基于任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法的小學(xué)機(jī)器人教學(xué)模式研究

屈岑 陳仕品 羅志國

摘? ?要：機(jī)器人教學(xué)作為中小學(xué)信息技術(shù)課程的新模塊，它主要指通過搭建、運行、調(diào)試、優(yōu)化機(jī)器人，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生綜合能力。本文主要闡述了機(jī)器人教學(xué)的基本理念，探討了任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法和協(xié)作學(xué)習(xí)，討論出基于任務(wù)驅(qū)動法的機(jī)器人教學(xué)模式，最后以《聲控玩具車》這一教學(xué)設(shè)計案例，使讀者深刻體會任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法下的中小學(xué)機(jī)器人教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人教學(xué);任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法;協(xié)作學(xué)習(xí)

中圖分類號：G434 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-8454（2019）07-0046-4

2018年1月18日，中國人工智能標(biāo)準(zhǔn)化論壇發(fā)布了《人工智能標(biāo)準(zhǔn)化白皮書（2018版）》。白皮書分析了人工智能的技術(shù)熱點、行業(yè)動態(tài)和未來趨勢，研究制定了能夠適應(yīng)和引導(dǎo)人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)體系，進(jìn)而提出近期急需研制的基礎(chǔ)和關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)項目。[1]當(dāng)前，世界正掀起第三次人工智能浪潮，在此沖擊下，引發(fā)了機(jī)器人教學(xué)的熱潮。機(jī)器人教學(xué)是一個全新的教學(xué)領(lǐng)域，在我國仍舊處于初步探索階段，不僅缺乏系統(tǒng)科學(xué)的理論指導(dǎo)，也沒有成功經(jīng)驗可以借鑒。[2]2018年9月在人工智能基礎(chǔ)教育論壇上有學(xué)者指出：“人工智能基本知識的了解應(yīng)該從中學(xué)甚至小學(xué)階段開始。”機(jī)器人教學(xué)是人工智能教育應(yīng)用的重要形態(tài)，[3]是進(jìn)行信息技術(shù)教育的有效載體，[2]能讓學(xué)生學(xué)習(xí)電路電子學(xué)和程序設(shè)計的相關(guān)知識，有助于培養(yǎng)學(xué)生的問題分析能力、團(tuán)隊協(xié)作能力、動手能力和創(chuàng)新能力。但機(jī)器人教學(xué)作為信息技術(shù)教學(xué)的新模塊，課程教學(xué)該如何開展，目前依然缺乏相關(guān)研究。

一、機(jī)器人教學(xué)與教育的基本理念

1.機(jī)器人教學(xué)與21世紀(jì)技能

2002年美國創(chuàng)建21世紀(jì)技能聯(lián)盟，啟動了21世紀(jì)核心技能研究項目，建立了技能框架體系，在世界范圍內(nèi)引起了巨大反響?！?1世紀(jì)技能”由學(xué)習(xí)結(jié)果方面的內(nèi)容和支持系統(tǒng)兩方面組成。學(xué)習(xí)結(jié)果即核心素養(yǎng)，主要包括“學(xué)習(xí)與創(chuàng)新技能”、“信息、媒體與技術(shù)技能”、“生活與職業(yè)技能”三個方面，描述了學(xué)生在未來工作和生活中必須掌握的技能、知識和專業(yè)智能，是內(nèi)容知識、具體技能、專業(yè)智能與素養(yǎng)的融合。[4]

張劍平等人[5]指出機(jī)器人教學(xué)能消除學(xué)生與現(xiàn)代科技的隔膜，培養(yǎng)勇于創(chuàng)新的精神、與他人合作的能力，訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)研究能力、掌握科學(xué)研究的基本過程，使學(xué)生更為關(guān)注科技對社會的影響。

