《模擬智能掃地機(jī)器人》微課設(shè)計(jì)

王夢(mèng)怡 河北保定師范附屬學(xué)校

●特色與亮點(diǎn)

①開(kāi)展真實(shí)性學(xué)習(xí)，教學(xué)內(nèi)容源自生活。本微課從學(xué)生的生活體驗(yàn)出發(fā)，借助生活中的實(shí)例，體驗(yàn)身邊的算法。從真實(shí)情境即從生活中的智能家居實(shí)例入手，通過(guò)代碼描述算法，用源碼編輯器模擬實(shí)現(xiàn)智能掃地機(jī)器人的工作過(guò)程。

②教學(xué)環(huán)節(jié)由淺入深，層層遞進(jìn)。在教學(xué)過(guò)程中設(shè)計(jì)了情境導(dǎo)入、先行組織、新知建構(gòu)、鞏固提升和復(fù)盤(pán)反思五個(gè)環(huán)節(jié)。從生活中的智能家居導(dǎo)入，吸引學(xué)生注意力，梳理了智能掃地機(jī)器人的工作流程圖。在新知建構(gòu)環(huán)節(jié)，通過(guò)逐層深入的活動(dòng)，編寫(xiě)代碼模擬實(shí)現(xiàn)智能掃地機(jī)器人清掃垃圾和自動(dòng)更換路線的效果，培養(yǎng)了學(xué)生的計(jì)算思維和創(chuàng)新精神。

③微課設(shè)計(jì)時(shí)間短，內(nèi)容豐富但不冗余。本微課短小精悍，方便學(xué)生隨時(shí)在移動(dòng)終端觀看學(xué)習(xí)。微課中用動(dòng)畫(huà)模擬智能家居的執(zhí)行過(guò)程，并對(duì)計(jì)算思維進(jìn)行了完整詳細(xì)的引導(dǎo)與表達(dá)。

④角色設(shè)計(jì)生動(dòng)形象，具有親和力。采用動(dòng)畫(huà)視頻微課形式講解內(nèi)容，視覺(jué)沖擊力強(qiáng)。本微課使用教師原聲配音，拉近與學(xué)生的距離，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力。

●制作背景

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”）中明顯的變化是信息科技學(xué)科從“重操作”轉(zhuǎn)為“重科技”，從“重知識(shí)”轉(zhuǎn)為“重素養(yǎng)”，讓學(xué)生能夠用符合這個(gè)時(shí)代的思維方式去思考，從而變得更加理性。

而作為數(shù)字時(shí)代的“原住民”，學(xué)生身邊已經(jīng)出現(xiàn)了很多智能家居設(shè)備，所以他們對(duì)智能家居設(shè)備并不陌生，但卻不了解其背后包含的科學(xué)原理。六年級(jí)學(xué)生思維活躍，動(dòng)手操作能力較強(qiáng)，通過(guò)之前課程的學(xué)習(xí)，他們對(duì)源碼編輯器有一定的了解?；谝陨系闹悄苌瞽h(huán)境和學(xué)情基礎(chǔ)，筆者結(jié)合新課標(biāo)開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了大單元項(xiàng)目主題教學(xué)—“生活中的智能家居”。本單元共設(shè)置了四個(gè)課時(shí)，第一課時(shí)是智能空調(diào)系統(tǒng)，第二課時(shí)是模擬智能掃地機(jī)器人，第三課時(shí)是設(shè)計(jì)感應(yīng)電燈，第四課時(shí)是模擬智能電燈系統(tǒng)。本微課教學(xué)內(nèi)容選自新課標(biāo)中的“身邊的算法”模塊，遴選了科學(xué)原理與實(shí)踐并重的內(nèi)容，重點(diǎn)解決運(yùn)用算法模擬智能掃地機(jī)器人清掃垃圾和自動(dòng)更換路線的工作過(guò)程，讓學(xué)生基于真實(shí)的生活情境，面向問(wèn)題、解決問(wèn)題，通過(guò)編寫(xiě)代碼、反復(fù)實(shí)踐，理解算法的實(shí)現(xiàn)，培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的計(jì)算思維和創(chuàng)新精神。

