柴曉夢(mèng)

摘要：本文以“人形機(jī)器人”課程為例，對(duì)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（PBL）和翻轉(zhuǎn)課堂等概念加以闡述，分析翻轉(zhuǎn)課堂應(yīng)用于機(jī)器人教學(xué)的實(shí)際意義，構(gòu)建了基于PBL的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式。在實(shí)際教學(xué)中，通過課前資源準(zhǔn)備與自主學(xué)習(xí)、課堂動(dòng)手實(shí)踐與評(píng)價(jià)交流、課后問題反饋與成果展示的有機(jī)結(jié)合，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，并總結(jié)歸納了影響基于PBL的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)效果的主要因素，期望能為創(chuàng)客教育背景下的機(jī)器人課程教學(xué)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：PBL；翻轉(zhuǎn)課堂；人形機(jī)器人；教學(xué)設(shè)計(jì)；創(chuàng)新實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 論文編號(hào)：1674-2117（2018）13/14-0052-04

● 引言

隨著新課程改革的不斷深入，創(chuàng)客空間和創(chuàng)客教育受到社會(huì)各界的廣泛關(guān)注，其主要內(nèi)容涉及機(jī)器人制作與編程，為推廣機(jī)器人教育提供了新的發(fā)展平臺(tái)?？v觀我國(guó)中小學(xué)機(jī)器人教育現(xiàn)狀，盡管有部分學(xué)校通過開設(shè)校本課程進(jìn)行機(jī)器人教育的探索，但競(jìng)賽或興趣小組模式仍占主導(dǎo)地位，實(shí)際教學(xué)中也存在著不少問題。因此，本文以“人形機(jī)器人”課程為例，對(duì)基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（PBL）的翻轉(zhuǎn)課堂開展機(jī)器人教學(xué)加以研究，希望能為機(jī)器人教學(xué)未來發(fā)展提供新的思路，進(jìn)一步推動(dòng)基礎(chǔ)教育改革與發(fā)展。

● 項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（PBL）與翻轉(zhuǎn)課堂概述

1.以問題為導(dǎo)向的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)模式

項(xiàng)目式教學(xué)是指以某個(gè)具體問題為導(dǎo)向，通過實(shí)施一個(gè)完整的項(xiàng)目而進(jìn)行的教學(xué)活動(dòng)，旨在將理論知識(shí)和實(shí)踐操作相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)探究和解決問題的能力。[1]教師可以通過設(shè)計(jì)具體的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，循序漸進(jìn)地開展機(jī)器人教學(xué)活動(dòng)。在這一過程中，教師是學(xué)習(xí)資源的整合者和學(xué)生學(xué)習(xí)的服務(wù)者，主要負(fù)責(zé)資料收集和實(shí)施方案撰寫。學(xué)生在解決問題的過程中，進(jìn)行實(shí)踐探究、評(píng)價(jià)交流和成果分享（如下頁(yè)圖1）。例如，學(xué)生在學(xué)習(xí)機(jī)器人結(jié)構(gòu)搭建時(shí)，以設(shè)計(jì)制作運(yùn)動(dòng)小車為項(xiàng)目主線，根據(jù)教師提供的任務(wù)說明書，一步步動(dòng)手完成機(jī)器人的搭建。在實(shí)踐操作中，學(xué)生可以了解一些機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)件，如馬達(dá)和齒輪。為了讓小車能按照要求動(dòng)起來，學(xué)生需要學(xué)習(xí)編程知識(shí)來控制小車的運(yùn)動(dòng)。

在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中，教師可以設(shè)計(jì)加入一些競(jìng)技活動(dòng)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造潛能，鼓勵(lì)學(xué)生利用跨學(xué)科知識(shí)，不斷改進(jìn)機(jī)器人的造型與功能，通過不斷調(diào)試程序來提高編程能力，培養(yǎng)計(jì)算思維。在教學(xué)評(píng)價(jià)方面，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)更加重視過程評(píng)價(jià)。學(xué)生在完成機(jī)器人制作過程中，及時(shí)記錄遇到的問題和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。教師和學(xué)生通過雙向互動(dòng)反饋式的交流來促進(jìn)教學(xué)活動(dòng)的順利進(jìn)行。另外，考慮到學(xué)校機(jī)器人硬件設(shè)施的配備和活動(dòng)場(chǎng)地的限制，教師可以將線上和線下的機(jī)器人教學(xué)相結(jié)合，借助虛擬機(jī)器人平臺(tái)開展教學(xué)活動(dòng)。

