基于校園實(shí)景的網(wǎng)絡(luò)虛擬機(jī)器人課程開發(fā)實(shí)踐

朱建峰

校園是孩子天性展現(xiàn)的空間、智慧表達(dá)的場所、美德扎根的土壤。開發(fā)基于校園實(shí)景的網(wǎng)絡(luò)虛擬機(jī)器人課程就是在網(wǎng)絡(luò)虛擬環(huán)境下，以校園實(shí)景為依托，將項(xiàng)目化的任務(wù)轉(zhuǎn)化為解決問題的實(shí)施方案，立德樹人，激發(fā)潛能，讓核心素養(yǎng)落地?；谛@實(shí)景的虛擬機(jī)器人課程是為滿足社會(huì)快速發(fā)展、學(xué)校特色建設(shè)及養(yǎng)正理念培育等多方面的需求而開發(fā)的課程。針對現(xiàn)狀，基于校園實(shí)景的網(wǎng)絡(luò)虛擬機(jī)器人課程開發(fā)，我們通過情境體驗(yàn)、項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)、創(chuàng)意創(chuàng)作等活動(dòng)形式培養(yǎng)學(xué)生對機(jī)器人的興趣、協(xié)作和創(chuàng)新能力，提升其科學(xué)素養(yǎng)、信息素養(yǎng)和品德素養(yǎng)，豐富“養(yǎng)正”教育理念的內(nèi)涵，達(dá)到機(jī)器人教學(xué)與“四正”理念的深度融合滲透，切實(shí)發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)“養(yǎng)正”育人目標(biāo)。

● 遵循規(guī)律，堅(jiān)持課程開發(fā)原則

1.以學(xué)校為基礎(chǔ)，注重教學(xué)資源統(tǒng)整

我校56項(xiàng)拓展課程的開發(fā)基于興趣、特長或?qū)W科特質(zhì)，具有獨(dú)立性、碎片化的特點(diǎn)。從“養(yǎng)正”育人目標(biāo)出發(fā)，建立基于校園實(shí)景的網(wǎng)絡(luò)虛擬機(jī)器人課程整體框架，利用現(xiàn)有的課程資源（信息技術(shù)、德育、體育、校園文化課程）進(jìn)行統(tǒng)整，形成全面培養(yǎng)學(xué)生的“情、知、行、意”、發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的教育合力。

2.以學(xué)生為中心，關(guān)注學(xué)習(xí)興趣取向

從隨機(jī)訪談的50名學(xué)生的回答來看，學(xué)生對虛擬機(jī)器人項(xiàng)目最感興趣的關(guān)鍵詞是游戲、任務(wù)、有成就。教師設(shè)計(jì)與學(xué)生實(shí)際生活、學(xué)習(xí)相關(guān)的項(xiàng)目主題，結(jié)合學(xué)生的興趣愛好，引導(dǎo)他們帶著真實(shí)的任務(wù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，將知識(shí)、技能、德育等內(nèi)容融合其中，起到潤物無聲的效果。學(xué)生的興趣取向?qū)π@實(shí)景仿真的虛擬機(jī)器人課程具有相當(dāng)重要的引導(dǎo)作用。

3.以學(xué)習(xí)為根本，重視信息素養(yǎng)培養(yǎng)

開發(fā)基于校園實(shí)景的網(wǎng)絡(luò)虛擬機(jī)器人課程的目的是通過創(chuàng)造性的機(jī)器人實(shí)踐培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)，以學(xué)為中心，讓學(xué)生在自主學(xué)習(xí)中，提升信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)（信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任）。

