摘 要：創(chuàng)客教育理念下，以智能機(jī)器人為載體，從學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)和活動(dòng)實(shí)施兩個(gè)層面出發(fā)，開(kāi)展智能機(jī)器人教學(xué)。教學(xué)中遵循“小任務(wù)驅(qū)動(dòng)，化復(fù)雜為簡(jiǎn)單，搭建腳手架”設(shè)計(jì)思路，實(shí)施過(guò)程注重“合作探究，強(qiáng)化練習(xí)，反饋評(píng)價(jià)”等環(huán)節(jié)，不斷探索智能機(jī)器人教學(xué)的創(chuàng)新模式，并結(jié)合《投籃機(jī)器人》教學(xué)案例深入剖析，旨在提升中小學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和能力，也為今后深入開(kāi)展創(chuàng)客教育夯實(shí)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：智能機(jī)器人；創(chuàng)客；學(xué)習(xí)活動(dòng)

中圖分類(lèi)號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1673-8454（2017）12-0010-04

一、問(wèn)題的提出

智能機(jī)器人融合了機(jī)械、電子、傳感器、計(jì)算機(jī)軟件、硬件等多學(xué)科知識(shí)，是一個(gè)充滿神奇色彩的學(xué)習(xí)內(nèi)容。在學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)上需要立足于學(xué)生視角，把復(fù)雜的學(xué)習(xí)內(nèi)容分解成目標(biāo)明確的小任務(wù)，把復(fù)雜的學(xué)習(xí)過(guò)程通過(guò)搭建腳手架的方式使其簡(jiǎn)單明了，做到在學(xué)生獲得科技知識(shí)和實(shí)踐能力的同時(shí)，激發(fā)他們的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)造發(fā)明的潛能，使其成為真正的“創(chuàng)客”。

同時(shí)，也不能一味的拔高學(xué)生的能力，忽略基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)，只有量的積累才有質(zhì)的飛越，中小學(xué)智能機(jī)器人教學(xué)更要“化復(fù)雜為簡(jiǎn)單”，使“創(chuàng)客”不再遙遠(yuǎn)。那么作為指導(dǎo)者，如何引領(lǐng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題，激發(fā)他們主動(dòng)探究，勤于思考，在智能機(jī)器人搭建和編程中學(xué)習(xí)，在快樂(lè)的活動(dòng)體驗(yàn)中學(xué)習(xí)，最終學(xué)會(huì)動(dòng)手、學(xué)會(huì)分享、學(xué)會(huì)創(chuàng)造，針對(duì)這些問(wèn)題筆者在日常教學(xué)中一直在探索實(shí)踐。

二、智能機(jī)器人教學(xué)的探索和創(chuàng)新

1.學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)

（1）化復(fù)雜為簡(jiǎn)單，以小任務(wù)驅(qū)動(dòng)

在充分分析學(xué)生已有知識(shí)技能的前提下，將復(fù)雜的學(xué)習(xí)任務(wù)轉(zhuǎn)化成簡(jiǎn)單的而又相互聯(lián)系的小任務(wù)，這樣能大大降低任務(wù)完成的難度，既不超出學(xué)生能力之外，又不限于學(xué)生能力之內(nèi)，使學(xué)習(xí)任務(wù)真正具有“挑戰(zhàn)性”。小任務(wù)的呈現(xiàn)是具體的、可操作性的、有實(shí)際意義的完整任務(wù)，任務(wù)操作過(guò)程中提供“輔助性信息”和“程序性信息”，引導(dǎo)和促進(jìn)學(xué)生完成知識(shí)的建構(gòu)和重構(gòu)。值得注意的是學(xué)習(xí)任務(wù)的特征要和學(xué)生的操作緊密聯(lián)系，這樣能有效促進(jìn)知識(shí)技能學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)操作的熟練化?！锻痘@機(jī)器人》組編的學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)計(jì)如表1所示。

（2）輔助性信息設(shè)計(jì)

