翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式在中學(xué)機器人教學(xué)中的應(yīng)用
——以成都石室中學(xué)機器人教學(xué)為例

◎王慶偉

縱觀我國機器人教育的發(fā)展，機器人競賽無疑是推動機器人教育的重要動力，也引發(fā)了各學(xué)校開展機器人活動的熱潮。然而，機器人教育興盛發(fā)展的同時，機器人教學(xué)的狀況卻明顯滯后，目前，只有極少數(shù)地區(qū)和學(xué)校將機器人教學(xué)納入正規(guī)的課堂教學(xué)。［1］同時，在機器人教學(xué)方面，現(xiàn)階段的機器人教育既沒有規(guī)范統(tǒng)一的教材，亦缺乏系統(tǒng)科學(xué)的教學(xué)模式。從另一個方面講，機器人教學(xué)又具有極大的開放性極。從機器人的搭建到整個方案的解決，可以充分激發(fā)學(xué)生的潛能，讓學(xué)生自由的發(fā)揮他們的想象力和創(chuàng)作力，對于提高學(xué)生的綜合能力、培養(yǎng)其開放思維和團隊意識會起到重要作用。因此，機器人教學(xué)必須打破常規(guī)教學(xué)模式，充分發(fā)揮學(xué)生的主動性，反轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的提出與普及為機器人教學(xué)提供了一種新思路。

FCM最早產(chǎn)生于美國，是“Flipped Class Model”的簡稱，通常被翻譯成“翻轉(zhuǎn)課堂”、“反轉(zhuǎn)課堂”或“顛倒課堂”，或者稱為“翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式”。其基本思路是：把傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)過程翻轉(zhuǎn)過來，讓學(xué)習(xí)者在課外時間完成針對知識點和概念的自主學(xué)習(xí)，課堂則變成了教師與學(xué)生之間互動的場所，主要用于解答疑惑、匯報討論，從而達(dá)到更好的教學(xué)效果。［2］與傳統(tǒng)課堂相比，反轉(zhuǎn)課堂更能體現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，激發(fā)學(xué)生的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

一、學(xué)校開展機器人教學(xué)研究的現(xiàn)狀

學(xué)校一直高度重視機器人科技創(chuàng)新活動，從2005年建設(shè)機器人實驗室以來，機器人教育規(guī)模逐年擴大，曾開展有VEX、FTC、綜合技能、足球、FLL等機器人科技創(chuàng)新項目。特別是機器人選修課開設(shè)以來，參與機器人學(xué)習(xí)的學(xué)生越來越多，活動開展已趨于常規(guī)化，曾多次參加青少年機器人世錦賽、全國機器人比賽、四川省機器人比賽。共獲得世界性獎勵3次，全國一等獎15次，四川省一等獎50次，取得了豐碩的成果，同時也積累了豐富的機器人教育資源。本文結(jié)合學(xué)校歷年開展機器人教學(xué)的經(jīng)驗，并結(jié)合“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式，嘗試探索一種新型的機器人課堂教學(xué)模式。

二、反轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的應(yīng)用模型

教學(xué)模式都有其特定的邏輯步驟和操作程序，或者說是應(yīng)用模型，它規(guī)定著在整個教學(xué)過程中，教師和學(xué)生先做什么、后做什么，各個環(huán)節(jié)中應(yīng)當(dāng)完成的任務(wù)。翻轉(zhuǎn)課堂實現(xiàn)了知識傳授和知識內(nèi)化的顛倒。將傳統(tǒng)課堂中知識的傳授轉(zhuǎn)移至課外完成，知識的內(nèi)化則由原先主要集中在課外作業(yè)的活動轉(zhuǎn)移至課堂中的學(xué)習(xí)活動。［3］美國富蘭克林學(xué)院數(shù)學(xué)與計算科學(xué)專業(yè)的Robert Talbert教授經(jīng)過多年應(yīng)用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)總結(jié)出翻轉(zhuǎn)課堂的結(jié)構(gòu)。根據(jù)Robert Talbert的翻轉(zhuǎn)課堂結(jié)構(gòu)圖，翻轉(zhuǎn)課堂操作程序分成課前和課中兩個階段，在課前階段分為觀看教學(xué)視頻和針對性的實踐練習(xí)兩個環(huán)節(jié)，在課中階段分為快速少量的測評、解決問題并促使知識內(nèi)化和總結(jié)、反饋等三個環(huán)節(jié)。［4］

