信息技術(shù)學(xué)科 基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)教法探索

古美婷

基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)又叫項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（Project-Based Learning，簡(jiǎn)稱PBL），是一種以學(xué)生為中心，教師起引導(dǎo)作用的教學(xué)方式，通過(guò)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，學(xué)生將主動(dòng)探索現(xiàn)實(shí)世界中的問(wèn)題，并在這個(gè)過(guò)程中學(xué)習(xí)到更深刻的知識(shí)和技能。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)作為一種教學(xué)方法，已得到越來(lái)越多教育工作者的關(guān)注。2019年3月，在市教科院的牽頭組織引導(dǎo)下，我市信息技術(shù)教師開(kāi)始了基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)教法的實(shí)踐與探索。作為一名信息技術(shù)教師，在對(duì)“項(xiàng)目式學(xué)習(xí)”有了一定的了解之后，筆者選擇了七年級(jí)信息技術(shù)下冊(cè)（粵教版B版）第二章第二節(jié)《機(jī)器人拔河比賽》一課進(jìn)行實(shí)踐與探索。

● 選擇項(xiàng)目

《機(jī)器人拔河比賽》在課本中屬于一節(jié)承上啟下的課程。在上一節(jié)中，學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)使用觸碰傳感器制作“智能碰碰車”，回顧了小學(xué)階段學(xué)習(xí)的編程邏輯與軟硬件結(jié)合的基礎(chǔ)操作，而本節(jié)課則是在熟悉上一節(jié)所學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的一節(jié)實(shí)踐課，旨在讓學(xué)生在完成活動(dòng)任務(wù)的過(guò)程中學(xué)會(huì)分析任務(wù)，并在操作過(guò)程中逐步理清發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的思路。同時(shí)，針對(duì)小學(xué)階段學(xué)習(xí)的紅外避障傳感器的使用進(jìn)行復(fù)習(xí)和應(yīng)用，從而為后面的機(jī)器人走迷宮等課程做好相關(guān)的知識(shí)鋪墊。

拔河是學(xué)生在日常生活中都能接觸到的真實(shí)問(wèn)題情境，制作拔河機(jī)器人則是讓學(xué)生將學(xué)習(xí)與生活聯(lián)系起來(lái)。首先，通過(guò)對(duì)現(xiàn)實(shí)生活中拔河比賽的認(rèn)識(shí)，去類比推理拔河機(jī)器人應(yīng)該具有哪些功能。其次，通過(guò)對(duì)拔河這一問(wèn)題的探究，學(xué)生將得知影響拔河比賽勝負(fù)的因素有哪些，進(jìn)而明確制作改進(jìn)拔河機(jī)器人的思路。

這一學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)立的目的與項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中“通過(guò)一段時(shí)間對(duì)真實(shí)的、復(fù)雜的問(wèn)題進(jìn)行探索，從中獲得知識(shí)和技能”這一理念相符合。制作拔河機(jī)器人，用于參加拔河比賽，究竟怎樣的機(jī)器人才擁有更大的獲勝概率？這一驅(qū)動(dòng)問(wèn)題具有一定的挑戰(zhàn)性，但又不至于難到讓學(xué)生望而卻步。