2.機(jī)器人教育與基礎(chǔ)教育課程改革

2001年，我國教育部正式啟動了新一輪基礎(chǔ)教育課程改革，頒發(fā)了《基礎(chǔ)教育課程改革綱要（試行）》等一系列政策文件，初步構(gòu)建了符合時代要求、具有中國特色的基礎(chǔ)教育課程體系，并在全國試驗、試點推行。[6]基礎(chǔ)教育課程改革的核心理念是教育以人為本，教育以學(xué)習(xí)者為中心，關(guān)注學(xué)生本身，教師應(yīng)教會學(xué)生學(xué)習(xí)，重結(jié)論的同時更重過程。

（1）綜合目標(biāo)觀，機(jī)器人課程設(shè)置綜合，整合了計算機(jī)控制、信息技術(shù)、電子、物理、機(jī)械等多門課程內(nèi)容，體現(xiàn)新課改提出的課程整體性、開放性、動態(tài)性的要求，能培養(yǎng)學(xué)生的多視角和綜合實踐能力，以適應(yīng)科學(xué)技術(shù)分化又綜合的現(xiàn)實。

（2）內(nèi)容聯(lián)系觀，在機(jī)器人教學(xué)中，教學(xué)內(nèi)容體現(xiàn)“生活化”，讓機(jī)器人的教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生的已有經(jīng)驗相聯(lián)系，與社會生活相聯(lián)系，將教學(xué)中學(xué)習(xí)的知識用于解決實際生活問題。

（3）學(xué)習(xí)方式觀，新課改強調(diào)自主、合作、探究的學(xué)習(xí)方式，在任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法下進(jìn)行小組協(xié)作學(xué)習(xí)，能培養(yǎng)學(xué)生的自主能力、合作能力、創(chuàng)造能力。

（4）發(fā)展評價觀，機(jī)器人教學(xué)不再將成績作為量化評價學(xué)生的唯一標(biāo)準(zhǔn)，而是重視學(xué)生學(xué)習(xí)的過程評價，評價是為更好地促進(jìn)學(xué)生探究實踐，而不是檢查驗收。

二、機(jī)器人教學(xué)方法和策略

1.任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法

任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法要求在教學(xué)過程中， 以富有趣味性、能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動機(jī)與好奇心的情境為基礎(chǔ)，以與教學(xué)內(nèi)容緊密結(jié)合的任務(wù)為載體，是學(xué)習(xí)者在完成特定任務(wù)的過程中獲得知識與技能的一種教學(xué)法。[7]任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法是將學(xué)生需要掌握的知識與技能融入到任務(wù)中，教師引導(dǎo)學(xué)生充分進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，任務(wù)完成后可以形成作品，增加學(xué)生的成就感，提高學(xué)習(xí)積極性。

2.協(xié)作學(xué)習(xí)

協(xié)作學(xué)習(xí)是通過小組或團(tuán)隊的形式組織學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)的一種策略，小組成員之間溝通、商榷、分工、合作，以最佳途徑完成學(xué)習(xí)任務(wù)。[8]采用協(xié)作學(xué)習(xí)的方式，有利于發(fā)展學(xué)生個體的思維能力，增強學(xué)生個體之間的溝通能力、個體差異的包容能力以及對待學(xué)習(xí)的積極態(tài)度。[8]協(xié)作學(xué)習(xí)能讓優(yōu)生輔導(dǎo)帶動差生，同時優(yōu)生能在此過程中優(yōu)化知識結(jié)構(gòu)，兩者都能相互提高學(xué)習(xí)效果。

三、基于任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法的機(jī)器人教學(xué)模式

實用主義教育家杜威在《民主主義與教育》中提出“在做中學(xué)”的觀點，他認(rèn)為在活動中學(xué)習(xí)能讓學(xué)校里知識的獲得與生活過程中的活動聯(lián)系起來，讓學(xué)生主動建構(gòu)知識體系?！白鲋袑W(xué)”是機(jī)器人教學(xué)背后的核心理念，充分引導(dǎo)學(xué)生回歸生活、觀察生活、發(fā)現(xiàn)現(xiàn)實問題、解決問題，同時培養(yǎng)學(xué)生的組織協(xié)調(diào)能力、策略思維能力和團(tuán)隊合作意識。

