面向數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新素養(yǎng)的虛擬機(jī)器人項目學(xué)習(xí)

戴嬌麗

摘要：作者以“循跡踢球”項目為例，從項目確定、實施和升華方面探索項目學(xué)習(xí)如何助推數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新素養(yǎng)的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：項目學(xué)習(xí)；數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新素養(yǎng)；虛擬機(jī)器人

中圖分類號：G434? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 論文編號：1674-2117（2023）08-0047-03

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》將數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新作為信息科技學(xué)科四大核心素養(yǎng)之一，為培養(yǎng)符合新時代發(fā)展需求的人才做政策加持。虛擬機(jī)器人平臺則為學(xué)生搭建了數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境，提供了豐富的學(xué)習(xí)資源，能使學(xué)生更加全面、系統(tǒng)地進(jìn)行數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新。

依托虛擬機(jī)器人培養(yǎng)數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新素養(yǎng)具有如下優(yōu)勢：

①提供數(shù)字化學(xué)習(xí)體驗。②提供豐富的數(shù)字化學(xué)習(xí)資源。③融入了真實的生活應(yīng)用。④可即時自動評價。

面向數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新素養(yǎng)的項目學(xué)習(xí)模式

數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新素養(yǎng)包含運用數(shù)字化工具素養(yǎng)、利用數(shù)字化資源和工具解決問題的素養(yǎng)、利用數(shù)字化資源呈現(xiàn)和傳遞信息的素養(yǎng)以及利用數(shù)字化資源進(jìn)行創(chuàng)新的素養(yǎng)。以項目開展學(xué)習(xí)，教師能夠根據(jù)項目進(jìn)程對學(xué)生的數(shù)字化學(xué)習(xí)進(jìn)行正確的引導(dǎo)和跟蹤，因此，利用項目開展學(xué)習(xí)是數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新素養(yǎng)培養(yǎng)的有效途徑，但也需要注意如下問題：

①對數(shù)字化學(xué)習(xí)資源進(jìn)行選擇和整合。學(xué)習(xí)資源要圍繞“學(xué)習(xí)目標(biāo)”選取和加工，避免無用的資源分散學(xué)生的注意力，影響學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)程。

②合理設(shè)計項目實踐活動。從創(chuàng)設(shè)情境、活動探究、分享交流、驗收項目四個活動環(huán)節(jié)設(shè)計具有針對性和探究性的實踐活動，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和團(tuán)隊協(xié)作能力。

③突出學(xué)生主體地位。促進(jìn)學(xué)生積極主動參與到項目實踐活動中，尋求解決問題的方案，最后生成項目成果，并從中收獲知識、獲得能力。

“循跡踢球”項目構(gòu)建和實施

1.項目確定

筆者結(jié)合學(xué)校實際，借助虛擬機(jī)器人為學(xué)生搭建了編程與人工智能、物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合的數(shù)字化學(xué)習(xí)平臺，并對互聯(lián)網(wǎng)和平臺提供優(yōu)質(zhì)教育資源進(jìn)行整合與開發(fā)，確定了“循跡踢球”主題項目，通過項目學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生數(shù)字化學(xué)習(xí)和創(chuàng)新素養(yǎng)。

2.項目規(guī)劃

“循跡踢球”項目的核心知識包括搭建機(jī)器車、選擇傳感器及智慧駕駛，圍繞學(xué)科核心素養(yǎng)，把“循跡踢球”項目按照從易到難分解成三個與項目關(guān)聯(lián)的驅(qū)動性問題，具體如下頁表1所示。

3.項目實施

依托虛擬機(jī)器人平臺，筆者將數(shù)字化學(xué)習(xí)資源進(jìn)行二次開發(fā)，構(gòu)建符合學(xué)生學(xué)情的主題項目，依據(jù)項目主題，設(shè)計驅(qū)動性問題，引導(dǎo)學(xué)生利用數(shù)字化工具和資源進(jìn)行活動探究，為學(xué)生開展項目學(xué)習(xí)做支撐。

（1）視頻導(dǎo)入，創(chuàng)設(shè)數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境