●設(shè)計(jì)思路及內(nèi)容結(jié)構(gòu)

1.設(shè)計(jì)思路

本課從真實(shí)情境、實(shí)際問(wèn)題出發(fā)，結(jié)合生活中的智能家居實(shí)例，讓學(xué)生體會(huì)智能家居的科學(xué)原理，以真實(shí)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷原理運(yùn)用過(guò)程、計(jì)算思維過(guò)程和數(shù)字化工具應(yīng)用過(guò)程，在問(wèn)題解決過(guò)程中，將生活中真實(shí)的智能掃地機(jī)器人的過(guò)程進(jìn)行抽象、分解、建模、算法設(shè)計(jì)等，主要任務(wù)是用代碼來(lái)描述智能掃地機(jī)器人清掃垃圾和偵測(cè)移動(dòng)的算法，模擬實(shí)現(xiàn)智能掃地機(jī)器人的工作過(guò)程，最后通過(guò)設(shè)計(jì)個(gè)性化作品讓學(xué)生充分施展個(gè)人創(chuàng)作思路，達(dá)到培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)的目的。本微課共設(shè)計(jì)了五個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)（如下頁(yè)圖），依次為情境導(dǎo)入、先行組織、新知建構(gòu)、鞏固提升、復(fù)盤(pán)反思，通過(guò)層層遞進(jìn)的教學(xué)內(nèi)容，建構(gòu)知識(shí)，促進(jìn)不同層次的學(xué)生有不同程度的提高，讓每位學(xué)生都有收獲。

2.內(nèi)容結(jié)構(gòu)

（1）教學(xué)目標(biāo)

理解智能掃地機(jī)器人的工作過(guò)程，運(yùn)用代碼模擬實(shí)現(xiàn)智能掃地機(jī)器人清掃垃圾、自動(dòng)更換路線；通過(guò)對(duì)模擬智能掃地機(jī)器人工作過(guò)程的問(wèn)題進(jìn)行抽象化并進(jìn)一步分解，進(jìn)而設(shè)計(jì)算法，形成掃地機(jī)器人清掃垃圾的設(shè)計(jì)方案；培養(yǎng)通過(guò)計(jì)算思維解決身邊問(wèn)題的意識(shí)，培養(yǎng)創(chuàng)新思維與能力；落實(shí)計(jì)算思維素養(yǎng)目標(biāo)，運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法去解決問(wèn)題；落實(shí)數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新素養(yǎng)目標(biāo)，能夠根據(jù)學(xué)習(xí)需要，利用信息科技工具獲取、加工、交流學(xué)習(xí)資源。

（2）教學(xué)重難點(diǎn)

重點(diǎn)：通過(guò)算法模擬智能掃地機(jī)器人的工作過(guò)程。

難點(diǎn)：綜合運(yùn)用代碼來(lái)設(shè)計(jì)算法，解決模擬智能掃地機(jī)器人工作過(guò)程中的問(wèn)題。

（3）教學(xué)過(guò)程

①環(huán)節(jié)一：情境導(dǎo)入。

師：同學(xué)們，你家里都有哪些智能家居設(shè)備呢？

生：智能空調(diào)、智能音箱、智能掃地機(jī)器人、智能冰箱……

師：隨著科技的發(fā)展，我們生活中已經(jīng)出現(xiàn)了很多智能家居設(shè)備，這些智能家居設(shè)備的出現(xiàn)，解放了我們的雙手，也方便了我們的生活。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，從生活中的智能家居引入，讓學(xué)生在貼近生活的問(wèn)題中探索新知，使學(xué)生理解在大單元項(xiàng)目中學(xué)習(xí)本課的目的，進(jìn)而開(kāi)展有效的探究活動(dòng)。

②環(huán)節(jié)二：先行組織。

教師結(jié)合流程圖描述智能掃地機(jī)器人的算法，帶領(lǐng)學(xué)生分析當(dāng)掃地機(jī)器人遇到垃圾時(shí)和遇到墻面時(shí)的動(dòng)作，理解算法中的循環(huán)結(jié)構(gòu)，體會(huì)智能掃地機(jī)器人的工作過(guò)程。

