【巧设支架提高机器人常态化教学的问题和方法】 6个常态化

巧设支架提高机器人常态化教学的问题和方法

2003年教育部颁布的普通高中新课程标准明确将机器 人教学列入技术课程，但由于受到课程地位和课时的局限， 学校或教师在机器人课程的内容设置上随意性较强;与设备 相关的资金与维护等问题也使得机器人教育成为“高端教 育”而令人却步;机器人课程中技术应用与实践活动相对较 多，课堂中教师常常要面对众多学生可能出现或提出的各种 问题，对教师的精力也提出一定的挑战。受上述问题的制约， 较多学校只是以参加竞赛为目的，以培训活动班的形式开展 机器人教学，只有经过筛选的少数学生才能接受机器人教育。

2010年以来，笔者所在学校的技术学科组开展了《在高 中阶段技术领域开设智能机器人常态课的研究》的教研课题， 在信息技术与通用技术两门学科中开设机器人常态课，通过 教师设计学生学习支架，解决机器人教学中常见的瓶颈问题， 使得面向几乎零起点的全体学生的机器人教学的可行性得 以保证。

● 编设学案，提供直观获取概念与方法的认知框架， 提高常态化教学的规范性和可操作性 由于机器人教育尚未真正实现普及，在任何阶段开展机器人课程都可将教学对象基本视为全体零起点，并且没有配 套的机器人教材。因此，针对学校条件、教学计划和学生特 点编写设计有针对性的学案，是保证机器人教学的规范性和 可操作性的根本。面向基本零起点的教学对象，学案内容必 须能提供可直观获得基本概念与方法的认知框架，使学生在 知识习得或完成操练的过程中能随时有一个基本支架，可学 习、可参考、可查阅，在一定程度上也可培养学生主动的、 科学的学习习惯。

学案的结构与内容应以课时进度、教学内容为依据，一 般提供包括帮助回顾上节知识、呈现本节知识、引导本节任 务、拓展学习与应用、引导本节评价和提供相关知识链接等 的支架。笔者以《重复命令与重复结构》一课为例，该课学 案编写结构如图1所示。

由于注重积累以及根据教学实际效果对学案进行及时 跟进，目前笔者所在学科组已将学案进行汇总编册，成为能 针对教学环境和教学对象的机器人课程校本教材。

● 制设思维图表，提供主动建构知识的思维工具，缓 解常态化教学的教师课堂压力 学生发现问题和解决问题的思维过程就是主动建构知 识的过程，培养学生自主发现问题和解决问题的意识和能力 正是机器人教育的一大特色和重要使命。在机器人的课堂教 学中，学生会时常遇到各种各样的问题，特别是在机器人编 程、机器人组装等操练或实践活动过程中更为明显。如果教师独立承担全班学生提出的各种问题，无疑提高了教师的教 学压力，并可能影响教学的进程和效果。因此，针对学习活 动的任务、主题或要解决的问题提供贯穿并支持学生独立完 成整个学习活动的支架式思维工具，将能很好地培养学生的 独立探究问题、主动建构知识的能力，同时能够缓解教师课 堂教学的压力。支架式思维工具通常可以是针对问题及思考、 解决问题的过程设计的图或表。

例如，在《机器人沿轨迹行走》一课中，笔者在学习初 期就制设并提供给学生一张常见问题及对策表，引导学生在 实践活动过程中可根据该表进行问题检查和处理（如下表）。

又如，在综合活动《智能机器人竞走比赛》中，学生需 要小组合作布置机器人竞走场地、设计竞走策略、安装传感 器、编写程序并进行实地竞走。在这个活动中，笔者为每个 小组发放了一张活动流程及问题排查图（如图2），引导学 生以该图为活动线索和问题解决参考方案，进行合作探究、 协同完成任务。

依据学习内容和任务主题设计的思维图表使课堂上不 再出现学生一遇问题不思考便举手提问和教师疲于解答学 生各种疑问的现象，而是形成了学生独立思考和主动解决问 题的良好学习氛围。

● 创设简易附件，提供发展综合能力的硬件环境，实 现常态化教学的更大效益 机器人硬件操作与实践是机器人课程的重要内容，也是发展学生动手能力、创造能力、合作能力等综合素养的重要 教学活动形式。目前，由于机器人、机器人配件、机器人活 动环境建设等需要较高的费用及场地成本，很多地区及学校 在开展机器人教学时更多是在虚拟环境下进行，这在一定程 度上削弱了机器人教学的效益。笔者认为，在具备一定的机 器人基础硬件条件的前提下，教师可动动脑筋，甚至亲自动 手，为课堂教学创设一些简易附件，来补充暂时匮乏的硬件 条件，甚至代替昂贵的硬件设备和环境。

例如，在《重复命令和重复结构》一课中，学生在虚拟 环境中让机器人“画正多边形”从而体验重复命令和重复结 构的使用，为了让学生看到机器人“画正多边形”的真实效 果，笔者准备了一些大张白纸和白板笔，同时将白板笔分别 用铅丝固定在学校已购买的几台机器人上，在实践活动中让 学生分组设计机器人“画正多边形”程序，并将程序下载给 带着白板笔的机器人，然后在大白纸上启动机器人、运行程 序、行走出正多边形路线图，在这个活动中学生构想与设计 的机器人行走的正五边形、正六边形、正圆……在白纸上真 实地显现出来，大大地提高了动手实践的热情和能力（如下 页图3）。

又如，在《机器人沿轨迹行走》一课的实践活动中，学 生完成灰度传感器安装和编程后要让机器人下地进行行走 轨迹的调试。若使用购买的机器人行走轨迹图纸，会存在图 纸容易弄脏需及时擦拭、图纸中轨迹外观固定不能发挥学生的创造性、图纸占地大一定要在宽敞场地才能进行，以及人 数多时必须利用多个课时分小组先后实践等缺点。在实际课 堂中笔者为学生准备了黑色胶布和剪刀，让学生分组选择在 教室过道或讲台处或教室入口较宽敞处，自行设计机器人行 走的轨迹并用黑胶布贴在地上实现出来，然后测试自己的机 器人能否沿该轨迹行走（如图4）。在这一活动中还鼓励学 生可以设计有难度的轨迹来测试自己设计的机器人的“智 力”，不断改良程序使机器人更“聪明”。在这个低成本的 活动中学生的动手能力、创造能力和挑战精神都得到了很好 的发挥。

● 结语