● 學(xué)情分析

通過(guò)第二章第一節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)學(xué)會(huì)了如何使用流程圖來(lái)表達(dá)簡(jiǎn)單問(wèn)題的解決過(guò)程，并掌握了利用諾寶編程軟件進(jìn)行編程的方法，同時(shí)，在完成了小學(xué)階段學(xué)習(xí)任務(wù)的基礎(chǔ)上，也對(duì)一些傳感器的工作原理有了一定的理解。本課將引導(dǎo)學(xué)生使用小學(xué)階段學(xué)過(guò)的紅外避障傳感器和在上一節(jié)課中學(xué)習(xí)的觸碰傳感器來(lái)制作拔河機(jī)器人，讓學(xué)生在活動(dòng)過(guò)程中進(jìn)行體驗(yàn)并比較，感受不同傳感器對(duì)拔河機(jī)器人產(chǎn)生的不同影響，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生對(duì)比分析的能力。同時(shí)利用比賽的形式，讓學(xué)生體驗(yàn)機(jī)器人競(jìng)賽所帶來(lái)的勝敗感和分析獲勝經(jīng)驗(yàn)的過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生勝不驕敗不餒的優(yōu)良品質(zhì)和分析、分享成功經(jīng)驗(yàn)的能力與習(xí)慣。初一年級(jí)學(xué)生對(duì)有關(guān)機(jī)器人的課程非常喜歡，課堂動(dòng)手環(huán)節(jié)也很積極，但團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)薄弱，易出現(xiàn)單獨(dú)操作的情況，同時(shí)在課堂中也容易出現(xiàn)獨(dú)立研究而忽視教師任務(wù)進(jìn)度的情況，所以課堂掌控方面需要教師對(duì)學(xué)生進(jìn)行進(jìn)一步的引導(dǎo)。

● 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

學(xué)生在本項(xiàng)目中將以4人一小組的形式完成“拔河機(jī)器人”的設(shè)計(jì)與制作。其間可能會(huì)遇到“對(duì)比賽規(guī)則理解不到位，導(dǎo)致編程邏輯不對(duì)”“程序編寫(xiě)不合理，導(dǎo)致無(wú)法編譯下載”或“小車模型設(shè)計(jì)不當(dāng)，導(dǎo)致比賽失利”等問(wèn)題。為解決這些問(wèn)題，學(xué)生將通過(guò)深入理解分析比賽規(guī)則，理順編程思路;通過(guò)檢驗(yàn)程序合理性以及各流程模塊參數(shù)的編寫(xiě)是否有誤，逐步解決無(wú)法編譯下載的問(wèn)題;使用控制變量法，設(shè)計(jì)對(duì)比試驗(yàn)，逐步檢驗(yàn)對(duì)影響比賽勝負(fù)因素的猜測(cè)是否正確，并將正確的因素加入拔河機(jī)器人的設(shè)計(jì)制作中。最后學(xué)生將在拔河比賽中檢驗(yàn)自己的項(xiàng)目成果。

● 項(xiàng)目實(shí)施

在項(xiàng)目進(jìn)行前，可先引導(dǎo)學(xué)生去了解拔河比賽，感興趣的學(xué)生可以自行組織進(jìn)行拔河比賽，體驗(yàn)拔河的過(guò)程與樂(lè)趣。然后，在上課前先讓學(xué)生簡(jiǎn)述自己對(duì)拔河比賽的認(rèn)識(shí)，并引導(dǎo)學(xué)生思考如何讓機(jī)器人像人一樣進(jìn)行拔河比賽，進(jìn)而引出本項(xiàng)目——《機(jī)器人拔河比賽》。

緊接著，便亮出參照人類拔河比賽規(guī)則所制定的機(jī)器人拔河比賽規(guī)則：“將兩個(gè)機(jī)器人的前端用細(xì)線連接起來(lái)，打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，等待裁判的發(fā)令。當(dāng)聽(tīng)到發(fā)令聲響時(shí)，啟動(dòng)機(jī)器人，兩方機(jī)器人同時(shí)后退，哪一方先將對(duì)方拖出規(guī)定區(qū)域，即為獲勝。（比賽將在提前繪制好的比賽場(chǎng)地中進(jìn)行，并由裁判判斷勝負(fù)）”學(xué)生將通過(guò)分析比賽規(guī)則，從中獲得拔河機(jī)器人應(yīng)具有哪些功能的信息，進(jìn)而選擇用于實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能的零件，并設(shè)計(jì)程序?qū)崿F(xiàn)這些功能，讓自己的車型機(jī)器人能夠按照比賽規(guī)則正常運(yùn)行。

