小學虛擬機器人教學任務設計有效性的思考

1、以生為本 興趣先行小學虛擬機器人教學任務設計有效性的思考蓮都外國語學校 葉國幸內容摘要：在虛擬機器人的課堂教學中，任務設計起著關鍵性的作用。假若任務設計得恰到好處，可以讓自己舒心地上課，讓孩子快樂地學習，取得事半功倍的效果，何樂而不為？本文結合杭州蘿卜圈公司的3D仿真機器人軟件IRobotQ3D的使用，從創(chuàng)設情境、貼近生活、以生為本和過程評價四個方面闡述了虛擬機器人教學中如果設計有效的任務，使學生學有所得，學的快樂。關鍵詞 虛擬機器人 任務設計隨著機器人教育的普及與推廣，其在信息技術教學中的價值不斷提升。在開展競賽輔導的同時，應盡快在課堂中開展機器人教學，已經(jīng)逐漸成為廣大信息技術教師的共識。但

2、實體機器人昂貴的價格，成為了廣大學校開展機器人教學活動的攔路虎。近年來，高仿真的3D虛擬機器人軟件開始出現(xiàn)。虛擬機器人教學需要結合學生的學習和生活實際設計任務，讓學生通過流程圖式的編程方式控制機器人在虛擬環(huán)境中的運動，提高邏輯思維能力，培養(yǎng)分析和解決問題的能力。為希望開展機器人教學的眾多學校提供了一個新的選擇。筆者使用IRobotQ3D虛擬機器人軟件開展了一年的教學活動，并將自己在教學中對任務設計的些許體會總結為如下四點，供大家參考。一、創(chuàng)設情境 激發(fā)學生興趣現(xiàn)在的虛擬機器人課堂教學最常見的問題是：學案就像一部“軟件說明書”，教師設計的任務更像是“說明書”的介紹與演示，而學生的操作實踐則是機械

3、的重復練習。將情境教學引入任務設計當中能很好地解決這一問題。從學生的現(xiàn)實生活出發(fā)，在任務設計時創(chuàng)設一系列生活化的情境，通過學生的體驗與實踐，使學生懂得如何搭建簡單高效的機器人，編制有效的程序來解決任務中方方面面的問題，增強對虛擬機器人的理解與感悟，進而獲得情感的升華。創(chuàng)設有效的任務情境需要注意兩點：一是要以激發(fā)學生興趣為基礎，生動具體，形象逼真，有趣味性，能有效激發(fā)學生的學習興趣，引起探索知識的欲望，在后續(xù)操作探究教學環(huán)節(jié)中能讓學生興趣持續(xù)下去，激發(fā)思維的積極性，從而有利于學生有效完成任務。二是任務情境要以提高學生信息素養(yǎng)為目標，與具體的知識與技能、過程與方法相關聯(lián)，切不可喧賓奪主。只有這樣，

4、學生在學習過程中，才能通過完成任務，達到相應的學習目標，否則任務情境設計得再精彩也失去了應有的價值。范例一：為了使學生能最直觀地了解灰度傳感器的作用，一開始，我將任務設計成在一個只有簡單軌跡的場地中讓小車進行軌跡練習（見圖1）。學生在完成任務的過程中的確能掌握部分與灰度傳感器相關的知識，但任務情境比較單一，缺乏真實感、趣味性，無法保持學生的興趣，很快學生就沒有了學習的興趣和欲望。后來，我將競速、探險等元素融入任務設計中。在環(huán)游金字塔的任務中（見圖2），要求機器人從起點出發(fā)，沿漫游路徑，通過金字塔內部、轉盤、翹翹板等到達終點。學生不但要搭建機器人，使其順利到達終點，還要比賽誰的機器人用時最短。由

5、于IRobotQ3D虛擬機器人軟件突出了基于物理引擎的設計，能模擬真實的物體運動以及物體的密度、質量、速度、加速度等各種現(xiàn)實物理屬性，在發(fā)生碰撞、受力、摩擦等運動時能模擬出不同的運動效果，在任務過程中，學生還要避免機器人因速度過快等因素掉下跑道。軟件創(chuàng)建的仿真場景中，跑道的四周包圍著茫茫沙漠，遠處高聳的金字塔，逼真的隧道等場景一下子吸引學生的注意力，立刻就把學生引到筆者設計的教學任務中，從而激起學生濃厚的學習興趣和主動探究的欲望。為了完成任務，學生必須利用灰度傳感器來搭建機器人，結合前幾節(jié)課所學的傳感器知識，才能讓自己的小車順利通過一道道關卡。這樣的任務精彩不斷，能持續(xù)引起學生的興趣，使學生更

6、主動參與完成任務的操作。這樣通過老師創(chuàng)設一定的教學情境，在有效任務的驅動下，學生利用所學的知識進行機器人知識的綜合運用，同時提升了學生的機器人學習和創(chuàng)作能力，最終有效地培養(yǎng)了學生的信息素養(yǎng)。圖1 圖2二、貼近生活 聯(lián)系學生實際與學生的生活相去甚遠的課堂任務是很難吸引學生的。虛擬機器人教學需要結合學生的學習和生活實際設計任務，讓學生通過流程圖式的編程方式控制機器人在虛擬環(huán)境中的運動，提高邏輯思維能力，培養(yǎng)分析和解決問題的能力。因此，在虛擬機器人教學中，設計教學任務時應回歸現(xiàn)實，突出任務的科學性，引導學生把信息技術作為獲取信息、探索問題、協(xié)作解決問題的認知工具，在探索中掌握其他學科和信息技術的知識