● 依托情境，教學(xué)內(nèi)容項(xiàng)目化

基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，是指學(xué)生在教師的引導(dǎo)下發(fā)現(xiàn)問題，以解決問題為導(dǎo)向開展方案設(shè)計(jì)、新知學(xué)習(xí)、實(shí)踐探索等具有創(chuàng)新特質(zhì)的學(xué)習(xí)活動(dòng)。選擇學(xué)生熟悉的、實(shí)踐性強(qiáng)的項(xiàng)目，激發(fā)學(xué)生興趣，增強(qiáng)學(xué)生在探究機(jī)器人過程中的積極性、體驗(yàn)感。以學(xué)校校園實(shí)景作為虛擬機(jī)器人項(xiàng)目任務(wù)的場景，不但能促進(jìn)學(xué)生在機(jī)器人學(xué)習(xí)中對學(xué)校進(jìn)一步了解，更能讓學(xué)生在機(jī)器人項(xiàng)目學(xué)習(xí)中增加對學(xué)校的喜愛。根據(jù)學(xué)生的心理特征和信息技術(shù)能力，我們設(shè)計(jì)了基于校園實(shí)景仿真的網(wǎng)絡(luò)虛擬機(jī)器人課程的總體框架（如下頁表1）。

1.融入學(xué)校的養(yǎng)正辦學(xué)育人理念

適合學(xué)生發(fā)展的教育，其本質(zhì)是提供適合學(xué)生發(fā)展的課程?；谛@實(shí)景的網(wǎng)絡(luò)虛擬機(jī)器人課程，以“養(yǎng)正氣，學(xué)正知，習(xí)正行，育正見”為學(xué)校課程結(jié)構(gòu)框架，開發(fā)具有學(xué)校特色的學(xué)生熟悉且能夠?qū)崿F(xiàn)的項(xiàng)目。

（1）養(yǎng)正氣。修身立德，形成正確的價(jià)值觀，設(shè)立“德育無痕，我棒”項(xiàng)目板塊。在讓機(jī)器人實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目中達(dá)成平時(shí)的教室節(jié)電、就餐節(jié)水、消防安全等教育，引導(dǎo)學(xué)生形成正確的世界觀、人生觀、價(jià)值觀，培養(yǎng)學(xué)生誠實(shí)守信、遵紀(jì)守法、艱苦奮斗等優(yōu)良品質(zhì)，推進(jìn)信息德育建設(shè)。

（2）學(xué)正知。涵養(yǎng)學(xué)力，感知養(yǎng)正校園文化，設(shè)立“養(yǎng)正文化，我知”項(xiàng)目板塊。通過讓機(jī)器人實(shí)現(xiàn)校史再現(xiàn)、國學(xué)養(yǎng)正、整理圖書、飛越校園等項(xiàng)目，以校園文化感染學(xué)生，讓學(xué)生感知校園的養(yǎng)正文化。

（3）習(xí)正行。規(guī)范行為，確立處事準(zhǔn)則，設(shè)立“陽光體育，我行”板塊。設(shè)計(jì)繞障前行、校園迷蹤、灌籃高手、足下生輝等項(xiàng)目，通過體育項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)，強(qiáng)調(diào)行知合一，促進(jìn)學(xué)生身心健康、全面發(fā)展。

（4）育正見。篤思明辨，培育正確的知見，設(shè)立“校園實(shí)踐，我強(qiáng)”板塊。通過學(xué)生設(shè)計(jì)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)校園的大巡游、大探密、大挑戰(zhàn)，培育學(xué)生規(guī)劃、執(zhí)行計(jì)劃的能力以及解決問題的能力，發(fā)展團(tuán)隊(duì)合作素養(yǎng)，培育正確的知見。

課程項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)也涉及平臺(tái)使用、設(shè)計(jì)與搭建、程序與算法等方面，結(jié)合學(xué)生的年齡特點(diǎn)、心理特征和認(rèn)知水平，課程總體圍繞一個(gè)平臺(tái)三條主線對內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)，平臺(tái)使用為明線，興趣、雙基、能力為三條暗線，由簡到難，螺旋上升。

2.融合問題解決的信息技術(shù)學(xué)科思維

基于校園實(shí)景的網(wǎng)絡(luò)虛擬機(jī)器人課程教學(xué)都是基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下發(fā)現(xiàn)問題，以解決問題為導(dǎo)向開展方案設(shè)計(jì)、新知學(xué)習(xí)、實(shí)踐探索等具有創(chuàng)新特質(zhì)的學(xué)習(xí)活動(dòng)。項(xiàng)目學(xué)習(xí)很大程序上還原了學(xué)習(xí)的本質(zhì)，在真實(shí)活動(dòng)情境中，激發(fā)學(xué)生對信息問題的敏感性，提高學(xué)生解決具體問題的能力。