設(shè)計(jì)意圖：結(jié)合流程圖分析梳理智能掃地機(jī)器人的工作過(guò)程，讓學(xué)生根據(jù)流程圖框架，整體把握程序的總體設(shè)計(jì)思路。

③環(huán)節(jié)三：新知建構(gòu)。

新知建構(gòu)環(huán)節(jié)是本微課的核心部分，共設(shè)計(jì)了三個(gè)活動(dòng)。

活動(dòng)一是打開(kāi)素材，閱讀程序。學(xué)生打開(kāi)教師提供的素材文件，通過(guò)閱讀掃地機(jī)器人角色下的已有程序，理解程序的含義；嘗試修改旋轉(zhuǎn)角度為0度、90度、180度，觀察掃地機(jī)器人的移動(dòng)方向，體會(huì)源碼編輯器中各個(gè)角度的大致方向，為后續(xù)創(chuàng)作個(gè)性化作品做好鋪墊。

活動(dòng)二是給掃地機(jī)器人角色編寫(xiě)程序，模擬實(shí)現(xiàn)掃地機(jī)器人碰到墻面后自動(dòng)更換路線的功能。筆者在設(shè)計(jì)掃地機(jī)器人的背景圖時(shí)，將墻面和地面設(shè)置為兩種不同的顏色，方便學(xué)生使用吸管功能來(lái)吸取墻面的顏色。在微課中，教師也會(huì)給學(xué)生適當(dāng)?shù)奶崾?，如“?qǐng)同學(xué)們注意觀察，墻面和地面不是一種顏色，我們可以使用偵測(cè)積木盒中某一個(gè)帶顏色的命令，試試能不能解決這個(gè)問(wèn)題”。學(xué)生根據(jù)教師的提示找到偵測(cè)積木盒中的“自己碰到顏色”命令，完成程序的編寫(xiě)。

活動(dòng)三是給紙團(tuán)和香蕉皮角色編寫(xiě)程序，讓掃地機(jī)器人實(shí)現(xiàn)清掃垃圾的功能。教師導(dǎo)入香蕉皮和紙團(tuán)角色，點(diǎn)擊開(kāi)始運(yùn)行，目前活動(dòng)二的效果是掃地機(jī)器人能夠在地面上移動(dòng)，但還未實(shí)現(xiàn)清掃垃圾的功能，所以本活動(dòng)讓學(xué)生給紙團(tuán)和香蕉皮角色編寫(xiě)程序，當(dāng)掃地機(jī)器人碰到垃圾時(shí)，讓垃圾消失，模擬清掃垃圾的效果。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)三個(gè)逐層深入的活動(dòng)，讓學(xué)生開(kāi)展自主探究，用代碼來(lái)描述算法，模擬實(shí)現(xiàn)智能掃地機(jī)器人自動(dòng)更換路線和清掃垃圾的工作過(guò)程。真實(shí)經(jīng)歷項(xiàng)目學(xué)習(xí)的過(guò)程，也是建構(gòu)知識(shí)的過(guò)程，可以有效培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，提升數(shù)字素養(yǎng)與技能。

④環(huán)節(jié)四：鞏固提升。

在此環(huán)節(jié)，教師引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系現(xiàn)實(shí)生活，在現(xiàn)實(shí)生活中，家里會(huì)有沙發(fā)、桌子等物品，讓學(xué)生在素材庫(kù)中添加不同的家居角色，完成自己獨(dú)特的個(gè)性化作品。在開(kāi)始制作之前，教師展示個(gè)性化作品示例，讓學(xué)生更加直觀地觀看示例，了解到掃地機(jī)器人不僅成功清掃了垃圾，還成功避開(kāi)了障礙物。學(xué)生完成個(gè)性化作品，培養(yǎng)舉一反三、融會(huì)貫通的能力。

設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)為開(kāi)放性的探究活動(dòng)，通過(guò)個(gè)性化作品表達(dá)獨(dú)特的個(gè)人創(chuàng)意，給予學(xué)生自由的展示空間。

