戴嬌麗

摘要：作者提出，在初中信息科技學(xué)科中以項(xiàng)目化學(xué)習(xí)推進(jìn)虛擬機(jī)器人課堂教學(xué)，能讓學(xué)生充分體驗(yàn)人工智能的魅力，同時(shí)滿足學(xué)生個(gè)性化的學(xué)習(xí)需求，進(jìn)而充分發(fā)揮學(xué)生主體作用，更好地培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：信息科技；虛擬機(jī)器人；項(xiàng)目學(xué)習(xí)

中圖分類號(hào)：G434? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 論文編號(hào)：1674-2117（2023）14-0057-03

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》倡導(dǎo)真實(shí)性學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)按照義務(wù)教育階段學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，構(gòu)建以數(shù)據(jù)、算法、網(wǎng)絡(luò)、信息處理、信息安全、人工智能等為邏輯主線的課程結(jié)構(gòu)。同時(shí)，無(wú)人駕駛汽車正從概念走向現(xiàn)實(shí)。為了提高學(xué)生對(duì)人工智能技術(shù)的理解，在初中信息科技課堂中引進(jìn)虛擬機(jī)器人教學(xué)，能讓學(xué)生不受實(shí)體機(jī)器人購(gòu)買和維修費(fèi)用以及場(chǎng)地的限制，自由模仿生活中的真實(shí)場(chǎng)景進(jìn)行機(jī)器人的開(kāi)發(fā)與創(chuàng)作，培養(yǎng)創(chuàng)新能力，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。

對(duì)推進(jìn)人工智能教育的普及來(lái)說(shuō)，虛擬機(jī)器人項(xiàng)目學(xué)習(xí)具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：①減輕學(xué)校的負(fù)擔(dān)。②促進(jìn)學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)。③提高學(xué)習(xí)效率。④有利于發(fā)展學(xué)校特色課程。

虛擬機(jī)器人項(xiàng)目?jī)?nèi)容體系設(shè)計(jì)

為了讓學(xué)生能夠體驗(yàn)貼近真實(shí)的智能設(shè)計(jì)，培養(yǎng)創(chuàng)新性人才，筆者結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+無(wú)人駕駛”賽事規(guī)則和真實(shí)生活中的交通情境，設(shè)計(jì)了“無(wú)人駕駛”項(xiàng)目，項(xiàng)目?jī)?nèi)容體系如圖1所示。項(xiàng)目強(qiáng)調(diào)以“無(wú)人駕駛”為主線，以學(xué)生探究學(xué)習(xí)為導(dǎo)向，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和協(xié)作意識(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用計(jì)算思維形成解決問(wèn)題的方案，構(gòu)建以學(xué)生為主體的項(xiàng)目化探究教學(xué)系統(tǒng)，讓學(xué)生在完成項(xiàng)目的過(guò)程中發(fā)展能力，提升核心素養(yǎng)。

虛擬機(jī)器人項(xiàng)目學(xué)習(xí)課堂教學(xué)實(shí)踐

1.分析項(xiàng)目

虛擬機(jī)器人是一款虛實(shí)融合的在線創(chuàng)作平臺(tái)，為學(xué)生探索無(wú)人駕駛技術(shù)提供了仿真技術(shù)和情境，能有效激發(fā)學(xué)生想象力和創(chuàng)造力。在課前準(zhǔn)備中，教師根據(jù)知識(shí)難易程度和學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，綜合虛擬機(jī)器人平臺(tái)的學(xué)習(xí)資源進(jìn)行開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)，將“無(wú)人駕駛”項(xiàng)目進(jìn)行分解（如表1），把一個(gè)復(fù)雜的大項(xiàng)目分解成一個(gè)個(gè)融入相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的小任務(wù)，再將任務(wù)分解成學(xué)生可以完成的活動(dòng)，學(xué)生通過(guò)一系列的探究活動(dòng)完成對(duì)應(yīng)的小任務(wù)，最后生成完整的項(xiàng)目成果。

2.確定方案

為了讓項(xiàng)目能夠順利開(kāi)展且如期完成，筆者根據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)模型制訂了項(xiàng)目實(shí)施方案（如表2）。本項(xiàng)目以10人為一個(gè)小組，分工明確又強(qiáng)調(diào)合作交流，在完成項(xiàng)目的過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神。