輔助性信息是在機(jī)器人組編過(guò)程中用來(lái)解決如何完成學(xué)習(xí)任務(wù)的基礎(chǔ)性知識(shí)，一般傾向于理論知識(shí)。它是已有知識(shí)技能向?qū)⒁獙W(xué)習(xí)的知識(shí)技能過(guò)渡的連接紐帶；對(duì)將要學(xué)習(xí)的知識(shí)技能起鋪墊、指導(dǎo)和促進(jìn)的作用；促進(jìn)學(xué)習(xí)任務(wù)有效地完成。這些輔助性信息是學(xué)生和教師在邊學(xué)邊做，邊做邊學(xué)，不斷嘗試和探索中進(jìn)行的總結(jié)和分享。

（3）程序性信息設(shè)計(jì)

程序性信息是在機(jī)器人組編過(guò)程中隨時(shí)提供給學(xué)生的前提性信息，比如機(jī)器人設(shè)計(jì)搭建過(guò)程的直接說(shuō)明、正確操作所必備的知識(shí)技能，諸如概念、原理、規(guī)則等。促使學(xué)生從已有能力上升到預(yù)期能力，順利完成搭建任務(wù)的操作。這些程序性信息是在學(xué)生為主，教師為輔的學(xué)習(xí)過(guò)程中總結(jié)出來(lái)的經(jīng)驗(yàn)和技巧，有著即學(xué)即用、即用即學(xué)的組織形式。

（4）子任務(wù)練習(xí)設(shè)計(jì)

《投籃機(jī)器人》組編中，將每個(gè)課時(shí)里的具體的整體學(xué)習(xí)任務(wù)進(jìn)行歸類(lèi)，可分為L(zhǎng)DD建模，實(shí)體組裝，程序編寫(xiě)和運(yùn)行調(diào)試四大類(lèi)任務(wù)，每類(lèi)任務(wù)再細(xì)化，如表4所示。

針對(duì)每一大類(lèi)任務(wù)，個(gè)性化設(shè)置子任務(wù)練習(xí)，子任務(wù)難度設(shè)置有高有低，適應(yīng)不同程度的學(xué)生，特別是面向有困難的、操作不熟練的學(xué)生。旨在強(qiáng)化他們的技能，幫助他們順利完成每一課時(shí)的學(xué)習(xí)任務(wù)，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)器人精準(zhǔn)投籃這一相對(duì)復(fù)雜的學(xué)習(xí)任務(wù)。

2.學(xué)習(xí)活動(dòng)的實(shí)施

根據(jù)《投籃機(jī)器人》組編的學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)，學(xué)生在設(shè)計(jì)制作投籃機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)投籃的學(xué)習(xí)過(guò)程中，主要有以下5個(gè)操作要點(diǎn)：

（1）任務(wù)呈現(xiàn)。作為指導(dǎo)教師，應(yīng)該化復(fù)雜為簡(jiǎn)單，向?qū)W生呈現(xiàn)出具體的、可操作性的，更是有實(shí)際意義的學(xué)習(xí)任務(wù)，就是使學(xué)生清楚要做什么，任務(wù)的難度要適中，充分把握學(xué)生最近發(fā)展區(qū)，使任務(wù)變得真正具有挑戰(zhàn)性，既不觸手可得也不望而生畏。

如圖1所示，一開(kāi)始就向?qū)W生提供任務(wù)的情景，如投籃場(chǎng)地的設(shè)置，具體到投籃機(jī)器人需要走什么樣的線路，在哪個(gè)位置投籃等等，也可以演示任務(wù)，創(chuàng)造出機(jī)器人投籃的情景，以此增加學(xué)生的學(xué)習(xí)情趣，提高他們的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。同時(shí)更有利于他們針對(duì)學(xué)習(xí)任務(wù)進(jìn)行思考，比如，該如何完成學(xué)習(xí)任務(wù)，完成任務(wù)需要逐一解決什么問(wèn)題，這些任務(wù)怎樣簡(jiǎn)化，怎么統(tǒng)籌安排任務(wù)的學(xué)習(xí)。

（2）提供信息。任務(wù)呈現(xiàn)后，學(xué)生知道了要做什么，隨后便開(kāi)始頭腦風(fēng)暴，集思廣益，思考該怎么做，形成自己的想法，與他人分享交流，探討解決問(wèn)題的方案。通過(guò)生生、師生之間的討論，最終確定合理的解決問(wèn)題、完成任務(wù)的思路，這一過(guò)程教師要及時(shí)引導(dǎo)，對(duì)于在任務(wù)完成中需要提供給學(xué)生的必要信息要及時(shí)呈現(xiàn)，以免學(xué)生走錯(cuò)路，比如，在設(shè)計(jì)投籃機(jī)器人的移動(dòng)基座時(shí)，可以向?qū)W生提供參考模型。如圖2所示，在“零件連接”沒(méi)有困惑的情況下，引導(dǎo)搭建牢固的移動(dòng)基座，同時(shí)又要配合投籃裝置的靈活運(yùn)作。