總之，以問題為導(dǎo)向的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)模式可以更加有效地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)器人的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力。

2.基于PBL的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式

以項(xiàng)目為核心的教學(xué)模式可以讓學(xué)生更好地學(xué)習(xí)機(jī)器人的設(shè)計(jì)與制作，但由于機(jī)器人課程的課堂教學(xué)時(shí)間有限，引入基于網(wǎng)絡(luò)微課的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式[2]，可以進(jìn)一步提高課堂效率，減少教師在課堂上講授的時(shí)間，增加學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐和分享交流的機(jī)會(huì)。

課前，教師做好教學(xué)資源的設(shè)計(jì)和準(zhǔn)備工作，將課程中要用到的數(shù)字化學(xué)習(xí)資源，如視頻、PPT、學(xué)習(xí)任務(wù)單等上傳到網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)；針對(duì)機(jī)器人項(xiàng)目學(xué)習(xí)中需要用到的知識(shí)點(diǎn)和操作要點(diǎn)進(jìn)行歸納整理，形成一套完整的教學(xué)方案，供學(xué)生在課外進(jìn)行自主學(xué)習(xí)；借助網(wǎng)絡(luò)通信工具，如微信或QQ群等，開展線上答疑活動(dòng)。學(xué)生完成線上自主學(xué)習(xí)任務(wù)和課前測(cè)驗(yàn)。

課上，教師對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)情況進(jìn)行檢測(cè)，集中解答學(xué)生的問題，布置學(xué)習(xí)任務(wù)。學(xué)生根據(jù)任務(wù)要求，進(jìn)行機(jī)器人作品設(shè)計(jì)和編程實(shí)踐。在此過程中，教師要重視培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決問題的能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力，也可以通過建立學(xué)習(xí)小組，培養(yǎng)學(xué)生的合作探究能力。教師可根據(jù)任務(wù)要求和學(xué)生特點(diǎn)，進(jìn)行合理分組，一般2～3人一組較為合適，這樣能保證每個(gè)學(xué)生都有動(dòng)手實(shí)踐和展示交流的機(jī)會(huì)。有的學(xué)生比較擅長(zhǎng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)的搭建，有的學(xué)生編程能力比較強(qiáng)，有的學(xué)生有較多創(chuàng)意的想法和觀點(diǎn)。教師要善于發(fā)現(xiàn)學(xué)生不同的個(gè)性特點(diǎn)，并加以合理組合，盡可能讓學(xué)生發(fā)揮自己的特長(zhǎng)與優(yōu)勢(shì)。每組學(xué)生要明確自己的職責(zé)，進(jìn)行協(xié)作學(xué)習(xí)。例如，學(xué)生在做機(jī)器人編程任務(wù)時(shí)，以小組為單位，通過思維導(dǎo)圖和頭腦風(fēng)暴的方式，進(jìn)行程序算法的設(shè)計(jì)與編程調(diào)試。

課后，每個(gè)學(xué)習(xí)小組完成一份活動(dòng)報(bào)告，并填寫學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)表。成果展示與評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)可以通過個(gè)人評(píng)價(jià)、小組評(píng)價(jià)和教師評(píng)價(jià)來共同完成，旨在提高學(xué)生的自信心和表達(dá)能力。教師需要做好問題的匯總與整理，及時(shí)進(jìn)行總結(jié)反思，進(jìn)一步完善教學(xué)資源，改進(jìn)教學(xué)方式。

● 基于PBL的翻轉(zhuǎn)課堂在人形機(jī)器人教學(xué)中的應(yīng)用

“人形機(jī)器人”是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)可以大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)造力。為了在有限的課堂時(shí)間里，給學(xué)生們更多動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)，教師采用基于PBL的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，這樣既能提高課堂效率，也能培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力。[3]

