運(yùn)用機(jī)器人學(xué)習(xí)套裝促進(jìn)小學(xué)科學(xué)課教學(xué)

肖獻(xiàn)華

【摘要】運(yùn)用機(jī)器人學(xué)習(xí)套裝可促進(jìn)小學(xué)科學(xué)課教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)有：將機(jī)器人學(xué)習(xí)套裝帶入課堂，將演示實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)為小組實(shí)驗(yàn)，讓更多學(xué)生參與探究活動(dòng);使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更精確、更直觀，有效解決教學(xué)的重難點(diǎn);能提高課堂效率，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)創(chuàng)新思維。當(dāng)然，教師在教學(xué)過程中也要防止設(shè)計(jì)活動(dòng)貫穿整節(jié)課，避免弱化學(xué)生記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的意識(shí)與能力。

【關(guān)鍵詞】機(jī)器人學(xué)習(xí)套裝;小學(xué)科學(xué);實(shí)驗(yàn)教學(xué)

《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》指出：“要培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和解決真實(shí)問題的綜合能力，激發(fā)創(chuàng)新潛能，為他們繼續(xù)學(xué)習(xí)、可持續(xù)發(fā)展、成為具有社會(huì)責(zé)任感的合格公民打下堅(jiān)實(shí)的根基?！睖?zhǔn)備實(shí)驗(yàn)課器材，不少教師會(huì)花上一節(jié)課，甚至幾周的時(shí)間。有些實(shí)驗(yàn)器材不容易找齊全，讓不少科學(xué)實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)效果大打折扣，乃至讓教師用網(wǎng)絡(luò)上的實(shí)驗(yàn)視頻替代演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)操作環(huán)節(jié)，不利于科學(xué)概念的建構(gòu)，更不利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)器材只能提供學(xué)生能達(dá)成某個(gè)實(shí)驗(yàn)的器材，不能很好地支持學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)所獲取的知識(shí)，進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

機(jī)器人學(xué)習(xí)套裝是現(xiàn)在比較流行的含有現(xiàn)代科技含量的學(xué)習(xí)材料，包括梁、連桿、齒輪、滑輪、皮帶、鏈條、輪轂、輪胎等不同種類的實(shí)驗(yàn)材料，也含有角度傳感器、溫度傳感器、超聲波傳感器、紅外傳感器等。

一、研究方法

為探究機(jī)器人學(xué)習(xí)套裝在小學(xué)科學(xué)課堂的實(shí)驗(yàn)效果，我們選取了兩所學(xué)校，每所學(xué)校的四至六年級(jí)各選取了兩個(gè)班，如，四年（1）班、四年（2）班;五年（1）班、五年（2）班;六年（1）班、六年（2）班，每班42人，進(jìn)行教學(xué)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，同一年級(jí)的兩個(gè)班的人數(shù)和接受能力一樣。四年（1）班、五年（1）班、六年（1）班使用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)器材，四年（2）班、五年（2）班、六年（2）班使用機(jī)器人學(xué)習(xí)套裝。

二、研究分析

從準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)用品、教學(xué)效果和學(xué)生的反饋意見看，機(jī)器人學(xué)習(xí)套裝有助于提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)的參與度，幫助學(xué)生建立科學(xué)概念，培養(yǎng)創(chuàng)新能力：

1.將演示實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)為小組實(shí)驗(yàn)，增加探究實(shí)驗(yàn)人數(shù)，讓更多學(xué)生參與探究活動(dòng)

演示實(shí)驗(yàn)是科學(xué)課常用的教學(xué)手段，存在一定危險(xiǎn)性，有的實(shí)驗(yàn)材料數(shù)量有限，由教師直接進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)或邀請(qǐng)個(gè)別學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果呈現(xiàn)給全班學(xué)生。在小學(xué)階段，由于實(shí)驗(yàn)材料有限而進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)的情況比較多，會(huì)大大降低學(xué)生的主動(dòng)探究欲望。機(jī)器人學(xué)習(xí)套材具有多樣性、靈活性，能有效解決材料不足的問題。