（1）對比求解，激發(fā)解決問題的信息意識(shí)。信息意識(shí)是學(xué)生對信息的敏感度和對信息價(jià)值的判斷力。培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)首先在于激發(fā)信息意識(shí)，有效的信息能為高效地獲得問題解決方案提供保障。在教學(xué)中，我們要引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)項(xiàng)目信息，對不同方式求解問題的方案進(jìn)行對比，在對比中體會(huì)問題解決的優(yōu)劣，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)獲取解決問題的信息意識(shí)，達(dá)到能自覺、有效獲取、評估、鑒別、使用信息，從而有效激發(fā)學(xué)生的信息意識(shí)。

（2）萃取算法，夯實(shí)解決問題的思維過程。算法是指解決問題方案的準(zhǔn)確而完整的描述，是一系列解決問題的清晰指令，也是計(jì)算思維的思維活動(dòng)表現(xiàn)形式。針對問題，學(xué)生會(huì)進(jìn)行多角度的觀察和思維，考慮能否找到更多的解決方法和途徑，接著反復(fù)研究各種方法，不斷歸納總結(jié)，逐步求精，最終得出問題求解的方法。就這樣，學(xué)生在體驗(yàn)成功的同時(shí)，逐漸筑實(shí)計(jì)算思維基礎(chǔ)。

（3）設(shè)解問題，培養(yǎng)解決問題的數(shù)字化創(chuàng)新力。通過針對性地設(shè)解問題，讓學(xué)生自己去尋找解決問題的方法，調(diào)動(dòng)學(xué)生的參與意識(shí)，并通過利用虛擬機(jī)器人軟件求解問題、思考方法，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，從而比較系統(tǒng)地培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新的實(shí)踐能力。

● 創(chuàng)新形式，課程實(shí)現(xiàn)多樣化

1.混合式教學(xué)，從課內(nèi)向課外延伸

基于校園實(shí)景的網(wǎng)絡(luò)虛擬機(jī)器人課程，以線下的課堂教學(xué)為主，以地方課程的形式安排每兩周1課時(shí)，保證學(xué)生能完成基礎(chǔ)性的學(xué)習(xí)任務(wù)，掌握基本的知識(shí)和技能;線上網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)是課程教學(xué)的輔助手段，教師在線上教學(xué)過程中提供針對性的學(xué)習(xí)資源（項(xiàng)目資源、官方資源），學(xué)生根據(jù)自己的興趣完成拓展性的任務(wù)，學(xué)生可以自己掌控學(xué)習(xí)進(jìn)度，進(jìn)行個(gè)性化的學(xué)習(xí)。在混合式學(xué)習(xí)中，學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)空由教室延伸到網(wǎng)絡(luò)，由課內(nèi)延伸到課外，教師和學(xué)生、學(xué)生和學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)更加密切，通過網(wǎng)絡(luò)同時(shí)學(xué)習(xí)的同學(xué)隨時(shí)可以互相交流、協(xié)作學(xué)習(xí)，解決項(xiàng)目問題。

2.激勵(lì)性活動(dòng)，從普及向提高擴(kuò)展

網(wǎng)絡(luò)虛擬機(jī)器人創(chuàng)新教學(xué)是一個(gè)跨學(xué)科、綜合性的實(shí)踐過程，有利于提高學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。網(wǎng)絡(luò)虛擬機(jī)器人能給更多感興趣的學(xué)生提供展示自我的舞臺(tái)。

