中小學機器人教學中項目學習模式的實踐

　　隨著我國基礎教育信息化的發展，機器人教育正越來越被人們所關注。近年來教育機器人逐步成為中小學信息技術課程和綜合實踐課程的良好載體。在新一輪課程改革理念的指導下，在機器人教學中開展基于項目的學習，能夠轉變教師的教學思想和知識結構以推動機器人教學的開展，提高教學效果。
　　1918年9月，美國著名的教育家克伯屈首次提出了項目學習的概念，引起了教育界的廣泛關注和興趣。項目學習法（Project-based Learning）是一種教和學的模式，它集中關注于某一學科的中心概念和原則，旨在學生融入有意義的任務完成過程中，讓學生積極地學習、自主地進行知識的建構，以學生建構的知識和培養起來的能力為最高成就目標。項目教學是建立在學生興趣與需要基礎之上的，經有目的的活動作為教育過程的核心或有效學習的依據，它對于打破學科體系，實施跨單元、跨學科的學習具有重要作用。
　　以智能機器人為載體的教學，著眼于培養學生的綜合實踐能力。實踐性是其本質特征之一。因此在機器人教學中應突出實踐性，強調培養學生的動手能力。把項目學習引入到智能機器人綜合實踐課程中，能有效培養學生的動手能力、邏輯思維能力、創造能力和協作能力。智能機器人綜合實踐課程是一項復雜的活動，讓學生在活動中掌握學習方法、制定活動計劃、建立良好的工作程序是成功的必要保證。
　　教師要輔導學生設計好智能機器人活動的項目方案，方案的內容包括：項目內容、項目分析和項目流程圖等。項目的實施可以分為三個智能層次。第一層智能：搜集活動——學生首先挑選項目或由教師指定項目。接著教師和學生共同討論指導方針和時間限制，然后學生開始閱讀、調查、采訪和搜集實例。當學生開始認識到這些信息在逐步構建一個產品時，他們便進入第二層智能：加工活動——現在學生將完全投入到他們搜集的信息當中，并對這些信息進行分析，形成有意義的信息整體，進行綜合整理以形成新思想，最終構建出產品。第三層智能：應用觀點——當產品成型時，學生對產品不斷地進行自我評價，從而進行調整、重建，最終來改善產品的質量。以下是筆者教學實踐中的一則項目活動案例：
　　“鐵路道口無人看守電子門”項目活動
　　學習對象：八年級
　　課程類型：機器人綜合實踐活動課
　　項目時限：６課時
　　一、項目學習情境
　　我國鐵路網密布，伴隨著鐵路建設的發展，鐵路道口交通事故頻發，給人民生活和國家經濟帶來了巨大損失。因此，迫切需要一種經濟適用，便于管理，能夠進行實時監控的管理系統。
　　“門”是日常生活中極為常見的裝置，如何利用機械構造原理和編程理論制造一個無人看守的電子門模型，需要同學們善于觀察、開動腦筋、親手操作。
　　二、立項目標
　　在本項目活動中，學生將熟悉杠桿、齒輪、電機、傳感器等簡單機械的應用，經過搭建模型、編寫程序，最后完成電子門裝置。該裝置能根據鐵路道口列車通行狀態對道口進行封閉和開啟通道的機械系統模型，通過可視化編程使整個系統協同工作，實現自動控制。
　　三、分組協作
　　基于項目的課堂是以學生為中心的教學模式。在這里，合作、交流和活動是不可缺少的。因此，小組活動是一種生活技能，學生在合作組中工作，開展頭腦風暴、討論、反饋、完成任務或共享資源。通過在小組中向學生提出具體的、個性化的任務，綜合同伴的評價或個性化的清單，形成學生對工作和為小組作貢獻的責任感。
　　四、項目實施過程
　　項目學習流程：（參見下圖）
　　一層智力：收集活動
　　閱讀：鼓勵學生課下到圖書館、書店查閱有關機械原理方面書籍。
　　訪談：采訪物理學科老師或有相關知識的人員，了解簡單機械原理，思考在日常生活中的應用。
　　觀看：觀察不同場所的“門”的開啟方式、所應用的機械裝置，包括視頻資料，做好筆記。
　　參觀：參觀鐵路道口，實地考察火車通行狀態。有條件的小組可將場景拍攝下來。
　　互聯網搜索：在網上搜尋“電子門”所涉及的物理、計算機方面相關知識。
　　研究：將收集到的資料匯總，整理，小組成員一起討論，列出要點，形成初步方案。
　　二層智力：加工活動
　　素描：嘗試繪制要制作的“電子門”的草圖，設計其結構。
　　繪畫：畫出力的示意圖，標識應用原理。
　　計算：模型的規格，如：長、寬、高等。
　　生成：組內討論項目實施方案，利用機器人實驗室資源，收集所用組件、材料及工具。
　　制作原型：制作“鐵路道口無人看守電子門”模型，配以說明。
　　三層智力：應用活動
　　嘗試：編寫程序，使“電子門”模型具有智能化。
　　檢測：將程序下載到模型芯片上，檢測效果。
　　評價：觀察“電子門”整個運行過程，評價測驗所得結果。
　　修改：根據評價結果進行修改，優化解決方案。
　　重復：重復檢測、評價、修改階段工作，使產品更加完善。
　　展示：各小組將最終的項目產品依次進行展示，并對構造原理，設計的獨到之處進行講解，其他小組可進行提問或提出改進意見。
　　反思：根據其他同學意見，進一步完善項目解決方案。將本項目實施過程中的感受記下來，進行總結。
　　［案例啟示］從這個案例的實踐中，項目學習滲透到機器人課程中來，對教學改革產生了積極的效應。
　　
　　(1)角色的轉變。當教師和學生一起完成項目、進行技術的融合時，他們的角色會改變。教師的角色：教師要放棄在傳統教學中的控制欲，課堂內外主要教學工作是策劃促進學生自主組織操作程序和學習程序。在整個項目的過程中，教師起到輔導員和幫助者的作用，激勵學生進行思考，討論交流。學生角色：在項目中他們被鼓勵去做決定，合作學習，主動學習，作公開展示活動，建構自己的知識。
　　(2)課堂教學組織形式改變。實施項目學習，打破了傳統教學學科間的絕對分割，注重學科間的相互滲透，強調教學對象的手腦并用，引導學生“學會學習、學會生活、學會創造”。
　　(3)教學時空的拓展。項目學習需要學生走向社會進行調查，學習時空由課內向課外、由校內向校外拓展。
　　(4)學生的學習積極性提高。當學生經歷了親身搜集、組織信息的過程，他們將體驗到作為一個勝任的、有能力的學習者的快樂。當他們看到親手制作的產品時，他們將體驗到成功的喜悅。項目學習的作用還在于它增強了學生的探究能力，激勵他們學習更多的知識。