基于校園實景的網絡虛擬機器人課程開發實踐

朱建峰

校園是孩子天性展現的空間、智慧表達的場所、美德扎根的土壤。開發基于校園實景的網絡虛擬機器人課程就是在網絡虛擬環境下，以校園實景為依托，將項目化的任務轉化為解決問題的實施方案，立德樹人，激發潛能，讓核心素養落地。基于校園實景的虛擬機器人課程是為滿足社會快速發展、學校特色建設及養正理念培育等多方面的需求而開發的課程。針對現狀，基于校園實景的網絡虛擬機器人課程開發，我們通過情境體驗、項目實現、創意創作等活動形式培養學生對機器人的興趣、協作和創新能力，提升其科學素養、信息素養和品德素養，豐富“養正”教育理念的內涵，達到機器人教學與“四正”理念的深度融合滲透，切實發展學生核心素養，實現“養正”育人目標。

● 遵循規律，堅持課程開發原則

1.以學校為基礎，注重教學資源統整

我校56項拓展課程的開發基于興趣、特長或學科特質，具有獨立性、碎片化的特點。從“養正”育人目標出發，建立基于校園實景的網絡虛擬機器人課程整體框架，利用現有的課程資源（信息技術、德育、體育、校園文化課程）進行統整，形成全面培養學生的“情、知、行、意”、發展學生核心素養的教育合力。

2.以學生為中心，關注學習興趣取向

從隨機訪談的50名學生的回答來看，學生對虛擬機器人項目最感興趣的關鍵詞是游戲、任務、有成就。教師設計與學生實際生活、學習相關的項目主題，結合學生的興趣愛好，引導他們帶著真實的任務進行學習，將知識、技能、德育等內容融合其中，起到潤物無聲的效果。學生的興趣取向對校園實景仿真的虛擬機器人課程具有相當重要的引導作用。

3.以學習為根本，重視信息素養培養

開發基于校園實景的網絡虛擬機器人課程的目的是通過創造性的機器人實踐培養學生的信息素養，以學為中心，讓學生在自主學習中，提升信息技術學科核心素養（信息意識、計算思維、數字化學習與創新、信息社會責任）。

● 依托情境，教學內容項目化

基于項目的學習，是指學生在教師的引導下發現問題，以解決問題為導向開展方案設計、新知學習、實踐探索等具有創新特質的學習活動。選擇學生熟悉的、實踐性強的項目，激發學生興趣，增強學生在探究機器人過程中的積極性、體驗感。以學校校園實景作為虛擬機器人項目任務的場景，不但能促進學生在機器人學習中對學校進一步了解，更能讓學生在機器人項目學習中增加對學校的喜愛。根據學生的心理特征和信息技術能力，我們設計了基于校園實景仿真的網絡虛擬機器人課程的總體框架（如下頁表1）。

1.融入學校的養正辦學育人理念

適合學生發展的教育，其本質是提供適合學生發展的課程。基于校園實景的網絡虛擬機器人課程，以“養正氣，學正知，習正行，育正見”為學校課程結構框架，開發具有學校特色的學生熟悉且能夠實現的項目。

（1）養正氣。修身立德，形成正確的價值觀，設立“德育無痕，我棒”項目板塊。在讓機器人實現項目中達成平時的教室節電、就餐節水、消防安全等教育，引導學生形成正確的世界觀、人生觀、價值觀，培養學生誠實守信、遵紀守法、艱苦奮斗等優良品質，推進信息德育建設。

（2）學正知。涵養學力，感知養正校園文化，設立“養正文化，我知”項目板塊。通過讓機器人實現校史再現、國學養正、整理圖書、飛越校園等項目，以校園文化感染學生，讓學生感知校園的養正文化。

（3）習正行。規范行為，確立處事準則，設立“陽光體育，我行”板塊。設計繞障前行、校園迷蹤、灌籃高手、足下生輝等項目，通過體育項目的實現，強調行知合一，促進學生身心健康、全面發展。

（4）育正見。篤思明辨，培育正確的知見，設立“校園實踐，我強”板塊。通過學生設計機器人實現校園的大巡游、大探密、大挑戰，培育學生規劃、執行計劃的能力以及解決問題的能力，發展團隊合作素養，培育正確的知見。

