“三段六環(huán)”教學(xué)模式的實(shí)踐與思考

金建樹

【摘 要】本文介紹了童紅東名師工作室的“三段六環(huán)”教學(xué)模式，無人駕駛（窄路曲行版）教學(xué)案例設(shè)計(jì)為虛擬機(jī)器人教育的教學(xué)實(shí)踐提供參考，最后對(duì)“三段六環(huán)”的教學(xué)模式做出反思與展望?！叭瘟h(huán)”的教學(xué)模式設(shè)計(jì)與實(shí)踐可以引導(dǎo)教師開發(fā)更豐富的課程資源，發(fā)掘更多信息科技學(xué)科內(nèi)涵的思考與理念。

【關(guān)鍵詞】三段六環(huán)；虛擬機(jī)器人；教學(xué)模式

【中圖分類號(hào)】G434? ?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【論文編號(hào)】1671-7384（2024）02、03-070-03

“三段六環(huán)”教學(xué)模式概述

根據(jù)文件《浙江省學(xué)生信息素養(yǎng)提升實(shí)踐活動(dòng)的通知》要求，各地電教館和青少年科技協(xié)會(huì)均開展了青少年機(jī)器人競(jìng)賽活動(dòng)。隨著機(jī)器人競(jìng)賽的興起，童紅東名師工作室成員不僅在中小學(xué)課堂開展了機(jī)器人教育，也嘗試創(chuàng)新教學(xué)模式，為機(jī)器人教育注入新的活力。

實(shí)體機(jī)器人雖然效果不錯(cuò)，但很多學(xué)校設(shè)備有限，無法開展實(shí)體機(jī)器人教學(xué)。在沒有經(jīng)費(fèi)保障的前提下，虛擬機(jī)器人教育不失為一個(gè)好的課堂教學(xué)形式。程序設(shè)計(jì)，是培養(yǎng)中小學(xué)生分析問題和解決問題能力的重要途徑之一。因此，工作室結(jié)合基礎(chǔ)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)，在五、六年級(jí)大力開展蘿卜圈虛擬機(jī)器人教學(xué)活動(dòng)。

經(jīng)過工作室多年的探索，我們總結(jié)和提煉了“三段六環(huán)”教學(xué)模式。所謂“三段”，就是將虛擬機(jī)器人教學(xué)分為三個(gè)階段[1]：第一階段是準(zhǔn)備階段，讓學(xué)生進(jìn)入活動(dòng)狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)問題；第二階段是學(xué)習(xí)階段，自主或合作分析、解決問題，編寫圖形化程序、仿真測(cè)試，引導(dǎo)學(xué)生通過多樣的方法培養(yǎng)邏輯思維能力；第三階段是延伸階段，鼓勵(lì)學(xué)生展示和評(píng)價(jià)，制定評(píng)價(jià)指標(biāo)，完善評(píng)價(jià)體系，做到真實(shí)踐、真體驗(yàn)。所謂“六環(huán)節(jié)”，就是課堂活動(dòng)通過熱場(chǎng)、探問、討論、實(shí)踐、思辨、展評(píng)六個(gè)環(huán)節(jié)展開。

“三段六環(huán)”教學(xué)模式案例

本文以童紅東名師工作室“三段六環(huán)”教學(xué)模式為指導(dǎo)，以無人駕駛（窄路曲行版）教學(xué)案例設(shè)計(jì)為例具體闡述該教學(xué)模式的實(shí)踐。

無人駕駛（窄路曲行版）任務(wù)要求：在一個(gè)虛擬的城市環(huán)境中，學(xué)生們需要設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)器人汽車，并模擬實(shí)現(xiàn)各種無人駕駛交通行為。

針對(duì)任務(wù)要求，教師采用“三段六環(huán)”的教學(xué)模式，搭建具備實(shí)現(xiàn)多種功能的機(jī)器人，編寫復(fù)雜的子程序調(diào)用算法，以提高學(xué)生的計(jì)算思維和問題解決能力。經(jīng)過工作室成員討論，教學(xué)內(nèi)容包括搭建機(jī)器人——四輪小車，編寫程序——走到路口、禮讓行人、飛車、窄路曲行、走中間算法、走中間算法優(yōu)化、直行和轉(zhuǎn)彎，小車搭建整理一共10課時(shí)（表1）。

以無人駕駛的走中間算法優(yōu)化為例，課堂教學(xué)分為三個(gè)階段：第一個(gè)階段是讓學(xué)生回顧上節(jié)課所學(xué)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前這個(gè)走中間算法的缺陷，引出變量新知；第二個(gè)階段是自主或合作分析，引導(dǎo)學(xué)生優(yōu)化算法思路，實(shí)踐仿真；第三個(gè)階段是展示與評(píng)價(jià)，根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)打分，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)意，促進(jìn)思考與交流，繼續(xù)優(yōu)化算法。三個(gè)階段通過下面六個(gè)環(huán)節(jié)展開。

1.熱場(chǎng)

