核心素養(yǎng)視域下初中信息科技機器人項目式學習的實踐研究

中圖分類號：G427 文獻標識碼：A文章編號：2097-1737（2025）18-0025-03

在人工智能蓬勃發(fā)展的背景下，機器人產(chǎn)品大量涌現(xiàn)。研究表明，機器人產(chǎn)品具有豐富的教育價值，有利于學生掌握數(shù)學、工程、科學、技術(shù)等領(lǐng)域知識，對發(fā)展學習能力、思維品質(zhì)、動手操作能力、創(chuàng)造能力具有重要作用?；诖?，《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱《課程標準》）將機器人列為重點課程內(nèi)容，并要求教師在教學過程中培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)。為實現(xiàn)這一目標，《課程標準》提出“倡導真實性學習”的課程理念，要求教師創(chuàng)新教學方式，運用真實問題或項目驅(qū)動學生經(jīng)歷原理運用過程、計算思維過程等，從而建構(gòu)知識體系，培養(yǎng)核心素養(yǎng)[1]。因此，在《課程標準》的指引下，筆者嘗試以項目式學習策略實施“搭建巡邏機器人”教學。

一、項目式學習的界定與育人價值

（一）項目式學習的界定

美國巴克教育學院將項目式學習定義為：基于真實問題，以小組為主要形式，允許學生使用各種資源和IT分析問題、解決問題，并用某種方式展示成果[2]。本文在借鑒現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合本土化的教學情況，重新界定項目式學習為：以真實問題為基礎(chǔ)，以學習小組為主體，由教師指導各組靈活運用學科知識進行合作分析、解決問題。

（二）項目式學習的育人價值

項目式學習的育人價值主要表現(xiàn)能夠讓學生成為學習的主人，培養(yǎng)其核心素養(yǎng)。在項目式學習中，教師會結(jié)合現(xiàn)實生活和教學內(nèi)容，選取項目主題，創(chuàng)設(shè)真實情境。真實情境對學生有極強的吸引力，他們會主動走進真實情境中，發(fā)揮主觀能動性，發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、討論問題、解決問題。實際上，在分析、解決問題的過程中，他們會發(fā)現(xiàn)一些新問題，并運用適宜的方式、方法進行探究。這樣，在“發(fā)現(xiàn)問題一分析問題一解決問題”的良性循環(huán)中，學生能由淺入深地認知所學內(nèi)容，同時提升問題解決能力、數(shù)字化學習與創(chuàng)新能力，發(fā)展計算思維等。

二、初中信息科技機器人項目式學習實踐策略

項目式學習流程包括準備階段、實施階段和反思階段。其中，實施階段是關(guān)鍵，直接決定了項目式學習育人價值的實現(xiàn)情況。下文將以實施階段為重點，以“搭建巡邏機器人”為例，重點介紹機器人項目式學習的實踐策略。

（一）情境導入，引出主題

項目式學習強調(diào)在真實情境中解決問題[3]。真實情境與學生的日常生活緊密相關(guān)，很容易引發(fā)學生的興趣和關(guān)注。學生在體驗真實情境時會主動地遷移已有認知，發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，順其自然地進入課堂。因此，教師要善于圍繞教學內(nèi)容或教學主題，依據(jù)學生生活經(jīng)歷創(chuàng)設(shè)真實情境。

例如，“搭建巡邏機器人”選自福建教育出版社福建省義務教育教科書（2020修訂版）信息技術(shù)八年級（下冊）第一單元開源硬件初體驗第5課。本節(jié)課的重要內(nèi)容有：人工智能的基本概念、機器人工作的原理、機器人程序的流程圖。當下初中生成長于人工智能時代，在體驗現(xiàn)實生活的過程中，通過新聞資訊、親身體驗等，對自動駕駛汽車已有一定了解，并產(chǎn)生濃厚興趣。為了使學生掌握本節(jié)課內(nèi)容，教師可先設(shè)定項目主題：設(shè)計機器人軌跡導航模擬自動駕駛?；诖?，教師可創(chuàng)設(shè)真實情境。

具體地，教師可先在多媒體上展示某公司自動駕駛汽車的營業(yè)情況，吸引學生的注意力。接著，教師可播放自動駕駛汽車的短視頻，并提出兩個問題。問題一：汽車是如何識別障礙物的？問題二：汽車怎樣才能沿著道路行駛？如此，學生可以有目的地進入真實情境中，認真觀看、思考。在此過程中，一些學生會遷移生活認知，積極探尋問題答案，并踴躍回答問題。之后，教師可直接引出項目式學習主題：“自動駕駛汽車給人們的生活、工作帶來了很大的便利。大家想要了解自動駕駛的更多內(nèi)容嗎？請跟著老師一起設(shè)計機器人軌跡導航來模擬自動駕駛吧?！比绱?，學生不但會感受到自動駕駛的巨大價值以及對社會發(fā)展的影響，還能增強信息意識，為后續(xù)進行合作探究奠定堅實基礎(chǔ)。

