現(xiàn)了其中的根本規(guī)律——萬有引力定律，那便是牛頓。關(guān)于“蘋果落地”故事的真假并不重要，重要的是其中可以體現(xiàn)的超越知識(shí)表層結(jié)構(gòu)進(jìn)入深層結(jié)果的思維過程。素養(yǎng)從來都不是靠灌輸和“就事論事”的教學(xué)方式形成的，只有讓學(xué)生深挖表層知識(shí)背后的本質(zhì)，實(shí)現(xiàn)深度思考，才能綻放核心素養(yǎng)的花朵。

在機(jī)器人教學(xué)中，有一個(gè)問題是，各種品牌的機(jī)器人都使用開發(fā)商獨(dú)立的軟硬件設(shè)備，因此大量針對(duì)特定品牌的機(jī)器人教學(xué)微視頻，并不具備通用性，無法發(fā)揮微視頻跨時(shí)間、跨空間、跨對(duì)象的教學(xué)優(yōu)勢(shì)。針對(duì)這一問題，筆者的獲獎(jiǎng)微視頻雖也選擇了某一特定品牌的機(jī)器人設(shè)備進(jìn)行講解，但講解的過程通過“軟硬件協(xié)同工作的知識(shí)技能（連接硬件+安裝軟件+進(jìn)行調(diào)試）”—“知識(shí)技能背后的方法規(guī)律（軟硬件需通過某一中間物建立聯(lián)結(jié)）”的途徑進(jìn)行，以此讓學(xué)生理解硬件與軟件協(xié)同工作的背后原理，將其作為探索任何一種機(jī)器人設(shè)備的利器，實(shí)現(xiàn)舉一反三，并逐漸意識(shí)到“萬物間皆可通過某種途徑進(jìn)行聯(lián)結(jié)”這一深層次哲理思想。

具體來說，筆者認(rèn)為，在機(jī)器人教學(xué)微視頻的設(shè)計(jì)中，可以采用以下兩種策略引發(fā)學(xué)生的深度思考。

1.以問題激發(fā)思維活躍

陶行知說過：“創(chuàng)造始于問題，有了問題才會(huì)思考，有了思考，才有解決問題的方法，才有找到獨(dú)立思路的可能?！边@句話說明了問題是思考的起源，是讓思維往深度發(fā)展的可能性。合理的提問，可以激發(fā)學(xué)習(xí)者的思維，讓學(xué)習(xí)者在問題的引導(dǎo)下獨(dú)立思考、不斷質(zhì)疑，最終透過表面的現(xiàn)象，挖掘到深層次的瑰寶。在微視頻教學(xué)中，雖然提問無法像課堂上通過追問等形式進(jìn)行精確引導(dǎo)，只能通過自問自答的形式予以解答，但這并不影響提問在活躍思維中的作用。以軟硬件協(xié)同工作的知識(shí)點(diǎn)為例，可以提出問題：“兩個(gè)不同國家的人，均不懂對(duì)方國家的語言，在這種情況下，他們?cè)撊绾谓涣髂?？”學(xué)生可能會(huì)想到使用翻譯機(jī)，此時(shí)就可以引出“軟硬件需通過某一中間物建立聯(lián)結(jié)”這一原理規(guī)律。之后還可以進(jìn)一步提問：“通過翻譯機(jī)進(jìn)行交流比較麻煩，有沒有一種語言可以讓他們直接交流？”學(xué)生一定會(huì)想到英語，此時(shí)便可以引出深層次的問題，如果軟硬件間有統(tǒng)一的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，那么將會(huì)消除許多壁壘?？赡壳盀楹螘?huì)出現(xiàn)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的現(xiàn)象？這一困境又該如何解決呢？這些便是知識(shí)背后的深層次問題，當(dāng)學(xué)生意識(shí)到這些問題，并嘗試探索背后的真相時(shí)，核心素養(yǎng)已經(jīng)潛移默化地落實(shí)了。

2.以參與促進(jìn)思維加工

思維作為一種高級(jí)認(rèn)知活動(dòng)，是感覺、知覺等獲得的各種材料的精細(xì)加工的產(chǎn)物，其形成是一個(gè)實(shí)踐、體驗(yàn)、感悟的過程，需讓學(xué)生主動(dòng)參與認(rèn)知的建構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)思維的提升飛躍。在課堂中基于學(xué)生認(rèn)知建構(gòu)的“項(xiàng)目學(xué)習(xí)”“自主學(xué)習(xí)”等模式已被廣泛應(yīng)用，但在微視頻教學(xué)中，這一點(diǎn)卻經(jīng)常被忽略，大量的微視頻講究的是“一氣呵成”，并未給學(xué)生提供“留白”參與的機(jī)會(huì)。要解決這一問題，一是可在視頻適當(dāng)?shù)牡胤竭M(jìn)行“暫停”，如提出一個(gè)問題后，可提示學(xué)生“請(qǐng)將視頻暫停，待思考完成后繼續(xù)觀看”;二是借助特殊的平臺(tái)實(shí)現(xiàn)一些交互功能，如播放到某一時(shí)間點(diǎn)后，彈出問題選項(xiàng)，當(dāng)學(xué)生完成選擇后視頻才會(huì)繼續(xù)播放，如此做到手腦并用、學(xué)思結(jié)合，有助于學(xué)生思維的精細(xì)加工;三是在視頻最后提出一些開放性的問題或任務(wù)供學(xué)生探索，如在學(xué)習(xí)了LED燈的點(diǎn)亮技能點(diǎn)后，給學(xué)生布置“請(qǐng)將LED燈放置到某一實(shí)物上形成特殊功能”這樣一個(gè)開放任務(wù)，并舉出一個(gè)將LED燈作為“波斯貓”眼睛變色效果的例子激起學(xué)生的興趣，以達(dá)到讓學(xué)生觀看后繼續(xù)自主“線下學(xué)習(xí)”的效果。

深度思維的形成絕非一朝一夕的事，但只有在每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)盡可能引發(fā)學(xué)生思考、促使學(xué)生參與，才能逐漸形成“量變到質(zhì)變的效果”。在機(jī)器人微視頻教學(xué)中也需采用各種策略引發(fā)學(xué)生深度思考、深挖知識(shí)的內(nèi)涵，以實(shí)現(xiàn)素養(yǎng)的內(nèi)化。