熱場(chǎng)是具有情境性的，一是明確本節(jié)課的主題，二是激發(fā)學(xué)生興趣，引導(dǎo)學(xué)生自主參與學(xué)習(xí)并能夠積極思考，去獲取一個(gè)有價(jià)值和意義的成果。在設(shè)計(jì)無人駕駛（窄路曲行版）課程的教學(xué)過程中，我們多以“蘿卜圈無人駕駛”自制教具（圖1）來創(chuàng)設(shè)情境，模擬過斑馬線、禮讓行人等。

由于是算法優(yōu)化課，所以我們對(duì)上節(jié)課的無人駕駛的子程序“走中間”的算法，進(jìn)一步細(xì)化分析，引導(dǎo)學(xué)生思考回顧四輪小車如何躲開路障以及其他小車，走在賽道中間，不撞到護(hù)欄。圖2呈現(xiàn)上節(jié)課較為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)碾姍C(jī)速度賦值算法。

2.探問

探問是探究的起點(diǎn)，是一顆求知種子，教師不只是傳道授業(yè)解惑，更要激勵(lì)學(xué)生展開思考。想讓學(xué)生有價(jià)值地思考，就要提出有價(jià)值的問題。優(yōu)化算法的目的是使算法更加地簡(jiǎn)單、明了，方便閱讀和記憶。當(dāng)前算法最明顯的問題是繁雜和冗余。學(xué)生在進(jìn)行仿真調(diào)試時(shí)，需要四次修改速度和靈敏度，容易出現(xiàn)操作失誤并浪費(fèi)時(shí)間。因此，教師提出了一個(gè)問題：是否有一種辦法可以一鍵調(diào)整我們需要修改的參數(shù)？

從探問引出本節(jié)課優(yōu)化算法的新知——“變量”。對(duì)于“變量”，在程序中使用一個(gè)變量時(shí)，需要在使用前聲明該變量，以速度常量轉(zhuǎn)換成變量為例，先聲明后引用。

3.討論

討論即自主或合作的一種吸納互補(bǔ)的學(xué)習(xí)方式，針對(duì)學(xué)習(xí)能力的差異，教師將學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目分組，最好能根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和性格特點(diǎn)來科學(xué)、合理地分組，保障組員的參與度和積極性。組內(nèi)學(xué)生可以進(jìn)行自由的討論，找出方法和對(duì)策，解決疑問，激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)性，發(fā)掘每位學(xué)生的潛力，激發(fā)他們的探究欲望。通過討論幫助學(xué)生快速了解變量聲明、變量引用的使用方法，以及解決相關(guān)的疑問，如為何使用全局變量？使用局部變量行不行？?jī)烧哂泻螀^(qū)別？

通過討論，學(xué)生可能會(huì)構(gòu)建出各種碎片化的答案。例如，全局變量可以被任何子程序使用；局部變量不行，這個(gè)速度可能別的子程序還要用；全局變量主要是為了增加函數(shù)間的數(shù)據(jù)聯(lián)系；通過碎片化地吸納互補(bǔ)知識(shí)，解決疑問，總結(jié)出問題的答案。

4.實(shí)踐

討論只能獲取表面知識(shí)，學(xué)生可能了解現(xiàn)象但不理解原因，這顯然意味著學(xué)習(xí)的深度不夠。因此，必然需要一個(gè)體驗(yàn)、感悟的過程，引導(dǎo)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，從實(shí)踐中獲得真知。由于四個(gè)機(jī)器人端口均為速度-速度差，因此，我們可以結(jié)合速度差變量和賦值語句，速度差=（左距傳感器-右距傳感器）÷靈敏度，這里靈敏度使用的是常量100。

學(xué)生通過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，在賦值語句中，速度差的大小可能出現(xiàn)負(fù)數(shù)或者小數(shù)，教師提醒學(xué)生回顧之前學(xué)過的知識(shí)，以及聯(lián)系數(shù)學(xué)學(xué)科，類比和遷移，利用“運(yùn)算模塊”中的“求絕對(duì)值”和“浮點(diǎn)轉(zhuǎn)換成整型”兩個(gè)模塊，可以計(jì)算出正整數(shù)的速度差值。

速度差=FtoInt（Abs（左距-右距）÷100），根據(jù)括號(hào)的作用，得出圖形化編程的速度差賦值。

5.思辨

思辨是對(duì)實(shí)踐的一個(gè)有效反饋，即思考與分辨，思考實(shí)踐中如何避免這種錯(cuò)誤，以及分辨這種錯(cuò)誤產(chǎn)生的原因。有些學(xué)生會(huì)在操作運(yùn)算模塊時(shí)受堆疊順序的影響而出現(xiàn)錯(cuò)誤。然而，通過積極參與錯(cuò)誤的應(yīng)對(duì)處理[2]，可以幫助學(xué)生培養(yǎng)觀察意識(shí)、問題分析和解決問題的能力。本節(jié)課的重點(diǎn)在于變量模塊的使用，通過一系列遞增的問題，大部分學(xué)生能夠理解變量模塊的使用方法。同時(shí)，聯(lián)系數(shù)學(xué)與信息科技知識(shí)的介紹使得學(xué)生更有效地理解運(yùn)算模塊中“求絕對(duì)值”和“浮點(diǎn)轉(zhuǎn)換成整型”的使用方法。