新版教科版小學(xué)六年級(jí)上冊(cè)第三單元的第四課《改變運(yùn)輸?shù)能囕啞?，要進(jìn)行平板和手推車?yán)锲返膶?shí)地運(yùn)貨實(shí)驗(yàn)。由于實(shí)驗(yàn)物品較大，需要測(cè)試的場(chǎng)地要求也比較大，要帶學(xué)生到戶外進(jìn)行體驗(yàn)，加上課堂時(shí)間有限，只能選取個(gè)別學(xué)生代表參加實(shí)地測(cè)試;課前教師讓學(xué)生代表先進(jìn)行實(shí)地測(cè)試，同步進(jìn)行錄像，然后在課堂上播放給全班學(xué)生觀摩。這樣的呈現(xiàn)測(cè)試方式，兩所學(xué)校的六年（1）班，讓學(xué)生置身探究的行列之外，只能等待他人的答案，或者是進(jìn)行一些猜測(cè)。

兩所學(xué)校的六年（2）班，教師為了讓全體學(xué)生都能感受兩者運(yùn)貨的區(qū)別，使用了機(jī)器人學(xué)習(xí)套裝中的科技件，讓學(xué)生進(jìn)行探究活動(dòng)。學(xué)生以小組為單位，按要求設(shè)計(jì)、搭建平板和手推車，在課桌上進(jìn)行模擬運(yùn)貨的實(shí)驗(yàn)。這個(gè)小小的改變，讓學(xué)生感受兩者運(yùn)輸物品的優(yōu)劣。同時(shí)，借助機(jī)器人學(xué)習(xí)套裝替代生活中一些常見的物品進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生科學(xué)探究的欲望。課后，探究活動(dòng)并未停止，學(xué)生帶著熱情，繼續(xù)深入探究。

2.直觀展示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)變化的全過程，有利于學(xué)生進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得出結(jié)論

利用機(jī)器人學(xué)習(xí)套裝中的傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、獲取數(shù)據(jù)，有助于提高課堂效率，讓學(xué)生有充裕的時(shí)間深入觀察和探究，有助于學(xué)生準(zhǔn)確獲取數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析數(shù)據(jù)，理解科學(xué)概念。

在新版教科版小學(xué)五年級(jí)下冊(cè)第四單元的第一課《溫度與水的變化》中，兩所學(xué)校五年級(jí)的其中一個(gè)班用傳統(tǒng)的溫度計(jì)，另外一個(gè)班用溫度傳感器，兩間學(xué)校都能測(cè)量出溫度的變化。

使用溫度計(jì)的兩個(gè)五年（1）班，學(xué)生在做《水沸騰后的變化》實(shí)驗(yàn)時(shí)，花的時(shí)間比較多，且與用溫度傳感器的班級(jí)作對(duì)比，他們的分析表卻沒有用溫度傳感器的班所呈現(xiàn)的細(xì)致。他們?cè)谟^察后，根據(jù)每分鐘記錄的數(shù)據(jù)通過人工繪制曲線圖的方式，畫出溫度的變化，但變化曲線都是每分鐘，測(cè)得溫度點(diǎn)的直線連線。

用溫度傳感器的兩個(gè)五年（2）班，在測(cè)溫的過程中，電腦就會(huì)將傳感器測(cè)得的溫度變化的曲線圖呈現(xiàn)在屏幕上，學(xué)生能及時(shí)分析某個(gè)時(shí)間段的溫度變化，或整個(gè)實(shí)驗(yàn)時(shí)間段的數(shù)據(jù)變化，使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加具體、直觀。實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生有更多時(shí)間關(guān)注水溫和水形態(tài)變化的細(xì)節(jié)，有利于學(xué)生分析水的溫度、形態(tài)變化跟熱量的關(guān)系，有效解決教學(xué)的重點(diǎn)。