7、，在潛移默化中培養(yǎng)學生科學地分析和解決問題的能力。由于早期虛擬機器人軟件的各種不足，教學中設計的任務往往會忽略很多現(xiàn)實生活中的因素，出現(xiàn)機器人運動過于理想化，虛擬化的現(xiàn)象。使學生對所學習的物理傳感器的作用不夠真實、深刻。如：虛擬機器人運動時始終保持勻速，也不用考慮摩擦力和動力等。時間長了，學生容易忽視真實環(huán)境中不得不面對的摩擦力、慣性等因素。這樣就切斷了虛擬世界與現(xiàn)實世界的聯(lián)系。這樣的教學，不但難以達到虛擬機器人的教學目標，而且不利于學生思維嚴謹性和周密性的培養(yǎng)。范例二：在任務訓練汽車駕駛員起步直行中，學生在完成任務時就發(fā)現(xiàn)：如果將小車速度設置過快，在起步時會小車前輪會抬起，甚至會顛簸（見圖3

8、），導致改變行駛方向。于是我引導學生結合現(xiàn)實生活中的汽車運動，來思考小車發(fā)生這種情況的原因。經(jīng)過討論學生提出解決方案：根據(jù)現(xiàn)實生活中的情況，小車在起步時速度不應過快，起步穩(wěn)定后，再加速就不會有小車抬頭和顛簸的情況了。這時就可以將科學課中摩擦力方面的知識遷移過來。這樣，通過模擬逼真的現(xiàn)實物理運動來促使任務回歸現(xiàn)實，強化了現(xiàn)實生活中很多的不可忽視的因素，突出了科學性，大大加強了機器人教學與其它學科知識整合，同時促進學生科學素養(yǎng)的形成。 圖3三、以生為本 重視學生操作課堂上，精心設計的情境激發(fā)出學生的探索欲后，教師不但要帶領學生分析情境中需要解決的問題，討論解決問題的方法，還要在學生的操作過程中，不

9、斷巡視，及時發(fā)現(xiàn)問題。許多問題只有在學生親自操作后才能發(fā)現(xiàn)，甚至許多教師已經(jīng)講解過的內容，學生在操作過程中，依然會出現(xiàn)問題，教師的適時指導在這里顯得尤為重要。人與人的個體差異是客觀存在的，而信息技術課堂上，學生的個體差異尤為明顯。情境中遇到的問題難度不一，學生的完成情況也將出現(xiàn)差異。教師在巡視中要及時發(fā)現(xiàn)學生操作中的問題，個別問題個別輔導，具有共性的問題適時地介入并對全班進行講解，更為重要的是要及時發(fā)現(xiàn)有問題卻不敢提問的學生，幫助他們解決問題。不少虛擬機器人比賽的任務場景華麗，設計新穎，對學生有很大的吸引力和挑戰(zhàn)性。但對于學生而言，在每周只有一課時的情況下，在課堂上完成這些任務顯然不現(xiàn)實。浙江

10、省的比賽項目汽車總動員（見圖4）非常有趣，由于學生練習的時間有限，有些學生一節(jié)課都無法搭建好機器人。能力強的學生，即使搭建好機器人，也由于時間的限制，很難完成這個任務。在虛擬機器人教學中，只有學生能在指定時間內能完成的任務才是有效的。因此，教師設計任務時，應充分考慮學生現(xiàn)有的情況，設計出貼近學生的操作能力和思維水平的任務，這樣的任務才能稱得上有效的課堂任務。圖4于是筆者從汽車總動員中分解出適宜學生學習的攻克直角彎任務：基本任務是機器人沿著從起點開始的直道高速前進，沿途要吃盡可能多的得分體，并要使機器人順利通過一個直角彎道，最后通過大橋到達終點。這個任務規(guī)模小，完成任務的程序比較短，容易被學生理

11、解。任務中涉及到許多學生能理解的科學原理，如慣性，重心等，符合學生的現(xiàn)有的文化知識結構，完成任務過程中，教師可以適時地加以總結，概括出其規(guī)律性的知識，實現(xiàn)從現(xiàn)象到本質，由感性到理性的過渡。這樣的任務具有一定的可操作性，學生在操作中探求新知，實踐中把握真知，學習中掌握方法，有效地幫助學生獲取新知、熏陶科學情感。四、評價過程 鼓勵學生創(chuàng)新在3D仿真虛擬機器人教學中，大部分任務都具有很強的目標導向性，學生完成任務的情況，只看運行結果就能一目了然，以致學習評價通常都采用終結性評價。由于學生之間存在差異，不是所有學生在規(guī)定時間內都能完成指定的任務，而終結性評價容易降低基礎較差學生的學習積極性，也影響了任

12、務情境所激發(fā)出來的學習熱情的持續(xù)效果。因此，在虛擬機器人的教學中，學習評價要在完成任務的過程中及時進行，不能等學生完成所有任務后才進行評價。范例三：筆者在設計訓練汽車駕駛員這一任務中的第二課直行轉彎時，只為學生提供了常規(guī)的如圖5中所示程序范例。圖5但是在學生的實際練習中，卻意外地出現(xiàn)了和兩種轉彎路線。在發(fā)現(xiàn)了新方法后，筆者立刻對這幾名學生進行了肯定和表揚，并請他們演示和講解自己的程序，使他們贏得了同學的掌聲。這幾名學生在以后的學習中，表現(xiàn)的更加自信也更加努力地研究程序。可見，在教學中注重過程性評價，及時鼓勵創(chuàng)新，肯定學生的學習成果，會對學生帶來極大的鼓舞，增強學習效果。虛擬機器人教學，既有明顯的程序特征又有典型的應用特點。教師不僅要根據(jù)教學目標設計有效的教學任務，還需要更多地研究虛擬機器人的教學內容，深入研究學生的身心發(fā)展特點，因材施教，努力做到讓所有學生都能學有所得，讓學生通過虛擬機器人