（1）機(jī)器人工作室，拓展學(xué)生想象。正常的課堂教學(xué)不能滿足部分學(xué)生的需求，因此建設(shè)學(xué)校機(jī)器人工作室這個(gè)空間，讓更多優(yōu)秀的學(xué)生參與進(jìn)來，為他們提供進(jìn)一步發(fā)展的機(jī)會(huì)。學(xué)生們在這里盡情玩耍，不斷動(dòng)手動(dòng)腦，學(xué)會(huì)了相互協(xié)調(diào)、相互配合。同時(shí)，突發(fā)的奇思妙想不斷涌現(xiàn)，孩子們的智慧讓“機(jī)器人”變得更加活靈活現(xiàn)，孩子們好學(xué)的天性得到最大程度的發(fā)揮，他們學(xué)會(huì)了觀察，學(xué)會(huì)了表達(dá)，學(xué)會(huì)了思考，學(xué)會(huì)了學(xué)習(xí)。

（2）機(jī)器人競賽，拓展學(xué)生視野。機(jī)器人工作室的學(xué)生，動(dòng)手能力和思維能力得到較好的訓(xùn)練。為了進(jìn)一步提升學(xué)生能力，挑戰(zhàn)自我，機(jī)器人工作室組織能力突出的學(xué)生參加省級、市級機(jī)器人競賽。每一個(gè)機(jī)器人競賽項(xiàng)目都完完全全是“動(dòng)手做，做中學(xué)”的過程，學(xué)生們就像真正的工程師一樣，研究、設(shè)計(jì)、組裝和測試。在設(shè)計(jì)、制作、調(diào)試機(jī)器人的活動(dòng)中，學(xué)生不僅可以學(xué)到有關(guān)機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)等技術(shù)知識(shí)，而且還培養(yǎng)了良好的生活習(xí)慣，掌握了技能。更重要的是他們樂觀、自信，勇于挑戰(zhàn)困難，他們富有想象力、創(chuàng)造力與團(tuán)隊(duì)合作精神。

● 互聯(lián)互通，強(qiáng)調(diào)評價(jià)實(shí)時(shí)化

在“互聯(lián)網(wǎng)+”和大數(shù)據(jù)時(shí)代，對學(xué)生的評價(jià)也具有多樣性和針對性，虛擬機(jī)器人課程的評價(jià)將課堂評價(jià)和網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)評價(jià)相結(jié)合，充分體現(xiàn)過程性和參與性。

1.課堂評價(jià)，重視非量化評價(jià)

（1）項(xiàng)目達(dá)標(biāo)性評價(jià)。在學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目化學(xué)習(xí)時(shí)，可以把任務(wù)分解成若干個(gè)小任務(wù)，讓學(xué)生直接對小任務(wù)進(jìn)行評價(jià)。例如，在“繞障前行”項(xiàng)目中，根據(jù)學(xué)生到達(dá)的每一個(gè)點(diǎn)是否能順利繞障，讓學(xué)生直觀、方便地進(jìn)行評價(jià)（如表2），這樣做也易于讓學(xué)生接受和認(rèn)同。

（2）項(xiàng)目創(chuàng)新性評價(jià)。在基于校園實(shí)景的虛擬機(jī)器人課程實(shí)施過程中，評價(jià)起到很大的引導(dǎo)作用，它通過多途徑收集學(xué)生學(xué)習(xí)信息，判斷學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果，給學(xué)生提供更多的學(xué)習(xí)支持。每個(gè)項(xiàng)目都是從學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律出發(fā)，通過創(chuàng)設(shè)與機(jī)器人知識(shí)相關(guān)、與生活貼近的問題情境，讓不同能力層次的學(xué)生有不同的問題解決方法、算法，具有一定開放性和復(fù)雜性。所以，發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新型的設(shè)計(jì)方案、合理的算法、穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)都是評價(jià)的主要內(nèi)容。如在“消防演練”項(xiàng)目中，方案一根據(jù)時(shí)間來控制，到達(dá)起火點(diǎn)，方案二利用障礙傳感器沿單側(cè)墻進(jìn)行，利用左手法則搜尋，方案三利用雙距離傳感器，利用兩側(cè)墻進(jìn)行搜尋。雖然都能找到著火點(diǎn)，但在效率、穩(wěn)定性上存在很大的差別。很明顯，方案三優(yōu)于方案二，方案二優(yōu)于方案一。通過方案、算法進(jìn)行創(chuàng)新性評價(jià)，有助于促進(jìn)學(xué)生不斷進(jìn)行反思，修正自己的機(jī)器人構(gòu)建及程序，實(shí)現(xiàn)迭代。