這個(gè)操作過程會(huì)導(dǎo)致公式變成：速度差= FtoInt（Abs（左距一右距÷100））。將學(xué)生的錯(cuò)誤操作轉(zhuǎn)換成公式表達(dá)，可以讓學(xué)生立即理解錯(cuò)誤的原因，即括號(hào)影響了運(yùn)算順序。因此在教學(xué)過程中可以將這種錯(cuò)誤作為一個(gè)反面教材，加深學(xué)生對(duì)運(yùn)算公式的理解。

6.展評(píng)

雖然無人駕駛仿真有系統(tǒng)分?jǐn)?shù)，但學(xué)生之間存在差異，導(dǎo)致并非所有學(xué)生都能在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成任務(wù)要求。這種終結(jié)性評(píng)價(jià)可能會(huì)降低基礎(chǔ)較差學(xué)生的積極性，同時(shí)也會(huì)影響學(xué)習(xí)熱情的持續(xù)。因此，蘿卜圈虛擬機(jī)器人教學(xué)環(huán)節(jié)中的展評(píng)顯得尤為重要，合適的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系不僅鼓舞學(xué)生，也能增強(qiáng)他們的自信心和創(chuàng)造力。

本節(jié)課的展示與評(píng)價(jià)要求每組選出一名學(xué)生，講解走中間的優(yōu)化算法并展示無人駕駛仿真測(cè)試，聽聽大家的建議與意見[3]。同時(shí)其他組的學(xué)生可以從三個(gè)方面對(duì)該組的展示進(jìn)行評(píng)分，分別是“作品的功能與性能（4分）”“完成作品過程中的技術(shù)使用和最終呈現(xiàn)（4分）”以及“作品的創(chuàng)意與個(gè)性（2分）”。詳細(xì)的評(píng)價(jià)指標(biāo)如表2所示。

由于“創(chuàng)意與個(gè)性”的繼續(xù)優(yōu)化、創(chuàng)新算法相對(duì)有難度，故分值設(shè)置較低，避免學(xué)生絞盡腦汁去創(chuàng)新，而忽略本節(jié)知識(shí)要點(diǎn)。通過展評(píng)，有學(xué)生提出繼續(xù)優(yōu)化算法，將靈敏度作為一個(gè)變量，根據(jù)檢測(cè)到的前距傳感器的大小，以700為一份，把距離傳感器的最大值3000劃分為5份。算法無窮盡，學(xué)生將在不斷的思考中提升自我，突破自我。

“三段六環(huán)”教學(xué)模式反思與展望

盡管“三段六環(huán)”為蘿卜圈虛擬機(jī)器人課程提供了良好的教學(xué)模式，但在實(shí)踐后，工作室匯總了諸多問題。例如，有些學(xué)生不習(xí)慣個(gè)性化的教學(xué)模式，所以在實(shí)施“三段六環(huán)”教學(xué)活動(dòng)之前，要了解本課程學(xué)生固有的學(xué)習(xí)方法與習(xí)慣；在“討論”環(huán)節(jié)，教師應(yīng)巡視了解學(xué)生討論的狀態(tài)和過程；在教學(xué)模式實(shí)驗(yàn)初期，教師發(fā)現(xiàn)很多由于“討論”環(huán)節(jié)討論目標(biāo)不明確而導(dǎo)致“實(shí)踐”和“思辨”環(huán)節(jié)失敗的案例，需要根據(jù)課堂突發(fā)情況，及時(shí)調(diào)整教學(xué)方式。教師可以根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生差異，進(jìn)行環(huán)節(jié)調(diào)整或取舍，把握好“三段六環(huán)”的邏輯性和連貫性。

我們希望通過“三段六環(huán)”蘿卜圈虛擬機(jī)器人教學(xué)模式，讓學(xué)生親歷、體驗(yàn)虛擬機(jī)器人完成任務(wù)的全過程，掌握虛擬機(jī)器人的知識(shí)和技術(shù)，培養(yǎng)信息素養(yǎng)，提升學(xué)習(xí)能力。未來，我們將嘗試加入“多線程”的活動(dòng)設(shè)計(jì)，在資源和問題的驅(qū)動(dòng)下，聚焦學(xué)生解決問題的方式，更關(guān)注對(duì)學(xué)生個(gè)體活動(dòng)效果和完成任務(wù)能力的評(píng)價(jià)。

參考文獻(xiàn)

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鄭吉俊. 機(jī)器人課程中虛實(shí)結(jié)合的機(jī)器人教學(xué)策略研究[D]. 南京：南京師范大學(xué)，2019.

作者單位：浙江蘭溪市香溪中心小學(xué)

編? ?輯：盧秋紅