傳統(tǒng)機(jī)器人課堂主要培養(yǎng)學(xué)生對機(jī)器人搭建的興趣，沒有將解決實際生活中的問題引入機(jī)器人教學(xué)，現(xiàn)實問題和教學(xué)嚴(yán)重脫節(jié)。對學(xué)生而言，機(jī)器人學(xué)習(xí)就是在課堂中玩樂高玩具，僅鍛煉了動手操作能力，沒有接觸到系統(tǒng)的知識體系。對教師而言，機(jī)器人教學(xué)就是在學(xué)生自主搭建中給予搭建指導(dǎo)，教師缺乏引導(dǎo)學(xué)生對問題的思考以及對解決問題的探索。針對以上問題，結(jié)合基礎(chǔ)教育課程改革的文件精神，筆者嘗試提出了任務(wù)驅(qū)動法下機(jī)器人六段教學(xué)法，如圖1所示。

六段教學(xué)模式分為三個任務(wù)階段，即任務(wù)提出、任務(wù)執(zhí)行和任務(wù)測評。在任務(wù)提出階段要進(jìn)行情境創(chuàng)設(shè)和新舊知識的學(xué)習(xí)與鞏固。導(dǎo)，作為課堂教學(xué)的一個必需環(huán)節(jié)，要創(chuàng)造良好的氛圍，調(diào)整學(xué)生的情緒，合理的教學(xué)情境導(dǎo)入是一堂課良好開端的關(guān)鍵，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，在創(chuàng)設(shè)情境過程中給予學(xué)生一定的暗示，引起學(xué)生對實際問題的思考。學(xué)，要由學(xué)生的“學(xué)”代替教師的“教”，變被動吸收為主動吸取。充分體現(xiàn)學(xué)生的主導(dǎo)地位。引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)以前的學(xué)習(xí)經(jīng)驗，自主探究新知識，通過“猜想—交流—方案—驗證—實施—反饋—評價”的方式完成從自學(xué)到合作學(xué)習(xí)的過渡，讓學(xué)生感受學(xué)習(xí)方式的多元化。學(xué)習(xí)內(nèi)容要包括對相關(guān)舊知識的回憶以及完成任務(wù)需要具備的前驅(qū)知識的學(xué)習(xí)?？茖W(xué)基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，是為了幫助學(xué)生更好地分析問題，從而明確任務(wù)。

議，是指任務(wù)提出以后，學(xué)生分小組開始討論，一個開放的、體現(xiàn)學(xué)生主體作用的課堂，是學(xué)生可以自由表達(dá)意見的空間。學(xué)生合作學(xué)習(xí)并內(nèi)化知識，討論出合理的解決方案。方案內(nèi)容要包括搭建的雛形，以及編程實現(xiàn)的流程。對于學(xué)生來說，重在學(xué)會使用技術(shù)，會用頭腦自主思考，拓寬自己的思維空間，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生自主探究的學(xué)習(xí)方法：自己發(fā)現(xiàn)問題，分析問題，擁有能運用信息技術(shù)解決實際問題的能力。在學(xué)生分組學(xué)習(xí)過程中，教師觀察學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，對學(xué)習(xí)困難的學(xué)生提供個性化指導(dǎo)，通過案例或模塊講解引導(dǎo)學(xué)生找到問題解決的關(guān)鍵信息。

機(jī)器人教學(xué)，是理論與實踐結(jié)合的課程。方案制定后，學(xué)生開始實施以小組為單位的機(jī)器人模型搭建，并使用圖形化編程軟件實現(xiàn)機(jī)器人控制。在此階段，學(xué)生應(yīng)具備學(xué)習(xí)的條件是要掌握搭建的基本方法，機(jī)器人主機(jī)、馬達(dá)、傳感器等基礎(chǔ)知識、圖形化編程軟件的使用等。教師巡視、指導(dǎo)過程中要檢查學(xué)生的任務(wù)完成情況，對錯誤的操作進(jìn)行指導(dǎo)，針對小組問題進(jìn)行答疑、引導(dǎo)。在議、動環(huán)節(jié)教師都需收集學(xué)習(xí)的共性問題，在活動總結(jié)環(huán)節(jié)給予學(xué)生集中答疑。在整個“動”的過程中，教師把更多的思考任務(wù)交給學(xué)生，這極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)熱情，實驗、觀察、驗證、歸納、類比等活動對培養(yǎng)學(xué)生高層次的思維能力是非常有益的。