當(dāng)機(jī)器人能正常運(yùn)行后，我們需要關(guān)心的就是如何才能讓自己的機(jī)器人在比賽中獲勝，從而進(jìn)一步分析影響拔河比賽勝負(fù)的因素有哪些。從人類參加拔河比賽中分析出來(lái)的因素，是否也同樣適用于機(jī)器人拔河比賽呢？對(duì)于這些問(wèn)題，學(xué)生將通過(guò)觀察，并結(jié)合日常生活的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析推理，然后對(duì)影響拔河機(jī)器人比賽勝負(fù)的因素提出猜想，再設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。如果驗(yàn)證過(guò)程中出現(xiàn)了新的想法，便進(jìn)一步進(jìn)行探究，直到最后驗(yàn)證完自己想要驗(yàn)證的猜想，并將正確的猜想運(yùn)用到拔河機(jī)器人的設(shè)計(jì)與制作中，直到完成最終產(chǎn)品，用于參加比賽。

對(duì)于用什么傳感器來(lái)啟動(dòng)機(jī)器人這一問(wèn)題，給學(xué)生提供兩種選擇：觸碰傳感器和紅外避障傳感器。通過(guò)對(duì)傳感器的選擇把學(xué)生分為兩個(gè)陣營(yíng)：觸碰小分隊(duì)和紅外小分隊(duì)。在后面進(jìn)行比賽時(shí)，我們先組織學(xué)生在同一隊(duì)中進(jìn)行比賽分出勝負(fù)，再讓兩隊(duì)中最強(qiáng)的兩個(gè)機(jī)器人進(jìn)行隊(duì)間決賽，選出本節(jié)課最優(yōu)秀的拔河機(jī)器人。如此進(jìn)行比賽，一是可以增加比賽的趣味性，二是可以引發(fā)學(xué)生進(jìn)一步思考傳感器的選擇是否會(huì)對(duì)比賽結(jié)果產(chǎn)生影響，從而讓學(xué)生再深入進(jìn)行探究。

比賽結(jié)束后，先請(qǐng)冠軍小組進(jìn)行分享，向同學(xué)介紹自己小組的制作理念，分析自己機(jī)器人的優(yōu)缺點(diǎn)，然后再由另一小組對(duì)他們的機(jī)器人做出評(píng)價(jià)并提出建議。接著再請(qǐng)?jiān)诒荣愔惺Ю年?duì)伍進(jìn)行分享。在此環(huán)節(jié)，只要學(xué)生愿意，可多讓學(xué)生發(fā)表自己的想法，若學(xué)生較為靦腆，則應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生多發(fā)言，多與同學(xué)分享自己的想法，以此來(lái)鍛煉學(xué)生的批判性思維能力。

約翰·杜威曾說(shuō)過(guò)：“我們不是從經(jīng)歷中學(xué)習(xí)，而是從反思經(jīng)歷中學(xué)習(xí)?！睘榱俗寣W(xué)生養(yǎng)成回顧項(xiàng)目各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行反思的習(xí)慣，筆者設(shè)置了一個(gè)附加任務(wù)，即讓學(xué)生總結(jié)自己制作拔河機(jī)器人的方法，將其錄制成小視頻發(fā)布到網(wǎng)上，視頻應(yīng)介紹清楚“你的產(chǎn)品是什么？”“產(chǎn)品由哪幾部分組成？”“產(chǎn)品的工作原理是什么？”“現(xiàn)在的產(chǎn)品是第幾個(gè)版本？當(dāng)下的解決方案與之前設(shè)想的有何不同？”等幾個(gè)問(wèn)題。為了更好地跟進(jìn)這一任務(wù)，筆者在互動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)UMU上創(chuàng)建了機(jī)器人拔河比賽的課程，讓學(xué)生把錄制的視頻作為作業(yè)進(jìn)行提交。在該平臺(tái)上，學(xué)生可以看到其他同學(xué)的作業(yè)，也可對(duì)其進(jìn)行點(diǎn)贊與評(píng)價(jià)，為學(xué)生對(duì)本項(xiàng)目后續(xù)的思考與交流提供了平臺(tái)。