3.多種材料為學(xué)生提供探究條件，有利于培養(yǎng)創(chuàng)新精神

傳統(tǒng)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)材料，一般只提供學(xué)生探究科學(xué)原理的實(shí)驗(yàn)器材，課堂上給予學(xué)生創(chuàng)造性思維的機(jī)會(huì)不多。機(jī)器人學(xué)習(xí)套裝器材種類、數(shù)量多，同一個(gè)種類的器材也有不同的型號(hào)，且拆裝方便。材料的多樣性，給學(xué)生提供進(jìn)一步探究的條件，引發(fā)學(xué)生的深度思考與探究的欲望。同時(shí)，更多的探究實(shí)踐機(jī)會(huì)，為學(xué)生設(shè)計(jì)作品或產(chǎn)品提供了材料的保障，為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神提供條件。

在新版教科版小學(xué)四年級(jí)上冊(cè)第三單元的第七、八課《設(shè)計(jì)制作小車》中，學(xué)生運(yùn)用已獲取的經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)和技能，去設(shè)計(jì)制作小車。學(xué)生通過調(diào)查、討論、調(diào)整，選取最佳設(shè)計(jì)方案，再進(jìn)行制作，之后在進(jìn)行測(cè)試、反思、優(yōu)化，不斷完善的過程，深化對(duì)工程設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)、理解和應(yīng)用。學(xué)習(xí)中，兩個(gè)四年（1）班，教師和學(xué)生比較容易找到廢舊物品設(shè)計(jì)小車，但在改裝小車設(shè)計(jì)上，由于輪子已被軸固定好，不容易拆卸，所以學(xué)生很少調(diào)整橡皮筋股數(shù)和長(zhǎng)度，以及更換車輪，更不容易改變車身長(zhǎng)度。學(xué)生設(shè)計(jì)的重點(diǎn)只單純地放在用橡皮筋作為動(dòng)力，或者用氣球作為動(dòng)力上。材料使用的不便，固化了學(xué)生的思維。

兩個(gè)四年（2）班的學(xué)生，使用的是機(jī)器人學(xué)習(xí)套裝。由于器材連接方便，容易拆卸，學(xué)生設(shè)計(jì)小車的思路可以從車身的長(zhǎng)度、寬度，整橡皮筋股數(shù)和長(zhǎng)度，更換哪種輪胎，比較適合橡皮筋或氣球作為動(dòng)力的小車等多維度，多角度去思考問題，提出更優(yōu)方案。學(xué)生通過不斷地優(yōu)化小車設(shè)計(jì)，有了不少新發(fā)現(xiàn)。如學(xué)生在測(cè)試不同花紋的輪胎時(shí)發(fā)現(xiàn)不同的花紋，所產(chǎn)生的摩擦力不同，對(duì)汽車的穩(wěn)定性、驅(qū)動(dòng)能力也有影響。這是學(xué)生通過測(cè)試，額外的發(fā)現(xiàn)。為了贏得比賽，不斷進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，優(yōu)化設(shè)計(jì)，以達(dá)到理想化狀態(tài)。學(xué)生通過體驗(yàn)小車設(shè)計(jì)的基本過程，培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，發(fā)展科學(xué)探究能力，構(gòu)建工程與技術(shù)設(shè)計(jì)思維框架;掌握生活與學(xué)習(xí)的技巧，提高實(shí)踐能力。

綜上所述，將機(jī)器人學(xué)習(xí)套裝帶入課堂，將演示實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)為小組實(shí)驗(yàn)，讓更多學(xué)生參與探究活動(dòng)，有效解決教學(xué)的重難點(diǎn)，能提高課堂效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]教育部.義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)[S].北京師范大學(xué)出版社，2017.

[2]顧小清.主題學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)[M].教育科學(xué)出版社，2005.

[3]王同聚.中小學(xué)機(jī)器人教學(xué)中“微課 ”的制作與應(yīng)用研究[J].中國(guó)電化教育，2014.

責(zé)任編輯? 李海濤