基于創(chuàng)客教育的機(jī)器人教學(xué)實(shí)踐

葉紅 趙錫娟

[摘 要]創(chuàng)客教育是近年來新興的一種教育理念，基礎(chǔ)教育中的創(chuàng)客教育提倡培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題并創(chuàng)造性地解決問題的能力。創(chuàng)客教育的出現(xiàn)為機(jī)器人教學(xué)提供了一種新的教學(xué)模式，打破了原來教師講解操作步驟、學(xué)生完成預(yù)定機(jī)器人制作的教學(xué)模式。文章以創(chuàng)客教育為理論指導(dǎo)，以“分類運(yùn)輸機(jī)器車”的教學(xué)為例，探討著重培養(yǎng)學(xué)生動手能力和創(chuàng)新思維的機(jī)器人教學(xué)。

[關(guān)鍵詞]創(chuàng)客教育;機(jī)器人教學(xué);分類運(yùn)輸機(jī)器車

[中圖分類號] ? ?G633.67 ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] ? ?A ? ? ? ?[文章編號] ? ?1674-6058（2022）17-0082-03

近幾年，機(jī)器人教育逐漸成為中小學(xué)信息技術(shù)課程必不可少的內(nèi)容。很多中小學(xué)信息技術(shù)教師在不斷探索將機(jī)器人教育融入學(xué)生學(xué)習(xí)生活中的策略，從而增強(qiáng)學(xué)生的動手能力、編程能力、創(chuàng)造能力和團(tuán)隊(duì)意識，使學(xué)生在積極的探索和研究中落實(shí)自己的新創(chuàng)意、新設(shè)想和新設(shè)計(jì)。

創(chuàng)客教育是近年來新興的一種教育理念，基礎(chǔ)教育中的創(chuàng)客教育提倡培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題并創(chuàng)造性地解決問題的能力。創(chuàng)客教育的出現(xiàn)為機(jī)器人教學(xué)提供了一種新的教學(xué)模式。以提倡“實(shí)踐、創(chuàng)新、分享”的創(chuàng)客教育指導(dǎo)課堂教學(xué)，可有效培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，鍛煉學(xué)生的動手能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造性思維。

本文以創(chuàng)客教育為理論指導(dǎo)，以“分類運(yùn)輸機(jī)器車”的教學(xué)為例，探討著重培養(yǎng)學(xué)生動手能力和創(chuàng)新思維的機(jī)器人教學(xué)。

一、學(xué)情分析

課前，教師應(yīng)分析學(xué)生的學(xué)情和學(xué)習(xí)目標(biāo)。本次教學(xué)的對象是初一社團(tuán)學(xué)生。初一學(xué)生活潑好動，充滿強(qiáng)烈的求知欲望，而機(jī)器人課程對他們來說十分新鮮，他們非常感興趣。初一學(xué)生競爭意識強(qiáng)，喜歡挑戰(zhàn)，通過制作機(jī)器人并完成指定任務(wù)以及展示作品，可以增強(qiáng)他們的成就感及自信心。每個學(xué)生的能力和興趣不同，有的擅長文字表達(dá)，有的喜歡動手實(shí)踐，有的編程能力較強(qiáng)。因此，教師應(yīng)讓學(xué)生根據(jù)自己的特長自由組隊(duì)。

在上本節(jié)課之前，學(xué)生已經(jīng)掌握了顏色傳感器、巡線傳感器、表情面板等硬件的使用方法，還學(xué)會了編寫相關(guān)硬件所對應(yīng)的程序。

二、教學(xué)目標(biāo)

通過對“分類運(yùn)輸機(jī)器車”的學(xué)習(xí)，能夠了解分類運(yùn)輸機(jī)器車的搭建技巧，并總結(jié)分類運(yùn)輸機(jī)器車的搭建原則與方法;能夠綜合運(yùn)用相關(guān)的傳感器完成指定任務(wù);能夠編寫程序?qū)崿F(xiàn)指定任務(wù)，并通過作品展示，培養(yǎng)分享和創(chuàng)新意識。

三、教學(xué)準(zhǔn)備

機(jī)器人教學(xué)中，教師如果把課前做好的機(jī)器人作品展示給學(xué)生，將會固化學(xué)生的思維，使學(xué)生不自覺地模仿這一作品。為了充分拓展學(xué)生的思維，激發(fā)學(xué)生的想象力，教師可在課前準(zhǔn)備與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的視頻資源。本次課，筆者在課前拍攝了一段“分類運(yùn)輸機(jī)器車”的模擬運(yùn)輸場景視頻（利用機(jī)械臂代替大型起重機(jī)，用木塊代替物品，用顏色區(qū)分物品類別），另外還拍攝了一段能夠識別不同顏色物品的機(jī)器車將物品運(yùn)輸?shù)街付ǖ攸c(diǎn)的模擬場景視頻（如圖1-1和圖1-2）。

為了培養(yǎng)學(xué)生提出問題和解決問題的能力，將學(xué)生的思維過程可視化，筆者設(shè)計(jì)了一張任務(wù)設(shè)計(jì)解決表（如表1）。

四、 教學(xué)實(shí)施

（一）規(guī)劃設(shè)計(jì)，討論原則

明確學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)是保證課堂教學(xué)順利開展的前提，對此教師需對學(xué)習(xí)任務(wù)進(jìn)行清晰闡述，讓學(xué)生能夠明確要做的事情。規(guī)劃是解決問題中的重要步驟，好的規(guī)劃等于成功的一半。通過填寫任務(wù)設(shè)計(jì)解決表，學(xué)生體會到了規(guī)劃的重要性，很好地培養(yǎng)了規(guī)劃思維。本次課中，筆者在學(xué)生明確了學(xué)習(xí)任務(wù)后，安排學(xué)生小組討論，形成初步的解決方案，并將其呈現(xiàn)在任務(wù)設(shè)計(jì)解決表中。