（3）合作探究。智能機(jī)器人的組編是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的學(xué)習(xí)過(guò)程，需要學(xué)生的合作學(xué)習(xí)，在任務(wù)的完成過(guò)程中，需要不斷的探討，是一個(gè)“設(shè)計(jì)—實(shí)踐—再設(shè)計(jì)—再實(shí)踐”的循環(huán)往復(fù)的過(guò)程，直至機(jī)器人調(diào)試成功，一個(gè)人的力量是微小的，思維有局限，想法也有限，因此需要2至3人合作完成，這樣學(xué)生才能在相互否定的過(guò)程中產(chǎn)生思維碰撞，形成新的想法，開(kāi)闊視野，對(duì)于拓展發(fā)散性思維固然有好處。當(dāng)然合作的過(guò)程，需要教師引導(dǎo)，幫助學(xué)生制定合理的合作規(guī)則，做到分工合理，人人要思考，人人要?jiǎng)邮?，使整個(gè)學(xué)習(xí)任務(wù)的完成過(guò)程協(xié)調(diào)有序，讓每個(gè)學(xué)生都能得到實(shí)踐能力的提高。

（4）強(qiáng)化練習(xí)。通過(guò)子任務(wù)的練習(xí)使學(xué)生達(dá)到熟練操作的程度。對(duì)于簡(jiǎn)單的技能，直接重復(fù)操練至熟練即可。對(duì)于復(fù)雜的技能，實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)要從最簡(jiǎn)單的任務(wù)開(kāi)始，逐漸增加任務(wù)難度，即遵循“簡(jiǎn)單—復(fù)雜”問(wèn)題序列，就是要從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的任務(wù)練習(xí)順序。

例如，在光電傳感器的程序設(shè)計(jì)編寫(xiě)過(guò)程中，就要先設(shè)計(jì)編寫(xiě)單光電傳感器的巡線程序，在程序調(diào)試成功后再?lài)L試設(shè)計(jì)編寫(xiě)雙光電傳感器的巡線程序，使投籃機(jī)器人的巡線動(dòng)作更加精準(zhǔn)，為后續(xù)的精準(zhǔn)投籃做準(zhǔn)備。

在學(xué)習(xí)過(guò)程中選用交替式的子任務(wù)練習(xí)搭配，即任務(wù)一/練習(xí)1，任務(wù)二/練習(xí)2……比如，某一學(xué)生在搭建投籃機(jī)器人移動(dòng)基座的時(shí)候有困難，那么在分析出原因之后，可以針對(duì)性的進(jìn)行子任務(wù)練習(xí)“LDD建模軟件的基本操作”、“常見(jiàn)零件的虛擬拼裝操作”或“牢固的移動(dòng)基座搭建”。

（5）反饋評(píng)價(jià)。利用手機(jī)，對(duì)學(xué)生的制作過(guò)程進(jìn)行拍照和拍攝，形成照片和微視頻，通過(guò)最常用的QQ軟件，將手機(jī)和電腦互連，實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳送，非常方便快捷，能即時(shí)高效地將學(xué)生制作過(guò)程的照片、微視頻通過(guò)教室的多媒體系統(tǒng)實(shí)時(shí)向全體學(xué)生展示，如圖4所示。

三、實(shí)踐總結(jié)