1.課前資源準(zhǔn)備與自主學(xué)習(xí)

要完成“人形機(jī)器人”課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生需要有一定的視頻拍攝和剪輯基礎(chǔ)，要了解人形機(jī)器人的硬件組成與結(jié)構(gòu)，熟悉人形機(jī)器人的操控軟件，學(xué)會(huì)硬件和軟件的連接操作，能夠熟練調(diào)試機(jī)器人的基本動(dòng)作。在課程結(jié)束后，學(xué)生需要完成機(jī)器人微電影的制作。

課程學(xué)習(xí)路徑分為前期準(zhǔn)備、中期訓(xùn)練和后期展示三大環(huán)節(jié)。其中，前期準(zhǔn)備工作包括編寫微電影腳本、認(rèn)識(shí)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)和服裝道具DIY；中期訓(xùn)練包括機(jī)器人動(dòng)作的調(diào)試、微電影拍攝與剪輯；后期展示主要是成果展示和評(píng)價(jià)交流（如圖2）。

在課前，教師針對(duì)“人形機(jī)器人”課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)，設(shè)計(jì)制作一系列微課資源，如教學(xué)PPT、微視頻、學(xué)習(xí)任務(wù)單等，上傳到網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)，供學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。例如，“機(jī)器人走路”這一課，教師可以先拍攝一段機(jī)器人走路的視頻，將原理制作成PPT或動(dòng)畫發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，也可以利用微信、QQ等通信交流工具，進(jìn)行線上的指導(dǎo)與答疑，這一方面可以及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，另一方面也可以發(fā)現(xiàn)一些問題，為課堂的實(shí)踐操作打好基礎(chǔ)。

2.課堂動(dòng)手實(shí)踐與評(píng)價(jià)交流

在課堂上，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，教師是學(xué)生活動(dòng)的設(shè)計(jì)者與指導(dǎo)者。教師根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn)，將學(xué)生以3人一組進(jìn)行組合，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行合作探究學(xué)習(xí)。通過組織一些小組競(jìng)技活動(dòng)，提高課堂的趣味性和學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。每個(gè)小組在課堂上都要完成相應(yīng)的學(xué)習(xí)任務(wù)，并圍繞機(jī)器人微電影進(jìn)行自主創(chuàng)作。例如，學(xué)習(xí)“機(jī)器人舞蹈”這一課，在課前，學(xué)生們已經(jīng)了解什么是機(jī)器人舞蹈，以及機(jī)器人動(dòng)作調(diào)試的基本步驟。課上，教師下發(fā)學(xué)習(xí)任務(wù)單（如下頁(yè)表），學(xué)生在明確學(xué)習(xí)任務(wù)后進(jìn)行實(shí)踐操作練習(xí)。

教師在學(xué)生操作過程中，加以鼓勵(lì)與指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生以小組為單位，開展機(jī)器人斗舞大賽。每個(gè)小組在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成指定動(dòng)作的調(diào)試和自主動(dòng)作的設(shè)計(jì)。學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)側(cè)重過程性評(píng)價(jià)。每個(gè)小組選一名學(xué)生擔(dān)任評(píng)委，對(duì)其他小組的機(jī)器人舞蹈進(jìn)行評(píng)分。教師針對(duì)學(xué)生合作學(xué)習(xí)情況和機(jī)器人動(dòng)作的設(shè)計(jì)，結(jié)合小組評(píng)分情況，進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