學(xué)生在小組討論的過程中會總結(jié)歸納出相關(guān)知識規(guī)律，而這些知識規(guī)律遠(yuǎn)比教師講解的知識規(guī)律讓學(xué)生印象深刻。比如學(xué)生在討論分類運(yùn)輸機(jī)器車的搭建的過程中總結(jié)出了分類運(yùn)輸機(jī)器車的搭建原則。一是分類運(yùn)輸機(jī)器車的車筐一定要能夠容納物品;二是在原車的基礎(chǔ)上安裝零件時(shí)必須考慮車子的穩(wěn)定性和平衡性。這些是搭建分類運(yùn)輸機(jī)器車時(shí)必須要遵守的原則，違背任何一個原則機(jī)器車都不算搭建成功。

（二）利用流程圖講解程序

機(jī)器人教學(xué)中最重要的環(huán)節(jié)是編寫程序，編寫程序是培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維的重要途徑。機(jī)器人教學(xué)中，每個小組用到的傳感器可能不同，要搭建的車子可能不同，因而需要編寫的程序也可能不同，但解決問題的核心思想是一致的。在教學(xué)中，教師可利用流程圖來幫助學(xué)生厘清分類運(yùn)輸機(jī)器車運(yùn)行程序的編寫思路。本次課中，分類運(yùn)輸機(jī)器車運(yùn)行程序的編寫思路如圖2所示，首先車子要從起點(diǎn)處開到目的地（這段程序是簡單的巡線程序）;其次車子要在目的地等待搬運(yùn)物體，此時(shí)只要讓車子等待即可;最后需要判斷被搬運(yùn)物體的顏色，并將相應(yīng)物體運(yùn)輸至目的地。該程序可以分三段來編寫，第一段是從起點(diǎn)到目的地的巡線程序;第二段是小車等待程序;第三段是判斷程序，判斷物體顏色并將相應(yīng)物體運(yùn)輸至目的地。每一段程序的編寫都會應(yīng)用到以前講解過的知識。本次課注重讓學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識。利用流程圖來講解程序編寫思路，有利于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維。

（三）動手實(shí)踐，分享交流

創(chuàng)客教育提倡“實(shí)踐、創(chuàng)新、分享”。在本次課中，待學(xué)生分析完問題后，筆者引導(dǎo)他們動手實(shí)踐，解決問題。小組成員根據(jù)分工，將分類運(yùn)輸機(jī)器車搭建出來，編寫程序調(diào)試機(jī)器車運(yùn)行，并在解決問題的過程中不斷完善任務(wù)設(shè)計(jì)解決表，待問題解決之后展示本組作品。展示與交流是機(jī)器人教學(xué)中的一個重要環(huán)節(jié)，一方面可以鍛煉學(xué)生的溝通表達(dá)能力，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)信心;另一方面可以讓學(xué)生接受他人意見和建議，改進(jìn)自己作品。創(chuàng)新不是悶頭實(shí)踐就能實(shí)現(xiàn)的，創(chuàng)新是一個厚積薄發(fā)的過程，它是在學(xué)習(xí)、借鑒、模仿的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。以下是展示小組1和小組2的作品（如圖3和圖4），以及他們分別對作品所做的介紹。

小組1：我們小組在基礎(chǔ)小車前面裝了一個圍欄，通過調(diào)試程序，讓車子停在目的地，當(dāng)物體落在圍欄內(nèi)時(shí)，顏色傳感器會識別它們的顏色，并通過后面的表情面板來顯示字符。

小組2：我們小組在基礎(chǔ)小車的前面裝了個框子，框子有一定的夾角防止物體掉落。車子在等待搬運(yùn)物體時(shí)，若物體掉落就可以將其放到框中，然后進(jìn)行顏色檢驗(yàn)，并運(yùn)輸至目的地。在表情面板后面加上零件，一是為了讓車子看起來炫酷，二是為了保持車體前后的平衡穩(wěn)定。

五、教學(xué)反思

本次課中，學(xué)生分享、展示的作品都很不錯。有些學(xué)生使用了表情面板上的字符來表示不同顏色;有些學(xué)生有效利用了主控板上的顏色;有些學(xué)生選擇將物體放到車上，所以搭建了一個車架;有些學(xué)生選擇推拉物體，所以搭建了一個可以圍住物體的框子。學(xué)生還將程序編寫了出來。由于一節(jié)課的時(shí)間較短，學(xué)生雖然對自己的作品進(jìn)行了改進(jìn)，但是還沒能使它完美無瑕。

本次課采用的是任務(wù)驅(qū)動教學(xué)方式，通過引導(dǎo)學(xué)生完成任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力和創(chuàng)新思維。在創(chuàng)客教育的引領(lǐng)下，教師的角色真正實(shí)現(xiàn)了由講解者到輔助者的轉(zhuǎn)變，學(xué)生也從聽講者變成了課堂的主人。通過教師的輔助，學(xué)生能在實(shí)踐中學(xué)習(xí)，在分享中學(xué)習(xí)，在合作中進(jìn)步。

[ ? 參 ? 考 ? 文 ? 獻(xiàn) ? ]

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（責(zé)任編輯 黃春香）