（二）提出問題，指明方向

解決問題是項目式學習的核心環(huán)節(jié)。然而大部分學生的問題意識較為淺薄，難以自主發(fā)現(xiàn)問題、提出問題。針對此情況，教師要發(fā)揮引導作用，以項目式學習主題或具體內(nèi)容為切入點，提出具有探究性的問題，助力學生明確探究方向，推動合作探究活動深入開展。

在引出項目式學習主題后，教師可先播放微課，介紹機器人軌跡導航，并提出探究性問題：機器人是如何感知的？如何思考的？在學生進入良好的思維狀態(tài)中后，教師播放機器人小車演示視頻，并提出任務：借助視頻、課本和筆記本與小組成員一起完成機器人小車搭建和程序編寫，解決所提出的問題。如此，學生可以明確探究方向，主動運用恰當?shù)姆绞竭M行探究。

（三）搭建小組，合作探究

合作探究是項目式學習的重中之重[4。在提出問題和任務后，教師要依據(jù)學情科學地搭建合作學習小組，并給予他們充足的合作探究時間，讓他們真正地獲得合作探究機會。

具體地，教師可借助日常觀察、學生成長檔案記錄袋、教學評價量表等途徑了解每個學生的具體情況。在此基礎(chǔ)上，教師可將學生劃分為A、B、C三個層次。其中，A層次學生基礎(chǔ)扎實，興趣濃厚，問題解決水平較高，具有較強的組織領(lǐng)導能力；B層次學生基礎(chǔ)不夠扎實，但興趣濃厚，問題解決水平有待提高，可以在他人的引導下積極探究；C層次學生基礎(chǔ)薄弱，缺少興趣，問題解決水平較低，需要在他人的幫助下進行探究?；诖?，教師可按照1：2：1 的比例從各個層次中選取學生，組建異質(zhì)小組。

在探究過程中，教師應鼓勵各組的A層次學生發(fā)揮帶頭作用，帶領(lǐng)其他層次學生運用系統(tǒng)分析的方法，對機器人導航任務問題進行要素分析與整體規(guī)劃，并運用模擬和簡易建模等方法進行設(shè)計。B層次和C層次學生受其積極影響，會拓寬思維，主動發(fā)現(xiàn)并提出問題。如此，整個小組進入了“發(fā)現(xiàn)問題一分析問題一解決問題”的良性循環(huán)，并能運用恰當?shù)姆绞竭M行探究，掌握結(jié)構(gòu)、流程、系統(tǒng)、控制等基本思想和方法。在此基礎(chǔ)上，學生會動手操作，認真搭建機器人小車、編寫程序。如此，他們不僅能深入學習，還可以自然增強思維的靈活性、深刻性，鍛煉問題解決能力，發(fā)展計算思維。

（四）展示成果，教師點撥

成果展示是項目式學習的第四個環(huán)節(jié)。在此環(huán)節(jié)，教師要給予學生展示機會，了解他們的探究成果和存在的問題。在贊賞良好的探究成果的基礎(chǔ)上，教師要有針對性地指導學生解決存在的問題。如此，學生可以獲得查漏補缺的機會，從而建構(gòu)深刻的認知。

例如，在學生完成機器人小車搭建和程序編寫任務后，教師可以鼓勵他們登臺展示探究成果。在展示時，學生代表會操作電腦，按照一定步驟搭建機器人小車，并講述具體的搭建思路和方法。教師要認真傾聽，并適時進行點撥和補充。如果學生代表未能準確地理解機器人小車使用到的機械齒輪傳動原理，教師便可在播放相關(guān)微課時進行講解。之后，教師可運用同樣的方式引導學生代表展示程序編寫過程和方法并進行點撥。如此，大部分學生都可以建構(gòu)正確的認知，同時學會運用流程圖表達設(shè)計構(gòu)想，用編程語言實現(xiàn)抽象與具體的思維轉(zhuǎn)換，從而提高數(shù)字化學習與創(chuàng)新水平。

（五）實踐體驗，融入評價

實踐是學生進行項目式學習的目的，也是學生展示項目式學習成果的直接途徑[5。教師也可以通過觀察學生的實踐過程，了解他們的認知、動手操作、核心素養(yǎng)等發(fā)展情況，從而及時發(fā)現(xiàn)問題，有針對性地進行評價，助力他們獲得進一步發(fā)展。