（3）項(xiàng)目展示性評價(jià)?；谛@實(shí)景的網(wǎng)絡(luò)虛擬機(jī)器人課程具有一定的社會(huì)性、人文性、科學(xué)性。而項(xiàng)目常常富有時(shí)代氣息，反映社會(huì)熱點(diǎn)，貼近學(xué)生生活，在虛擬環(huán)境中實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目任務(wù)，學(xué)生的知識(shí)、技能與經(jīng)驗(yàn)得到提高，而在提高的過程中，學(xué)生也樂于分享自己的體驗(yàn)感受。機(jī)器人學(xué)習(xí)是實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科（STEAM）學(xué)習(xí)的過程。通過展示評價(jià)，學(xué)生間可實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)共享，學(xué)生的思維判斷能力、語言組織能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等得到鍛煉，學(xué)生的綜合素養(yǎng)得到提升。

2.網(wǎng)絡(luò)評價(jià)，注重量化評價(jià)

基于校園實(shí)景的網(wǎng)絡(luò)虛擬機(jī)器人不同于其他實(shí)體機(jī)器人，它依存于網(wǎng)絡(luò)，因而具有了網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)——即時(shí)性和可計(jì)算。對五年級喜歡游戲的學(xué)生的進(jìn)行當(dāng)面談話了解到，學(xué)生對現(xiàn)行網(wǎng)絡(luò)游戲最感興趣的原因中最關(guān)鍵的是任務(wù)明確，有成就感?；趯W(xué)生的這種心理和認(rèn)知特點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)評價(jià)應(yīng)注重量化評價(jià)。

（1）項(xiàng)目排名評價(jià)。項(xiàng)目排名是學(xué)生最直觀了解自己項(xiàng)目完成情況的途徑，也是學(xué)生在該項(xiàng)目學(xué)習(xí)中的終結(jié)性評價(jià)。通過項(xiàng)目成績排名，可以激發(fā)學(xué)生主動(dòng)對方案進(jìn)行改進(jìn)的欲望，并想方設(shè)法提高成績。

（2）積分累計(jì)評價(jià)。模仿網(wǎng)絡(luò)游戲的評價(jià)方式，將學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)長累計(jì)（每周按時(shí)長累計(jì)超過30分鐘以上計(jì)30分）和完成項(xiàng)目（完成一個(gè)項(xiàng)目積100分）相結(jié)合進(jìn)行積分累計(jì)，采取頭銜制，利用學(xué)生好勝的心理特點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生參與網(wǎng)絡(luò)虛擬機(jī)器人課程的積極性和創(chuàng)造性。

基于校園實(shí)景的網(wǎng)絡(luò)虛擬機(jī)器人課程的開發(fā)，是想從學(xué)科層面更多地做到育人的功能。由景生情，以情育人，讓學(xué)生具有信息社會(huì)責(zé)任意識(shí)。正像好未來的創(chuàng)始人張邦鑫所說的：“當(dāng)我跟學(xué)生交流的時(shí)候，那一刻讓我震撼的是，其實(shí)教師跟學(xué)生的交流和溝通根本不是你教他多少知識(shí)，根本不是你用什么手段、方法、高科技解決什么問題，而是你傳遞了多少熱情、多少能量、多少愛，你有多在意他，你幫助他多大程度開拓了他的視野，解決他的自信，讓他從學(xué)習(xí)中得到的成就感?！彼?，基于校園實(shí)景仿真的網(wǎng)絡(luò)虛擬機(jī)器人課程所體現(xiàn)的就是教育的本質(zhì)，讓學(xué)生在課程學(xué)習(xí)中在心靈上感受到最微妙的變化與引導(dǎo)，從而讓核心素養(yǎng)得到不斷提升，在情境中有情感的真實(shí)流露和養(yǎng)正價(jià)值理念的逐漸形成。