教師展示機(jī)器人踢球比賽視頻，提出問題：機(jī)器人為什么可以按照任務(wù)路線把球踢進(jìn)球門？我們能不能設(shè)計一個機(jī)器人循跡踢球的游戲？以視頻導(dǎo)入激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生登錄虛擬機(jī)器人平臺，了解機(jī)器人搭建界面和可視化圖形編輯界面的基本操作，為后面的項目學(xué)習(xí)做好鋪墊。教師引導(dǎo)學(xué)生組建學(xué)習(xí)小組，使用搜索引擎查找組建機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)和動力結(jié)構(gòu)需要的設(shè)備，利用表格整理搭建“循跡踢球”機(jī)器人需要解決的問題。教師為學(xué)生創(chuàng)設(shè)了數(shù)字化的人工智能學(xué)習(xí)環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生使用數(shù)字化工具獲得并整理項目信息，培養(yǎng)學(xué)生信息意識及使用數(shù)字化工具獲取信息、加工信息的素養(yǎng)。

（2）探究實驗，生成項目成果

在實踐中，筆者根據(jù)項目需求設(shè)置了基礎(chǔ)試玩、晉階挑戰(zhàn)和綜合挑戰(zhàn)三個活動探究，引導(dǎo)學(xué)生在活動探究中完成項目成果。

①基礎(chǔ)試玩：搭建我的機(jī)器人。虛擬機(jī)器人平臺為學(xué)生提供了很多學(xué)習(xí)支架，教師結(jié)合項目需求，挑選了“尋找消失的輪子”“掃除障礙”和“端口是什么”三個主題試玩項目，以游戲闖關(guān)的方式鍛煉學(xué)生搭建機(jī)器人的能力。在“尋找消失的輪子”主題項目中設(shè)置了缺少一個“輪子”的機(jī)器人的學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生需要從零件庫中把對應(yīng)的輪子找出來，進(jìn)行安裝和調(diào)試，在實踐中掌握安裝機(jī)器人的基本操作。在開展“掃除障礙”主題項目過程中，學(xué)生進(jìn)一步掌握機(jī)器人零件的拆卸和安裝方法，學(xué)會通過設(shè)置電機(jī)參數(shù)來提高競賽成績。“端口是什么”主題項目讓學(xué)生認(rèn)識什么是端口，掌握搭建機(jī)器人需要注意的問題和搭建技巧。通過三個游戲闖關(guān)任務(wù)，學(xué)生基本熟悉了機(jī)器人搭建的方法和技巧。

②晉階挑戰(zhàn)：優(yōu)化我的機(jī)器人。傳感器是機(jī)器人感知外部世界的重要媒介，在機(jī)器人的控制中起了非常重要的作用。在項目學(xué)習(xí)中，教師引導(dǎo)學(xué)生利用互聯(lián)網(wǎng)了解不同傳感器的功能和作用，結(jié)合虛擬機(jī)器人創(chuàng)作平臺，根據(jù)“循跡踢球”項目需求，選擇合適的傳感器，鼓勵學(xué)生在搭建作品的過程中，合理規(guī)劃，充分發(fā)揮想象力、創(chuàng)造力和動手能力，進(jìn)一步優(yōu)化機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和外觀，讓機(jī)器人更簡潔、美觀及富有個性。

③綜合挑戰(zhàn)：規(guī)劃機(jī)器人的行為?！把E踢球”項目最后一步是讓機(jī)器人擁有思想，讓它能夠?qū)W會思考和判斷。一個好的程序往往蘊(yùn)含了基本的計算思維要素，編寫調(diào)試程序可以激發(fā)學(xué)生深入理解程序的邏輯流程、參數(shù)的含義以及程序構(gòu)造。教師引導(dǎo)學(xué)生利用圖形化編程工具編寫程序，讓機(jī)器人能夠前進(jìn)、左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)，根據(jù)任務(wù)要求讓機(jī)器人沿線行走，直到終點碰到足球。