● 總結(jié)反思

在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中，我們不僅要關(guān)注學(xué)生學(xué)科知識(shí)的學(xué)習(xí)，同時(shí)也要關(guān)注學(xué)生批判性思維能力、解決問(wèn)題能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和自我管理能力的培養(yǎng)。

作為一個(gè)貼近生活、模仿現(xiàn)實(shí)生活活動(dòng)所進(jìn)行的人工智能競(jìng)賽，機(jī)器人拔河比賽具有真實(shí)性，同時(shí)也易于激起學(xué)生的興趣與關(guān)注?！叭绾沃谱饕粋€(gè)擁有更大獲勝概率的機(jī)器人？”這一問(wèn)題具有適度的挑戰(zhàn)性，能激發(fā)學(xué)生的挑戰(zhàn)精神，完成起來(lái)又不會(huì)太難。而對(duì)影響比賽勝負(fù)因素的探究更是一個(gè)不斷迭代的過(guò)程。學(xué)生將在探究中不斷發(fā)現(xiàn)新的問(wèn)題，然后去收集資料，并嘗試提出新的猜想與解決方案，進(jìn)而再提出更深刻的問(wèn)題——這個(gè)過(guò)程會(huì)一直持續(xù)、循環(huán)到他們得到一個(gè)滿意的答案或解決方案為止。

學(xué)生在項(xiàng)目進(jìn)行的過(guò)程中具有發(fā)言權(quán)和選擇權(quán)。只有學(xué)生能依據(jù)自己的判斷來(lái)解決問(wèn)題而不是按照指令完成項(xiàng)目，才能說(shuō)明學(xué)生真正地參與到了項(xiàng)目之中。只有激發(fā)了學(xué)生的主人翁意識(shí)，他們才會(huì)盡可能地參與到項(xiàng)目的各個(gè)環(huán)節(jié)中——從提出問(wèn)題，到解決問(wèn)題、尋找資源，再到明確團(tuán)隊(duì)中的角色及分工，以及最終創(chuàng)作一個(gè)產(chǎn)品，然后進(jìn)行反思。對(duì)項(xiàng)目的反思，能夠幫助學(xué)生理清下一個(gè)項(xiàng)目需要改進(jìn)的地方，也能幫助教師提高項(xiàng)目式教學(xué)的質(zhì)量。

好的作品不可能一蹴而就，高質(zhì)量的產(chǎn)品必定是經(jīng)過(guò)了多次的迭代。在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中，學(xué)生需要學(xué)會(huì)接受同伴建設(shè)性的意見(jiàn)，并基于此來(lái)改進(jìn)、完善自己的產(chǎn)品。在此階段，我們可以借助使用“評(píng)估量表”“評(píng)估模型”等評(píng)估反饋工具，學(xué)習(xí)正式的反饋與評(píng)論技巧。

最后，同樣也是最重要的環(huán)節(jié)——產(chǎn)品的發(fā)布！公開(kāi)展示項(xiàng)目成果不僅能提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，促成高質(zhì)量產(chǎn)品的完成，同時(shí)也將有效促進(jìn)討論和學(xué)習(xí)社區(qū)的形成。任何一個(gè)公開(kāi)展示的產(chǎn)品，都是可以被討論的，除針對(duì)產(chǎn)品的討論外，我們還可以討論學(xué)習(xí)的內(nèi)容、學(xué)習(xí)的方法、產(chǎn)品評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)等。

● 希冀與展望

2019年3月，筆者開(kāi)始了對(duì)基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)教法的探索，到2019年7月，終于完成了一次還不太成熟的實(shí)踐。學(xué)生制作拔河機(jī)器人的熱情給了筆者動(dòng)力，讓筆者知道，當(dāng)你給予學(xué)生發(fā)言權(quán)與選擇權(quán)時(shí)，他們將會(huì)用驚喜來(lái)回報(bào)你。探索的道路雖阻且長(zhǎng)，但學(xué)生在完成項(xiàng)目時(shí)臉上所綻放的神采將照亮我們前進(jìn)的道路。