3.課后問題反饋與成果展示

整個(gè)課程以機(jī)器人微電影制作為主線。教師將學(xué)習(xí)任務(wù)分散到每一堂課當(dāng)中，關(guān)注學(xué)生在課堂上實(shí)際操作時(shí)遇到的困難，并在課后做好問題的記錄與總結(jié)工作，進(jìn)一步整理完善教學(xué)材料，并形成數(shù)字化學(xué)習(xí)資源。例如，學(xué)生在制作機(jī)器人微電影過程中，提出要制作一些特殊的效果。由于課堂教學(xué)時(shí)間的限制，教師針對(duì)這一問題，可以將一些拍攝技巧和典型案例制作成微課或教學(xué)課件，上傳至網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)中心，供學(xué)生學(xué)習(xí)參考。學(xué)生在每堂課結(jié)束后，根據(jù)自己的學(xué)習(xí)掌握情況，填寫問題反饋表，并完成課后練習(xí)。其中，問題反饋表可以記錄學(xué)生學(xué)習(xí)的過程，也可以作為活動(dòng)報(bào)告的素材。

課程結(jié)束后，每個(gè)小組需要提交一個(gè)機(jī)器人微電影視頻和一份活動(dòng)報(bào)告。學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)的方式為成果展示與答辯。小組一一展示自己的作品，并作簡(jiǎn)要的說明。評(píng)審團(tuán)由教師和各小組的學(xué)生代表組成。評(píng)委可以對(duì)學(xué)生的作品提問，并進(jìn)行評(píng)分。教師還可以根據(jù)學(xué)生表現(xiàn)和作品情況，設(shè)置“最佳導(dǎo)演獎(jiǎng)”和“最佳影片”等獎(jiǎng)項(xiàng)。

● 影響基于PBL的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)效果的主要因素

1.基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)計(jì)

機(jī)器人教學(xué)過程中，活動(dòng)項(xiàng)目的可行性、合理性及趣味性等都會(huì)影響教學(xué)效果。教師在選擇活動(dòng)項(xiàng)目的時(shí)候，要充分考慮學(xué)生的生活情境和興趣愛好，在設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)任務(wù)時(shí)，要盡可能符合學(xué)生的學(xué)習(xí)心理與學(xué)習(xí)特點(diǎn)，可以適當(dāng)設(shè)置一些難度梯度。為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和信心，任務(wù)的難度在剛開始時(shí)不宜過高，可以通過闖關(guān)游戲的方式，逐漸提升練習(xí)難度，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。另外，學(xué)習(xí)任務(wù)要具有可操作性和可檢測(cè)性。

2.數(shù)字化學(xué)習(xí)資源的構(gòu)建

數(shù)字化學(xué)習(xí)資源和網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)是翻轉(zhuǎn)課堂的重要組成部分。資源構(gòu)建的不合理或不完善都會(huì)影響翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)效果。教師需要將一個(gè)大的機(jī)器人活動(dòng)項(xiàng)目分解成一個(gè)個(gè)小項(xiàng)目，再把每個(gè)小項(xiàng)目的學(xué)習(xí)資源構(gòu)建起來，運(yùn)用技術(shù)手段，形成一系列機(jī)器人教學(xué)的數(shù)字化學(xué)習(xí)資源。同時(shí)，要保證學(xué)生能夠方便地獲取這些學(xué)習(xí)資源，并在自主學(xué)習(xí)完成后能夠進(jìn)行自我檢測(cè)。

3.學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度與能力

基于PBL的翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)效果與學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度和能力密不可分。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)對(duì)學(xué)生的合作探究能力要求比較高，同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)對(duì)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力與信息技術(shù)應(yīng)用能力有一定的要求。在學(xué)生小組合作過程中，教師要明確學(xué)生各自的職責(zé)，要培養(yǎng)其團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)，絕對(duì)不允許出現(xiàn)推卸責(zé)任和坐享其成的行為。

● 結(jié)束語

在機(jī)器人教學(xué)中，采用基于PBL的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，有利于培養(yǎng)學(xué)生的自主探究能力、創(chuàng)新實(shí)踐能力與合作交流能力，也有利于提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。而基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)任務(wù)設(shè)計(jì)、數(shù)字化資源的建構(gòu)和學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度與能力是影響該模式教學(xué)效果的主要因素。在后續(xù)研究中，筆者將進(jìn)一步探索基于PBL的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式下機(jī)器人教學(xué)的有效性，不斷完善教學(xué)資源，改進(jìn)教學(xué)設(shè)計(jì)。