3.項(xiàng)目實(shí)施

（1）趣味入項(xiàng)

在此階段，教師先通過(guò)機(jī)器人送外賣的視頻，展示在生活中機(jī)器人應(yīng)用帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)，接著通過(guò)微課，讓機(jī)器人小美向大家介紹“互聯(lián)網(wǎng)+無(wú)人駕駛”賽事舉辦的目的、發(fā)展歷程、賽事規(guī)則和要求等，以及虛擬機(jī)器人在線創(chuàng)作平臺(tái)各模塊的功能，讓學(xué)生感知科技進(jìn)步給生活帶來(lái)的巨大變化，知道學(xué)習(xí)機(jī)器人是順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需求，從而激發(fā)他們對(duì)科技的興趣，為后面虛擬機(jī)器人的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

（2）協(xié)作探究

在本階段，教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)完成項(xiàng)目需要解決的問(wèn)題進(jìn)行分析，并從易到難對(duì)項(xiàng)目任務(wù)進(jìn)行細(xì)化，同時(shí)，根據(jù)教學(xué)進(jìn)度安排，在不同的階段以當(dāng)下需要解決的問(wèn)題為驅(qū)動(dòng)組織學(xué)生開(kāi)展協(xié)作探究活動(dòng)。

例如，在初識(shí)虛擬機(jī)器人階段，筆者選擇了“尋找消失的輪子”項(xiàng)目支架引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展搭建機(jī)器人的活動(dòng)探究。在“尋找消失的輪子”仿真場(chǎng)景中，學(xué)生在運(yùn)行調(diào)試的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)車子少了一個(gè)輪子，導(dǎo)致機(jī)器人無(wú)法正常行駛，為了幫助機(jī)器人順利到達(dá)終點(diǎn)，必須給機(jī)器人安裝上合適的輪子。教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入到在線仿真機(jī)器人搭建平臺(tái)進(jìn)行機(jī)器人的設(shè)計(jì)和組裝。在了解了零件庫(kù)中各種部件的型號(hào)、規(guī)格、名稱和作用后，學(xué)生借助教學(xué)視頻和任務(wù)說(shuō)明，通過(guò)小組協(xié)作，幫助機(jī)器人尋找合適型號(hào)的輪子并安裝成功，從而掌握了端口的作用和機(jī)器人搭建技巧。

在探究階段，教師選擇了“越野挑戰(zhàn)賽”項(xiàng)目引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。學(xué)生在課前通過(guò)教師分享的學(xué)習(xí)網(wǎng)站和微課了解各種傳感器的特點(diǎn)和功能。上課時(shí)，教師拋出問(wèn)題：能不能讓機(jī)器人像人類一樣擁有感覺(jué)器官呢？想要讓機(jī)器人能夠感知并學(xué)會(huì)避讓周圍的障礙物，給機(jī)器人安裝什么樣的傳感器合適呢？學(xué)生分小組討論、分析賽事任務(wù)要求和競(jìng)賽地圖，做出合理的判斷和選擇，如給機(jī)器人安裝避障傳感器可以實(shí)現(xiàn)禮讓行人、避讓救護(hù)車的功能，安裝光線傳感器可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人識(shí)別交通燈遵守交通規(guī)則的功能，安裝灰度傳感器可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人循跡行走的功能等。

為了讓機(jī)器人按照賽事規(guī)則完成比賽任務(wù)，還要對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行設(shè)計(jì)和規(guī)劃，也就是編程中的算法設(shè)計(jì)和程序編寫(xiě)。虛擬機(jī)器人平臺(tái)提供了圖形化編程工具，同時(shí)提供了豐富的教學(xué)視頻和玩家分享的創(chuàng)作視頻，為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和協(xié)作學(xué)習(xí)提供了豐富的數(shù)字化學(xué)習(xí)資源。學(xué)生在探究過(guò)程中可以借鑒玩家的經(jīng)驗(yàn)也可以在線尋求幫助，以便順利完成學(xué)習(xí)目標(biāo)，生成項(xiàng)目成果，體驗(yàn)學(xué)習(xí)成就感，提升數(shù)字化學(xué)習(xí)能力。同時(shí)，在實(shí)施項(xiàng)目任務(wù)過(guò)程中教師應(yīng)滲透立德樹(shù)人的教育理念，倡導(dǎo)學(xué)生要遵守交通規(guī)則，提高安全駕駛的意識(shí)，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感，提升生命價(jià)值觀。