課程項目設計時也涉及平臺使用、設計與搭建、程序與算法等方面，結合學生的年齡特點、心理特征和認知水平，課程總體圍繞一個平臺三條主線對內容進行設計，平臺使用為明線，興趣、雙基、能力為三條暗線，由簡到難，螺旋上升。

2.融合問題解決的信息技術學科思維

基于校園實景的網絡虛擬機器人課程教學都是基于項目的學習，學生在教師的引導下發現問題，以解決問題為導向開展方案設計、新知學習、實踐探索等具有創新特質的學習活動。項目學習很大程序上還原了學習的本質，在真實活動情境中，激發學生對信息問題的敏感性，提高學生解決具體問題的能力。

（1）對比求解，激發解決問題的信息意識。信息意識是學生對信息的敏感度和對信息價值的判斷力。培養學生核心素養首先在于激發信息意識，有效的信息能為高效地獲得問題解決方案提供保障。在教學中，我們要引導學生根據項目信息，對不同方式求解問題的方案進行對比，在對比中體會問題解決的優劣，激發學生主動獲取解決問題的信息意識，達到能自覺、有效獲取、評估、鑒別、使用信息，從而有效激發學生的信息意識。

（2）萃取算法，夯實解決問題的思維過程。算法是指解決問題方案的準確而完整的描述，是一系列解決問題的清晰指令，也是計算思維的思維活動表現形式。針對問題，學生會進行多角度的觀察和思維，考慮能否找到更多的解決方法和途徑，接著反復研究各種方法，不斷歸納總結，逐步求精，最終得出問題求解的方法。就這樣，學生在體驗成功的同時，逐漸筑實計算思維基礎。

（3）設解問題，培養解決問題的數字化創新力。通過針對性地設解問題，讓學生自己去尋找解決問題的方法，調動學生的參與意識，并通過利用虛擬機器人軟件求解問題、思考方法，培養學生分析問題、解決問題的能力，從而比較系統地培養學生創新的實踐能力。

● 創新形式，課程實現多樣化

1.混合式教學，從課內向課外延伸

基于校園實景的網絡虛擬機器人課程，以線下的課堂教學為主，以地方課程的形式安排每兩周1課時，保證學生能完成基礎性的學習任務，掌握基本的知識和技能;線上網絡學習是課程教學的輔助手段，教師在線上教學過程中提供針對性的學習資源（項目資源、官方資源），學生根據自己的興趣完成拓展性的任務，學生可以自己掌控學習進度，進行個性化的學習。在混合式學習中，學生學習時空由教室延伸到網絡，由課內延伸到課外，教師和學生、學生和學生通過網絡互動更加密切，通過網絡同時學習的同學隨時可以互相交流、協作學習，解決項目問題。

2.激勵性活動，從普及向提高擴展

網絡虛擬機器人創新教學是一個跨學科、綜合性的實踐過程，有利于提高學生的動手能力和創新能力。網絡虛擬機器人能給更多感興趣的學生提供展示自我的舞臺。

（1）機器人工作室，拓展學生想象。正常的課堂教學不能滿足部分學生的需求，因此建設學校機器人工作室這個空間，讓更多優秀的學生參與進來，為他們提供進一步發展的機會。學生們在這里盡情玩耍，不斷動手動腦，學會了相互協調、相互配合。同時，突發的奇思妙想不斷涌現，孩子們的智慧讓“機器人”變得更加活靈活現，孩子們好學的天性得到最大程度的發揮，他們學會了觀察，學會了表達，學會了思考，學會了學習。

（2）機器人競賽，拓展學生視野。機器人工作室的學生，動手能力和思維能力得到較好的訓練。為了進一步提升學生能力，挑戰自我，機器人工作室組織能力突出的學生參加省級、市級機器人競賽。每一個機器人競賽項目都完完全全是“動手做，做中學”的過程，學生們就像真正的工程師一樣，研究、設計、組裝和測試。在設計、制作、調試機器人的活動中，學生不僅可以學到有關機械、電子、計算機等技術知識，而且還培養了良好的生活習慣，掌握了技能。更重要的是他們樂觀、自信，勇于挑戰困難，他們富有想象力、創造力與團隊合作精神。