例如，在學生完成機器人小車搭建、程序編寫后，教師可布置進階性任務一在場地演示操作機器人小車沿著黑線行走，促使學生親身實踐。在實踐過程中，學生會進行頭腦風暴聯(lián)想本節(jié)課所學，手腦并用，認真操作。教師則要巡視課堂，觀察他們的操作過程，洞察其在認知、操作能力、核心素養(yǎng)等方面存在的問題，并耐心指導。這樣，學生不僅可以查漏補缺，提高認知水平，還可以學會用編好程序的機器人完成相應的軌跡導航任務、優(yōu)化機器人軌跡導航設(shè)計方案，提高數(shù)字化學習與創(chuàng)新水平。同時，教師要肯定學生的良好表現(xiàn)，幫助他們建立自信心。在了解學生具體學習情況的同時，教師還要進行教學反思，判斷教學目標是否達成，及時發(fā)現(xiàn)存在的教學問題，并據(jù)此調(diào)整后續(xù)計劃，推動項目式學習朝著更好的方向發(fā)展。

（六）出示目標，歸納總結(jié)

歸納總結(jié)是項目式學習的最后一個環(huán)節(jié)。在此環(huán)節(jié)，學生要對照學習目標，回顧課堂學習過程和相關(guān)內(nèi)容，找出認知漏洞并主動彌補，提高認知的完整性。要想推動此環(huán)節(jié)順利進行，教師就要向?qū)W生出示學習目標，并搭建歸納總結(jié)支架。

例如，教師在學生體驗實踐活動后，可直接在電腦上出示本節(jié)課的以下學習目標。

信息意識：在日常生活與學習中能認識利用人工智能機器人的設(shè)備和場景。

計算思維：通過實踐了解機器人的原理和步驟，掌握利用程序解決問題的一般方法。

數(shù)字化學習與創(chuàng)新：通過課本和微課自主學習機器人軟硬件的產(chǎn)生與發(fā)展，并能在日常學習和生活中使用。

信息社會責任：在搭建機器人小車過程中感受機器人對社會發(fā)展的影響，逐步形成使用人工智能技術(shù)的觀念，共同維護和遵守智能化社會的規(guī)范與法規(guī)。

在上述框架的引導下，學生會在腦海中回憶整個課堂學習過程，探究不同知識點的方法，主動建構(gòu)認知體系。部分學生會因此發(fā)現(xiàn)自己的認知問題，主動地提出問題。教師則要借助語言描述或微課，幫助他們解決認知問題。在此基礎(chǔ)上，教師還可鼓勵他們自主評判自己的核心素養(yǎng)發(fā)展情況，制訂核心素養(yǎng)發(fā)展計劃，為后續(xù)學習奠定堅實的基礎(chǔ)。

三、結(jié)束語

綜上所述，項目式學習是實施初中機器人教學的重要“法寶”。學生通過親身體驗項目式學習，不僅可以扎實地掌握機器人知識，還可以順其自然地發(fā)展核心素養(yǎng)。教師時刻關(guān)注學情，及時發(fā)現(xiàn)教學問題，并有針對性地進行改進，有助于推動項目式學習朝著更好的方向發(fā)展，提升教學水平。在師生協(xié)同發(fā)展的情況下，初中機器人及信息科技教學質(zhì)量可以得到明顯的提高。因此，教師要將項目式學習作為培養(yǎng)學生核心素養(yǎng)的工具，善于結(jié)合教學內(nèi)容和學生生活設(shè)定主題，創(chuàng)設(shè)情境，并據(jù)此提出問題或任務，驅(qū)動學生合作探究、展示成果，并適時進行點撥、評價，充分發(fā)揮項目式學習的育人價值。

參考文獻

[1]鄭萍.基于項目式學習的初中生創(chuàng)造性思維培養(yǎng)研究[D].牡丹江：牡丹江師范學院，2023

[2]張健平.基于“機器人十”項目式學習的信息技術(shù)教學實踐[J].教育實踐與研究（B），2022（11）：51-53.

[3]張瑾.基于學科核心素養(yǎng)的初中信息技術(shù)項目式學習設(shè)計與實施研究[D].南昌：南昌大學，2022.

[4]張繼紅.基于初中生信息技術(shù)學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的項目式教學模式設(shè)計與應用研究[D].延吉：延邊大學，2022

[5]張桂梅.面向深度學習的初中信息技術(shù)項目式教學設(shè)計與實踐研究[D].濟寧：曲阜師范大學，2022.

基金項目：本文系福建省教育科學“十四五”規(guī)劃2023年度課題“‘雙減’政策下山區(qū)中小學課后服務開展科技教育活動的實踐研究”（立項批準號：FJJKZX23-322）的研究成果。

作者簡介：連成強（1975.9-），男，福建南平人，任教于福建省建陽第一中學，高級教師，本科學歷，曾榮獲福建省教師技能大賽三等獎，南平市建陽區(qū)名師。