在Robert Talbert教授對翻轉(zhuǎn)課堂研究的基礎(chǔ)上，本文結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂的理念、系統(tǒng)化設(shè)計思想，遵循機器人教學(xué)的特點，構(gòu)建出翻轉(zhuǎn)課堂在中學(xué)機器人教學(xué)中的應(yīng)用模型。此教學(xué)應(yīng)用模型體現(xiàn)在“以學(xué)生為中心”的教育理念基礎(chǔ)上，尊重學(xué)生的主體性地位，強調(diào)教師的引導(dǎo)作用，同時關(guān)注模型在課程應(yīng)用中的可操作性。該模型主要由課前、課中、課后三個階段組成，每個階段分別由教師活動和學(xué)生活動兩部分組織，強調(diào)利用信息技術(shù)環(huán)境支持的師生互動活動，并詳細(xì)描述了在教學(xué)應(yīng)用中的具體步驟和各活動之間的關(guān)系。

1.課前應(yīng)用階段

（1）教師活動部分

①教學(xué)內(nèi)容分析。教師在上課之前要進行有效的教學(xué)設(shè)計，根據(jù)每節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)，并結(jié)合學(xué)生自主學(xué)習(xí)的特點，制定適合翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)目標(biāo)，即把一個綜合性的目標(biāo)細(xì)化成許多小的、分散性的目標(biāo)。目標(biāo)在描述時盡可能分層次，從而體現(xiàn)結(jié)構(gòu)性特點，說明哪些是課前應(yīng)達(dá)到的目標(biāo)，哪些是課堂中應(yīng)達(dá)到的目標(biāo)，那些是課后應(yīng)達(dá)到的目標(biāo)。

②學(xué)習(xí)環(huán)境創(chuàng)設(shè)。教師在課前要進行學(xué)習(xí)環(huán)境的創(chuàng)設(shè)，包括硬件環(huán)境和軟件環(huán)境。硬件壞境是指學(xué)生用的電腦和機器人搭建過程中的各種器材等；軟件環(huán)境是指學(xué)生編寫程序用的軟件和網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí)平臺。

③任務(wù)清單制作。學(xué)習(xí)任務(wù)清單，是教師設(shè)計的幫助學(xué)生在課前明確自主學(xué)習(xí)的內(nèi)容、目標(biāo)和方法，并提供相應(yīng)的學(xué)習(xí)資源，以表單為呈現(xiàn)方式的學(xué)習(xí)路徑文件包。問題設(shè)計是學(xué)習(xí)任務(wù)單清單設(shè)計的核心，是把傳統(tǒng)的知識點灌輸轉(zhuǎn)化為任務(wù)驅(qū)動、問題導(dǎo)向的自主學(xué)習(xí)的關(guān)鍵，也是實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂的根本所在。教師要把教學(xué)重難點或其它知識點轉(zhuǎn)化為問題提出來，使學(xué)生在解決問題的同時把握教學(xué)重難點或其它知識點，從而培養(yǎng)學(xué)生解決問題和舉一反三的能力。制作好后，上傳到網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺上面。

④微課視頻制作。微課視頻的制作在整個翻轉(zhuǎn)課堂中占有重要地位，微視頻時間不要超過10分鐘，內(nèi)容只包含一個知識點或一個教學(xué)環(huán)節(jié)，并能很好地解決一個教學(xué)重點或是疑難點。制作好后，上傳到網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺上面。

（2）學(xué)生活動部分

①研究任務(wù)清單。學(xué)生在課前要完成任務(wù)清單的研習(xí)，明確學(xué)習(xí)的目標(biāo)、內(nèi)容以及核心問題。并且要把任務(wù)清單的研究放在首位，帶著問題進行新知預(yù)習(xí)。

②閱讀校本教材。機器人校本教材是我校機器人教練團隊根據(jù)多年的培訓(xùn)經(jīng)驗，并結(jié)合學(xué)校學(xué)生的興趣特點自主開發(fā)的校本課程。學(xué)生通過課前校本教材的學(xué)習(xí)，能夠提前了解上課的重點、難點，回顧已學(xué)知識，了解背景知識。

③觀看微課視頻。學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)觀看教師提供的教學(xué)視頻或其他形式的學(xué)習(xí)材料開展學(xué)習(xí)，對學(xué)習(xí)收獲進行記錄，并利用交流平臺提出問題。