最后環(huán)節(jié)是任務(wù)測、評。測，包括性能的測試與評估、作品的展示與評價。初步完成搭建和編程的作品，要對它進(jìn)行測試，評估作品的預(yù)期方案完成度，完成情況差的要進(jìn)行調(diào)試和修改，調(diào)試完成后，進(jìn)行小組作品展示，匯報作品情況。開展小組間評價，教師根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行過程性評價，對成果進(jìn)行總結(jié)性評價。評價設(shè)計要遵循過程性、完整性、合理性、創(chuàng)意性等原則。

四、基于任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法的《聲控玩具車》教學(xué)設(shè)計

1.學(xué)習(xí)者分析

（1）學(xué)習(xí)者初始技能。在學(xué)習(xí)本課之前學(xué)習(xí)者應(yīng)該掌握控制器的基本功能和構(gòu)造，了解馬達(dá)、齒輪、傳感器的基礎(chǔ)知識，熟悉使用各種零件進(jìn)行機(jī)器人搭建，知曉如何使用圖形化編程軟件編程。

（2）學(xué)習(xí)者一般心理特征。本課程主要針對小學(xué)階段的學(xué)習(xí)者，該年齡段的學(xué)生處于具體運算階段。該階段學(xué)生的感知覺從無意性、情緒性向有意性、目的性發(fā)展，空間、時間知覺的方向發(fā)展;具體、直觀、新鮮的事物易引起學(xué)生的注意;運算階段學(xué)生逐漸克服以自我為中心，多方面看問題以解決問題。

（3）學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)風(fēng)格。本課采取集體化教學(xué)，所以學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)風(fēng)格具有多樣性的特點。教師分組時應(yīng)考慮不同學(xué)生的學(xué)習(xí)風(fēng)格，取長補短，小組成員之間相互學(xué)習(xí)。

2.學(xué)習(xí)內(nèi)容分析

機(jī)器人競賽作為機(jī)器人教學(xué)的一種主要形式，其競賽項目中多以多功能車為基礎(chǔ)完成比賽任務(wù)。完成多功能車的制作，要經(jīng)過設(shè)計、搭建、編程等復(fù)雜過程，有益于學(xué)習(xí)者多種能力的培養(yǎng)。（見圖2）

3.學(xué)習(xí)目標(biāo)

（1）知識與技能。理解聲音傳感器的原理與用法;掌握條件判斷、循環(huán)語句的使用;小組分享成果，訓(xùn)練學(xué)生的言語技能。

（2）過程與方法。以任務(wù)驅(qū)動，在教師的指導(dǎo)下，小組協(xié)作編程，掌握聲音傳感器相關(guān)參數(shù)的意義，掌握多分支結(jié)構(gòu)的方法。

（3）情感態(tài)度與價值觀。在任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法下，體驗完成任務(wù)帶來的成就感;在小組協(xié)作過程中感受團(tuán)隊精神，克服以自我為中心;在與人交流的過程中體驗到分享交流的樂趣。

4.學(xué)習(xí)策略制定

（1）教學(xué)組織形式。小組協(xié)作學(xué)習(xí)。（3人一組最優(yōu)）

（2）教學(xué)方法的選擇。任務(wù)驅(qū)動法、講授法、演示法。

（3）教學(xué)媒體資源的選擇。硬件條件：網(wǎng)絡(luò)聯(lián)機(jī)的機(jī)房、協(xié)作學(xué)習(xí)課桌、平板或筆記本電腦（至少每小組一臺），機(jī)器人（至少每小組一套）。軟件條件：Scratch、VJC等與機(jī)器人匹配的圖形編程軟件。