（3）分享交流

①成果展示。項(xiàng)目成果展示可以檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，促進(jìn)學(xué)生之間的交流學(xué)習(xí)。項(xiàng)目后期設(shè)計(jì)小組PK競(jìng)賽活動(dòng)，由勝出的隊(duì)伍分享提高競(jìng)賽成績(jī)的方法，從而鍛煉學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力以及提高學(xué)生的綜合能力。

②項(xiàng)目學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)。項(xiàng)目學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)主要采取過(guò)程性評(píng)價(jià)和結(jié)果性評(píng)價(jià)。過(guò)程性評(píng)價(jià)主要包括機(jī)器車搭建、程序設(shè)計(jì)和小組協(xié)作；結(jié)果性評(píng)價(jià)主要包括項(xiàng)目完成度和創(chuàng)新兩方面。在本項(xiàng)目學(xué)習(xí)的評(píng)價(jià)中，筆者組織學(xué)生以小組自評(píng)和互評(píng)的方式，依照項(xiàng)目評(píng)價(jià)量化表（如表3）進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

（4）應(yīng)用提升

在此階段，主要圍繞“互聯(lián)網(wǎng)+

無(wú)人駕駛”賽事項(xiàng)目進(jìn)行針對(duì)性的賽前訓(xùn)練，在充分了解賽事場(chǎng)景地圖、賽事規(guī)則和任務(wù)要求后，學(xué)生可以根據(jù)自己的特長(zhǎng)和喜好盡情發(fā)揮想象力，通過(guò)機(jī)器人的外形設(shè)計(jì)展現(xiàn)自己獨(dú)特的風(fēng)格和審美。學(xué)生還可以結(jié)合數(shù)學(xué)、物理等學(xué)科的知識(shí)儲(chǔ)備，改良機(jī)器人的外形并規(guī)劃最科學(xué)的運(yùn)動(dòng)路線。例如，在機(jī)器人外形的設(shè)計(jì)上，有的學(xué)生設(shè)計(jì)的是輕便的摩托車造型，有的學(xué)生設(shè)計(jì)的是炫酷的汽車造型，還有的學(xué)生設(shè)計(jì)的是霸氣的飛機(jī)造型，在設(shè)計(jì)創(chuàng)作過(guò)程中，創(chuàng)新思維被激發(fā)出來(lái)，展現(xiàn)了無(wú)窮的創(chuàng)意和超強(qiáng)的數(shù)字化學(xué)習(xí)能力。在路線的規(guī)劃上，教師引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合數(shù)學(xué)知識(shí)“兩點(diǎn)之間線段最短”，物理知識(shí)“安裝摩擦力大的輪胎可以有效防滑”“安裝動(dòng)力值大的驅(qū)動(dòng)器可以給機(jī)器人提供充足的前進(jìn)動(dòng)力”等進(jìn)行創(chuàng)新和創(chuàng)造，進(jìn)一步提升學(xué)生的創(chuàng)新能力。

“互聯(lián)網(wǎng)+無(wú)人駕駛”比賽場(chǎng)景高度模擬了生活中真實(shí)的交通狀態(tài)，學(xué)生在訓(xùn)練的過(guò)程中逐步形成了安全行駛和遵守交通規(guī)則的意識(shí)，在今后的設(shè)計(jì)和創(chuàng)作中筆者也會(huì)充分考慮實(shí)際的應(yīng)用情況，進(jìn)一步優(yōu)化機(jī)器車的結(jié)構(gòu)和程序，讓無(wú)人駕駛機(jī)器車能夠根據(jù)實(shí)際情況作出判斷，使其更智能，實(shí)現(xiàn)安全駕駛。

結(jié)束語(yǔ)

虛擬機(jī)器人能夠模擬真實(shí)的無(wú)人駕駛情境，為學(xué)生提供了更豐富、更有趣的學(xué)習(xí)資源。在仿真的活動(dòng)場(chǎng)景中，學(xué)生可以更深入地探索機(jī)器人的構(gòu)造、原理和技術(shù)，為個(gè)性化發(fā)展提供了更多的可能。

參考文獻(xiàn)：

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