⑤環(huán)節(jié)五：復(fù)盤(pán)反思。

師：同學(xué)們，我們結(jié)合流程圖梳理了掃地機(jī)器人的工作過(guò)程，通過(guò)調(diào)整參數(shù)、編寫(xiě)程序，實(shí)現(xiàn)了掃地機(jī)器人更換路線和清掃垃圾的功能，學(xué)會(huì)了用代碼來(lái)描述算法。同學(xué)們，發(fā)揮你的想象力，暢想一下智能掃地機(jī)器人未來(lái)的發(fā)展方向，如果讓你來(lái)設(shè)計(jì)，你想要設(shè)計(jì)怎樣的一款掃地機(jī)器人呢？它都可以實(shí)現(xiàn)哪些功能？你可以用自然語(yǔ)言、流程圖或代碼來(lái)描述算法，讓你的掃地機(jī)器人實(shí)現(xiàn)更加強(qiáng)大的功能。

設(shè)計(jì)意圖：梳理項(xiàng)目執(zhí)行的全過(guò)程，并布置項(xiàng)目拓展任務(wù)，使學(xué)生能夠自主建構(gòu)項(xiàng)目執(zhí)行框架，學(xué)會(huì)用系統(tǒng)化視角看問(wèn)題。帶領(lǐng)學(xué)生逐步學(xué)會(huì)復(fù)盤(pán)反思，讓學(xué)生設(shè)計(jì)智能掃地機(jī)器人的未來(lái)創(chuàng)新功能，培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維，發(fā)揚(yáng)創(chuàng)新精神。

●關(guān)鍵技術(shù)處理

①豐富的畫(huà)面切換，打造沉浸式微課場(chǎng)景。在本微課制作中，添加了豐富的場(chǎng)景，并根據(jù)不同的場(chǎng)景，為角色添加不同的姿勢(shì)、表情等。

②精細(xì)化圖片處理，和諧統(tǒng)一微課畫(huà)面。視頻中的智能音箱、空調(diào)等圖片都是使用透明背景，用Photoshop軟件中的鋼筆工具進(jìn)行錨點(diǎn)描邊、選區(qū)摳圖，保存為PNG格式，再導(dǎo)入到萬(wàn)彩動(dòng)畫(huà)大師的工程文件中，使微課畫(huà)面整體更加和諧。

③多款軟件綜合使用，打造高品質(zhì)微課。本微課涉及的軟件有萬(wàn)彩動(dòng)畫(huà)大師、剪映、Photoshop、錄音機(jī)、思維導(dǎo)圖、Word等多種類(lèi)型的軟件，通過(guò)多款軟件的綜合使用，努力打造高品質(zhì)微課。

●幕前幕后

前期準(zhǔn)備：在前期準(zhǔn)備中，首先擬定了微課的內(nèi)容，在原有的課程內(nèi)容基礎(chǔ)上進(jìn)行了刪減與調(diào)整，然后梳理了教師腳本和學(xué)生腳本，并為教師角色配音。

后期制作：在微課制作過(guò)程中，最初制作了精美的PPT，但為了使畫(huà)面整體更加生動(dòng)有趣，又全部更改為使用萬(wàn)彩動(dòng)畫(huà)大師中的背景。在制作時(shí)，需要導(dǎo)入大量的圖片素材到工程文件中，因此在編輯欄中有各種素材，更改一處位置，需要調(diào)整和移動(dòng)后面的全部?jī)?nèi)容，付出了大量心血和很大的耐心。

本次活動(dòng)從作品征集、作品遴選到線上成果交流、現(xiàn)場(chǎng)案例分享共經(jīng)歷了8個(gè)月，在這8個(gè)月的時(shí)間里，從線上課到線下課，從整節(jié)課到微課，筆者收獲滿滿，同時(shí)，筆者的教育教學(xué)水平也因此得到了提升。在今后的教育教學(xué)中，筆者將繼續(xù)科學(xué)合理地使用信息科技手段開(kāi)展教育教學(xué)，探索信息科技融合課堂，將數(shù)字技術(shù)融入到教師創(chuàng)新教學(xué)實(shí)踐中，讓數(shù)字化為教育賦能。