5.教學(xué)評價設(shè)計

在參考相關(guān)評價表的基礎(chǔ)上制定了如表1所示的評價量表，為教師和學(xué)生對過程和成果進(jìn)行評價提供一定依據(jù)， 該評價量表可用于組內(nèi)評價和組間評價，也可作為檔案袋評價的內(nèi)容。

五、基于《聲控玩具車》教學(xué)設(shè)計的教學(xué)過程（見表2）

六、結(jié)束語

機(jī)器人教學(xué)課程是小學(xué)信息課程的新興內(nèi)容，它綜合了多個學(xué)科。本課中學(xué)生能順利完成制作聲控玩具車的任務(wù)，究其原因在于采用了國家新課程標(biāo)準(zhǔn)中的三維目標(biāo)，用行為動詞使目標(biāo)具體化，避免含糊性。我們不能直接觀察學(xué)生已獲得的新技能，但能通過觀察學(xué)習(xí)者在需要應(yīng)用某性能的任務(wù)中表現(xiàn)出令人滿意的行為來推斷該性能已被習(xí)得，學(xué)習(xí)者表現(xiàn)出的特殊行為常常與性能相混淆。[9]所以明確表達(dá)目標(biāo)中的每個成分能準(zhǔn)確判斷學(xué)生是否達(dá)到目標(biāo)，進(jìn)行下一步學(xué)習(xí)。在機(jī)器人學(xué)習(xí)過程中，將學(xué)習(xí)知識與發(fā)展學(xué)生思維能力和進(jìn)行價值觀教育相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的合作精神、共享理念。

采用“任務(wù)驅(qū)動法”進(jìn)行教學(xué)，能使學(xué)生在學(xué)習(xí)中擁有自主感，從而感到學(xué)習(xí)的樂趣，給學(xué)生思維的空間，發(fā)現(xiàn)、探索的機(jī)會，將教師從牽引者轉(zhuǎn)化為促進(jìn)者，把學(xué)生的時間、權(quán)利交還給他們，讓學(xué)生主動進(jìn)行建構(gòu)，從而使他們明白學(xué)習(xí)的過程是發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的過程。運用協(xié)作學(xué)習(xí)的方法，會更多地關(guān)注學(xué)生，教師會盡可能考慮每個學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，進(jìn)行合理分組，形成優(yōu)生差生互補，相互學(xué)習(xí)。

參考文獻(xiàn)：

[1]光明網(wǎng). 《人工智能標(biāo)準(zhǔn)化白皮書（2018版）》發(fā)布[DB/OL].http：//tech.gmw.cn/2018-01/19/content_ 27390491.htm，2018-01-19.

[2]張劍平，王益.機(jī)器人教育：現(xiàn)狀、問題與推進(jìn)策略[J].中國電化教育，2006（12）：65-68.

[3]梁迎麗，劉陳.人工智能教育應(yīng)用的現(xiàn)狀分析、典型特征與發(fā)展趨勢[J].中國電化教育，2018（3）：24-30.

[4]師曼，劉晟，劉霞，周平艷，陳有義，劉堅，魏銳.21世紀(jì)核心素養(yǎng)的框架及要素研究[J].華東師范大學(xué)學(xué)報（教育科學(xué)版），2016（3）：29-37，115.

[5]王益，張劍平.在機(jī)器人教育中提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)[J].中國教育信息化，2007（18）：34-36.

[6]教基[2001]17號.教育部關(guān)于印發(fā)《基礎(chǔ)教育課程改革綱要（試行）》的通知[Z].

[7]李秀明，武懷生.“任務(wù)驅(qū)動”教學(xué)法的教學(xué)應(yīng)用——《Word圖文混排》教學(xué)設(shè)計[J].中國電化教育，2007（1）：88-90.

[8]趙建華，李克東.協(xié)作學(xué)習(xí)及其協(xié)作學(xué)習(xí)模式[J].中國電化教育，2000（10）：5-6.

[9]加涅著，皮連生、龐維國譯.教學(xué)設(shè)計原理[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，2004.

（編輯：王天鵬）