在教學(xué)實(shí)踐探索中，根據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)的達(dá)成情況以及在學(xué)生實(shí)際搭建、編程過(guò)程中的表現(xiàn)來(lái)看，學(xué)生在充滿趣味性的主題情景中，通過(guò)清晰明了的學(xué)習(xí)任務(wù)驅(qū)動(dòng)，輔助信息、程序性信息的幫助，子任務(wù)練習(xí)的強(qiáng)化，復(fù)雜的問(wèn)題具體化、簡(jiǎn)單化，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)習(xí)積極性，學(xué)生很容易上手搭建，再利用計(jì)算機(jī)和圖形化的編程軟件編寫(xiě)機(jī)器人程序，為機(jī)器人創(chuàng)造智能，這樣的學(xué)習(xí)活動(dòng)，充分發(fā)揮了學(xué)生的天性和個(gè)性，符合他們的身心發(fā)展特點(diǎn)，因此對(duì)機(jī)器人的學(xué)習(xí)更加充滿了興趣，所有更加勤于動(dòng)手、樂(lè)于思考。

在做中學(xué)，玩中學(xué)，由簡(jiǎn)到難挑戰(zhàn)不同類(lèi)型任務(wù)，這需要學(xué)生動(dòng)腦設(shè)計(jì)，動(dòng)手實(shí)踐，根據(jù)實(shí)踐情況，再重新設(shè)計(jì)矯正，再去實(shí)踐，這樣循環(huán)往復(fù)直至調(diào)試成功，不僅提高了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，還提高了他們動(dòng)手實(shí)踐的能力，同時(shí)有利于培養(yǎng)他們的發(fā)散性思維和創(chuàng)新意識(shí)。在實(shí)際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生動(dòng)手操作能力差異性比較大，今后的教學(xué)中如何更好的關(guān)注差異，使?jié)夂竦膶W(xué)習(xí)興趣促成學(xué)習(xí)能力的提升，在課堂教學(xué)上還需要不斷的探索實(shí)踐。

1.任務(wù)呈現(xiàn)要清晰。要把復(fù)雜的機(jī)器人搭建編程任務(wù)化解成子任務(wù)，不能太難也不能太簡(jiǎn)單，否則學(xué)生會(huì)失去實(shí)踐操作的興趣，要向?qū)W生呈現(xiàn)出具體的、可操作性的任務(wù)，就是使學(xué)生清楚要做什么，進(jìn)而引發(fā)如何做的思維碰撞。

2.幫助信息要得當(dāng)。針對(duì)學(xué)生易理解的內(nèi)容，教師可以不提供或少提供，引導(dǎo)學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，自己解決問(wèn)題；而對(duì)于一些較難的知識(shí)要有針對(duì)性地提供信息支持，此外，在學(xué)生實(shí)際操作時(shí)，教師需要加強(qiáng)巡視，及時(shí)幫助學(xué)生解決搭建和編程中的疑難問(wèn)題。

3.強(qiáng)化練習(xí)要到位。不是所有的子任務(wù)學(xué)習(xí)都要練習(xí)，而是哪里薄弱，強(qiáng)化哪方面的練習(xí)，最終實(shí)現(xiàn)技能的熟練，這樣在搭建編程智能機(jī)器人時(shí)才能游刃有余。

4.反饋評(píng)價(jià)要即時(shí)。實(shí)踐操作中拍攝的視頻和照片使用“手機(jī)-電腦”這樣無(wú)線方式傳輸，然后再通過(guò)投影儀實(shí)時(shí)展示，這樣的評(píng)價(jià)手段方便快捷，能夠即時(shí)反饋，即時(shí)修正，即時(shí)評(píng)價(jià)，大大提高學(xué)生搭建和編程的積極性。

5.合作探究要引導(dǎo)。不是放手不管，而是要善于觀察學(xué)生的困惑，做有針對(duì)性的幫助，特別是小組合作探究中學(xué)生不能解決的問(wèn)題教師一定要及時(shí)指導(dǎo)，否則制作智能機(jī)器人這樣比較高精度的任務(wù)很難順利完成。

四、啟示與建議

1.任務(wù)導(dǎo)向，巧妙留白

脫離任務(wù)情景來(lái)學(xué)習(xí)智能機(jī)器人是枯燥的、茫然的，將學(xué)習(xí)內(nèi)容轉(zhuǎn)化成挑戰(zhàn)性任務(wù)。向?qū)W生呈現(xiàn)出具體的、可操作性的，更是有實(shí)際意義的學(xué)習(xí)任務(wù)，就是充分把握學(xué)生最近發(fā)展區(qū)，使任務(wù)變得真正具有挑戰(zhàn)性，既不觸手可得也不望而生畏。值得注意的是，任務(wù)的操作過(guò)程中，教師要適當(dāng)提供幫助，為學(xué)生順利完成任務(wù)搭建“腳手架”，但并不是所有的任務(wù)都要由教師提供幫助，適時(shí)引導(dǎo)，留有空白，激發(fā)學(xué)生思考，利于學(xué)生創(chuàng)造性思維的養(yǎng)成。