④自主預(yù)習(xí)新知。通過第一階段的預(yù)習(xí)，學(xué)生要嘗試回答這五個問題：“我知道什么？”“我想學(xué)什么？”“我發(fā)現(xiàn)了什么問題？”“我已經(jīng)學(xué)會了什么？我如何學(xué)會的？”，并通過網(wǎng)絡(luò)平臺，及時的反饋給教師。

2.課中應(yīng)用階段

（1）教師活動部分。

①任務(wù)解析。翻轉(zhuǎn)課堂的任務(wù)強調(diào)細(xì)化，即教師要把一綜合綜合型的任務(wù)細(xì)化成許多小的、分散性的小任務(wù)。任務(wù)在描述或者解析時要盡可能的聯(lián)系實際情況，方便學(xué)生進行理解。

②分工協(xié)作。教師根據(jù)學(xué)生特點將學(xué)生進行分組，一般小組規(guī)模不能太大，控制在5人以內(nèi)，并強調(diào)學(xué)生要明確小組任務(wù)、相互支持和配合、并能對活動成效進行評價。

③教師輔導(dǎo)。在翻轉(zhuǎn)課堂上，教師的角色成為了學(xué)生學(xué)習(xí)的輔助者或指導(dǎo)者。教師要全面監(jiān)控學(xué)生任務(wù)完成的進度，針對個別學(xué)生提出的疑難問題，教師單獨解，而對于學(xué)生普遍存在的問題，進行集中講解，采用分層教學(xué)，教師重點是幫助學(xué)生解決疑難問題，并對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果給予及時的反饋評價。

④評價反饋。教師對小組完成任務(wù)的質(zhì)量、效率進行評價和反饋。評價對象主要以小組為單位，評價結(jié)果盡可能等級化。

（2）學(xué)生活動部分。

①微課助學(xué)。微課助學(xué)應(yīng)貫穿于整個課堂中，學(xué)生則是通過自主學(xué)習(xí)和合作交流學(xué)習(xí)相結(jié)合，適時利用“微課”幫助學(xué)生解決重點、難點、疑點、易錯點和易混淆點，完成知識內(nèi)化，強化學(xué)習(xí)興趣，針對實操步驟記不清的地方，可以借助“微課”視頻，邊看演示內(nèi)容邊自己動手實操，在探究中發(fā)現(xiàn)問題、手腦并用，尋求解決問題的方案。

②協(xié)作學(xué)習(xí)。在翻轉(zhuǎn)課堂中，學(xué)生通過協(xié)作學(xué)習(xí)發(fā)展個體的思維能力，增強學(xué)生個體之間的溝通能力及學(xué)生相互之間的包容能力。具體操作包括：小組內(nèi)要進行明確的任務(wù)分工，明確小組任務(wù)、相互支持和配合、并能對活動成效進行評價。如果涉及的問題比較小，可以先進行個體自主探究，然后在小組內(nèi)相互交流成果。

③交流匯報。學(xué)生經(jīng)過獨立探索、協(xié)作學(xué)習(xí)之后，完成個人或者小組的成果集錦。學(xué)生需要在課堂上進行匯報、交流學(xué)習(xí)體驗、分享作品制作的成功和喜悅。

④小組評價。小組內(nèi)的評價包含自評和他評，主要指標(biāo)應(yīng)包含活躍度、參與度、個人素質(zhì)、領(lǐng)導(dǎo)力等，意在促進小組合作的積極性。進行測評時，一定要組織好各組學(xué)生，規(guī)范有序進行。

3.課后應(yīng)用階段

（1）教師活動部分。

①教師反思。在課后，教師需要進行課后反思，經(jīng)過學(xué)生課前預(yù)習(xí)和課堂上發(fā)現(xiàn)的問題，反思在微課和研學(xué)案的制作中還存在什么問題，需要如何改進。

②跟蹤指導(dǎo)。通過網(wǎng)絡(luò)交流平臺（教學(xué)論壇、QQ群、微信群）對部分學(xué)生進行進一步的跟蹤指導(dǎo)。

③分享發(fā)布。通過網(wǎng)絡(luò)交流平臺（教學(xué)論壇、QQ群、微信群），分享優(yōu)秀學(xué)生的成功案例；激勵學(xué)生創(chuàng)作更為優(yōu)秀的作品。

④總結(jié)叫輪流。通過網(wǎng)絡(luò)交流平臺（教學(xué)論壇、QQ群、微信群）與學(xué)生課后交流，及時反饋學(xué)生發(fā)現(xiàn)的新問題，并總結(jié)教學(xué)的成果、存在的不足和改進的措施。