● 互聯互通，強調評價實時化

在“互聯網+”和大數據時代，對學生的評價也具有多樣性和針對性，虛擬機器人課程的評價將課堂評價和網絡實時評價相結合，充分體現過程性和參與性。

1.課堂評價，重視非量化評價

（1）項目達標性評價。在學生進行項目化學習時，可以把任務分解成若干個小任務，讓學生直接對小任務進行評價。例如，在“繞障前行”項目中，根據學生到達的每一個點是否能順利繞障，讓學生直觀、方便地進行評價（如表2），這樣做也易于讓學生接受和認同。

（2）項目創新性評價。在基于校園實景的虛擬機器人課程實施過程中，評價起到很大的引導作用，它通過多途徑收集學生學習信息，判斷學生學習結果，給學生提供更多的學習支持。每個項目都是從學生的認知規律出發，通過創設與機器人知識相關、與生活貼近的問題情境，讓不同能力層次的學生有不同的問題解決方法、算法，具有一定開放性和復雜性。所以，發現創新型的設計方案、合理的算法、穩定的實現都是評價的主要內容。如在“消防演練”項目中，方案一根據時間來控制，到達起火點，方案二利用障礙傳感器沿單側墻進行，利用左手法則搜尋，方案三利用雙距離傳感器，利用兩側墻進行搜尋。雖然都能找到著火點，但在效率、穩定性上存在很大的差別。很明顯，方案三優于方案二，方案二優于方案一。通過方案、算法進行創新性評價，有助于促進學生不斷進行反思，修正自己的機器人構建及程序，實現迭代。

（3）項目展示性評價。基于校園實景的網絡虛擬機器人課程具有一定的社會性、人文性、科學性。而項目常常富有時代氣息，反映社會熱點，貼近學生生活，在虛擬環境中實現項目任務，學生的知識、技能與經驗得到提高，而在提高的過程中，學生也樂于分享自己的體驗感受。機器人學習是實現跨學科（STEAM）學習的過程。通過展示評價，學生間可實現學習共享，學生的思維判斷能力、語言組織能力、團隊協作能力等得到鍛煉，學生的綜合素養得到提升。

2.網絡評價，注重量化評價

基于校園實景的網絡虛擬機器人不同于其他實體機器人，它依存于網絡，因而具有了網絡的特點——即時性和可計算。對五年級喜歡游戲的學生的進行當面談話了解到，學生對現行網絡游戲最感興趣的原因中最關鍵的是任務明確，有成就感。基于學生的這種心理和認知特點，網絡評價應注重量化評價。

（1）項目排名評價。項目排名是學生最直觀了解自己項目完成情況的途徑，也是學生在該項目學習中的終結性評價。通過項目成績排名，可以激發學生主動對方案進行改進的欲望，并想方設法提高成績。

（2）積分累計評價。模仿網絡游戲的評價方式，將學生學習時長累計（每周按時長累計超過30分鐘以上計30分）和完成項目（完成一個項目積100分）相結合進行積分累計，采取頭銜制，利用學生好勝的心理特點，激發學生參與網絡虛擬機器人課程的積極性和創造性。

基于校園實景的網絡虛擬機器人課程的開發，是想從學科層面更多地做到育人的功能。由景生情，以情育人，讓學生具有信息社會責任意識。正像好未來的創始人張邦鑫所說的：“當我跟學生交流的時候，那一刻讓我震撼的是，其實教師跟學生的交流和溝通根本不是你教他多少知識，根本不是你用什么手段、方法、高科技解決什么問題，而是你傳遞了多少熱情、多少能量、多少愛，你有多在意他，你幫助他多大程度開拓了他的視野，解決他的自信，讓他從學習中得到的成就感。”所以，基于校園實景仿真的網絡虛擬機器人課程所體現的就是教育的本質，讓學生在課程學習中在心靈上感受到最微妙的變化與引導，從而讓核心素養得到不斷提升，在情境中有情感的真實流露和養正價值理念的逐漸形成。