通過三個活動探究實驗，學(xué)生運用虛擬機(jī)器人平臺提供的學(xué)習(xí)支架、課程視頻、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源等數(shù)字資源進(jìn)行活動探究并生成項目成果，整個項目學(xué)習(xí)過程促進(jìn)了學(xué)生數(shù)字化學(xué)習(xí)和創(chuàng)新素養(yǎng)的落地和發(fā)展，激發(fā)了學(xué)生的計算思維。

（3）交流分享，總結(jié)經(jīng)驗

以小組為單位，組織學(xué)生開展交流分享會，選一選哪組搭建的機(jī)器人更漂亮，說一說哪組搭建的機(jī)器人完整，談一談哪組設(shè)計的程序最高效，評一評哪組搭建的機(jī)器人和設(shè)計程序最合理。同時，開展“循跡踢球”項目競賽，根據(jù)系統(tǒng)自動生成的積分排名榜了解各組學(xué)習(xí)情況，引導(dǎo)學(xué)生利用互聯(lián)網(wǎng)、PPT、多媒體教學(xué)軟件，分享設(shè)計理念、搭建技巧和程序設(shè)計技巧，培養(yǎng)學(xué)生運用數(shù)字化資源和工具表達(dá)信息的素養(yǎng)。

（4）項目驗收，促進(jìn)反思

在項目驗收環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生回顧活動探究過程，在調(diào)試和完善項目成果的過程中運用PPT、表格匯總“循跡踢球”項目學(xué)習(xí)報告，促進(jìn)項目學(xué)習(xí)反思，培養(yǎng)其利用數(shù)字化資源呈現(xiàn)和傳遞信息的素養(yǎng)。

（5）應(yīng)用提升，發(fā)展創(chuàng)新能力

近幾年，以“互聯(lián)網(wǎng)+無人駕駛”為主題的競賽項目成為熱門賽事，筆者結(jié)合比賽規(guī)則和場地要求，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合遵守交通規(guī)則、安全駕駛等方面的需求，思考如何搭建具有防滑和避障功能的機(jī)器車、如何實現(xiàn)禮讓行人和識別交通信號燈的智能駕駛、如何智能規(guī)劃“無人駕駛機(jī)器車”的行為和路線，實現(xiàn)將已有知識向?qū)嶋H應(yīng)用的遷移，發(fā)展計算思維和創(chuàng)新能力。

項目學(xué)習(xí)的升華

1.關(guān)注項目學(xué)習(xí)評價

項目學(xué)習(xí)評價以過程性評價為主，以小組自評和互評的形式從多個角度客觀全面地對“循跡踢球”項目的探究過程和項目成果進(jìn)行量化評價，具體如表2所示。

2.關(guān)注知識的應(yīng)用與遷移

學(xué)習(xí)知識、掌握技能的目的是更好地解決實際問題，因此，在學(xué)習(xí)過程中更要注重學(xué)生知識遷移能力和高階解決問題能力的培養(yǎng)。

3.關(guān)注學(xué)科核心素養(yǎng)的形成

要培養(yǎng)符合新時代要求的人才，除了發(fā)展學(xué)生的數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新素養(yǎng)，還要關(guān)注學(xué)生信息意識、計算思維和社會責(zé)任意識的形成。依托虛擬機(jī)器人開展項目學(xué)習(xí)，從項目的構(gòu)建、實施到升華，突出了學(xué)生的學(xué)習(xí)主體地位，體現(xiàn)了深度學(xué)習(xí)的目的，發(fā)展了能力，提升了素養(yǎng)。

結(jié)語

在教學(xué)實踐中筆者發(fā)現(xiàn)，依托虛擬機(jī)器人創(chuàng)設(shè)的數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境，能有效開展人工智能項目學(xué)習(xí)活動，既節(jié)約了學(xué)習(xí)成本，又提高了學(xué)習(xí)效率，促進(jìn)了學(xué)生創(chuàng)新能力的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.

[2]約翰·杜威.民主主義與教育[M].王承緒，譯.北京：人民教育出版社，1990.

本文為海南省省級規(guī)劃課題“虛擬機(jī)器人在初中信息技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用研究”（課題號：QJH202010098）的研究成果。