（2）學(xué)生活動部分。

①學(xué)生反思。學(xué)生也要反思自己上課的收獲和存在的問題，對沒有熟練的內(nèi)容借助微課視頻幫助學(xué)生復(fù)習(xí)，鞏固重點、難點、疑點、易錯點、易混淆點，通過擴展學(xué)習(xí)、遷移應(yīng)用、查漏補缺，引出后續(xù)學(xué)習(xí)內(nèi)容，強化對教學(xué)內(nèi)容的記憶。

②深化創(chuàng)新。機器人教育一項培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的活動，學(xué)生在課后需要進一步思考自己作品的創(chuàng)新點。

③任務(wù)完善。通過網(wǎng)絡(luò)交流平臺（教學(xué)論壇、QQ群、微信群），獲取教師和其他小組的幫助，完善自己的作品和創(chuàng)作。

④工程日志。在每次課后，學(xué)生需要提交工程日志。工程日志主要記錄了學(xué)生在整個機器人學(xué)習(xí)過程中遇到的困難，學(xué)到的經(jīng)驗，獲得的收獲等。

三、翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)應(yīng)用模式的特點

1.提升了學(xué)生的問題意識 一節(jié)課，學(xué)生是帶著問題來，又并帶著問題開始新的探索。課上解決的問題，也是學(xué)生提出、自主解決問題的，而不是老師人為安排的。置身于這樣課堂中，學(xué)生的學(xué)習(xí)是充滿著活力的，學(xué)生的思維極具活躍的。學(xué)生之間在提出問題、解決問題的過程鍛煉了思維能力，積累了基本數(shù)學(xué)思維活動經(jīng)驗。

2.使互動交流成為可能 在問題解決環(huán)節(jié)，教師注意引導(dǎo)學(xué)生進行組與組的問題講解，極大的調(diào)動了學(xué)生的積極。心理學(xué)上講，學(xué)生是很愿意當(dāng)“小老師”給別人講題的，這樣的課堂滿足了學(xué)生的基本心理需求。給學(xué)生帶來興趣的同時，也促使了課堂中生與生之間不同觀點的碰撞。學(xué)生在互動交流、質(zhì)疑問難中實現(xiàn)了信息的共享、思維的碰撞。課堂上，既關(guān)注到了不同學(xué)生的差異，也為不同層次的學(xué)生自身基于基礎(chǔ)的提升提供了可能。

3.拓寬了學(xué)生學(xué)習(xí)空間 課堂翻轉(zhuǎn)之后，有之前視頻在線學(xué)習(xí)，課上解決學(xué)生的疑惑點，還有課后教師預(yù)留下探究的問題。這樣就無形當(dāng)中拓寬了學(xué)習(xí)的空間，將課前學(xué)習(xí)、課中學(xué)習(xí)、課后學(xué)習(xí)有機結(jié)合與補充。由于先進的網(wǎng)絡(luò)平臺與強大的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，教師課前就已經(jīng)掌握了學(xué)生關(guān)注點，為課上有針對性的講解與討論提供可能；因為數(shù)學(xué)知識具有系統(tǒng)性，臨近課下提出下節(jié)課的研究問題，為學(xué)生課下的學(xué)習(xí)提供可能。課堂學(xué)習(xí)的空間因為有課前的在線學(xué)習(xí)和課后的問題探索拓寬了，實際上，拓寬了的不僅僅課堂的空間，還拓寬了學(xué)生數(shù)學(xué)思維。

4.生成資源取代了預(yù)設(shè)性資源 由于不同的學(xué)生面對同一個問題，會有不同的疑惑，因此課前的預(yù)設(shè)就不一定是學(xué)生關(guān)注的。這對教師是個挑戰(zhàn)，教師需要了解學(xué)生學(xué)習(xí)經(jīng)驗和學(xué)習(xí)心理，同時還要精通本節(jié)課，甚至是本單元、本次的知識。否則的話，面對學(xué)生的問題，教師將會無所適從。

5.評價方式能加的多元化 評價要強調(diào)內(nèi)容多樣化，評價內(nèi)容不僅關(guān)注學(xué)生的知識和技能的獲得情況，更關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)的過程、方法，以及相應(yīng)的情感態(tài)度和價值觀等方面的發(fā)展。改變單一由教師評價學(xué)生的狀況，將教師的評價與學(xué)生的自我評價小組評價相結(jié)合，注意使學(xué)生評價成為管理者、教師、學(xué)生共同積極參與的交互活動，也就是落實評價主體的多樣化。