2.同伴教育，示范引領(lǐng)

你有一個(gè)蘋(píng)果，我有一個(gè)蘋(píng)果，交換后各自還是只有一個(gè)蘋(píng)果，但是你有一個(gè)想法，我有一個(gè)想法，交換后各自卻有了兩個(gè)想法。在機(jī)器人的學(xué)習(xí)動(dòng)手實(shí)踐操作上，同伴之間相互學(xué)習(xí)，學(xué)生用自己的方式去教同伴，就是“兵教兵”的模式，因?yàn)樗麄兊谋磉_(dá)、他們的思維相互更接近，相互更容易理解，教師去指導(dǎo)要用10句話解說(shuō)，而學(xué)生去指導(dǎo)只用1句話解說(shuō)就達(dá)到同樣效果。當(dāng)然這并不是說(shuō)教師任性地“放羊”，要做到示范引領(lǐng)，以免學(xué)生走錯(cuò)路。

3.動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)，實(shí)時(shí)反饋

利用“手機(jī)+無(wú)線網(wǎng)絡(luò)+QQ在線+計(jì)算機(jī)/大屏幕”的方式展示智能機(jī)器人搭建、編程、運(yùn)行、調(diào)試的動(dòng)態(tài)過(guò)程，實(shí)時(shí)反饋提升分析問(wèn)題解決問(wèn)題的有效性。（1）學(xué)生典型的操作錯(cuò)誤，以照片的形式通過(guò)投影儀展示，這樣更加直觀形象，易引發(fā)學(xué)生共鳴，進(jìn)而思考糾正，最終形成正確操作。（2）學(xué)生做的好的地方，比如結(jié)構(gòu)搭建的方法很新穎，程序編寫(xiě)的有創(chuàng)意，通過(guò)這樣的展示，能夠激勵(lì)學(xué)生更好地完成任務(wù)，同時(shí)鞭策其他學(xué)生學(xué)習(xí)。（3）將學(xué)生的實(shí)踐操作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)拍攝下來(lái)，以微視頻的形式實(shí)時(shí)上傳至云盤(pán)，一方面記錄了學(xué)生學(xué)習(xí)成長(zhǎng)的過(guò)程，起到激勵(lì)作用，另一方面，以視頻的形式存儲(chǔ)下來(lái)，有利于學(xué)生查缺補(bǔ)漏，從視頻中找問(wèn)題，從視頻中解決問(wèn)題。

4.充分自主，創(chuàng)新啟智

在充滿趣味性的主題情景中，通過(guò)清晰明了的學(xué)習(xí)任務(wù)驅(qū)動(dòng)，輔助信息、程序性信息的幫助，子任務(wù)練習(xí)的強(qiáng)化，復(fù)雜的問(wèn)題具體化、簡(jiǎn)單化，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)習(xí)積極性，學(xué)生很容易上手搭建，再利用計(jì)算機(jī)和圖形化的編程軟件編寫(xiě)機(jī)器人程序，為機(jī)器人創(chuàng)造智能，這樣的學(xué)習(xí)活動(dòng)，充分發(fā)揮了學(xué)生的天性和個(gè)性，符合他們的身心發(fā)展特點(diǎn)，使學(xué)生在充滿了興趣的氛圍中自主學(xué)習(xí)。

場(chǎng)景式的完成各種各樣的任務(wù)，由簡(jiǎn)到難挑戰(zhàn)不同類(lèi)型任務(wù)，這需要學(xué)生動(dòng)腦設(shè)計(jì)，動(dòng)手實(shí)踐，根據(jù)實(shí)踐情況，再重新設(shè)計(jì)矯正，再去實(shí)踐，這樣循環(huán)往復(fù)直至調(diào)試成功，不僅提高了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，還提高了他們動(dòng)手實(shí)踐的能力，同時(shí)有利于培養(yǎng)他們的發(fā)散性思維和創(chuàng)新意識(shí)。

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（編輯：郭桂真）