信息技術學科 基于項目的學習教法探索

古美婷

基于項目的學習又叫項目式學習（Project-Based Learning，簡稱PBL），是一種以學生為中心，教師起引導作用的教學方式，通過項目式學習，學生將主動探索現實世界中的問題，并在這個過程中學習到更深刻的知識和技能。項目式學習作為一種教學方法，已得到越來越多教育工作者的關注。2019年3月，在市教科院的牽頭組織引導下，我市信息技術教師開始了基于項目的學習教法的實踐與探索。作為一名信息技術教師，在對“項目式學習”有了一定的了解之后，筆者選擇了七年級信息技術下冊（粵教版B版）第二章第二節《機器人拔河比賽》一課進行實踐與探索。

● 選擇項目

《機器人拔河比賽》在課本中屬于一節承上啟下的課程。在上一節中，學生通過學習使用觸碰傳感器制作“智能碰碰車”，回顧了小學階段學習的編程邏輯與軟硬件結合的基礎操作，而本節課則是在熟悉上一節所學知識的基礎上進行的一節實踐課，旨在讓學生在完成活動任務的過程中學會分析任務，并在操作過程中逐步理清發現問題、分析問題和解決問題的思路。同時，針對小學階段學習的紅外避障傳感器的使用進行復習和應用，從而為后面的機器人走迷宮等課程做好相關的知識鋪墊。

拔河是學生在日常生活中都能接觸到的真實問題情境，制作拔河機器人則是讓學生將學習與生活聯系起來。首先，通過對現實生活中拔河比賽的認識，去類比推理拔河機器人應該具有哪些功能。其次，通過對拔河這一問題的探究，學生將得知影響拔河比賽勝負的因素有哪些，進而明確制作改進拔河機器人的思路。

這一學習任務設立的目的與項目式學習中“通過一段時間對真實的、復雜的問題進行探索，從中獲得知識和技能”這一理念相符合。制作拔河機器人，用于參加拔河比賽，究竟怎樣的機器人才擁有更大的獲勝概率？這一驅動問題具有一定的挑戰性，但又不至于難到讓學生望而卻步。

● 學情分析

通過第二章第一節的學習，學生已經學會了如何使用流程圖來表達簡單問題的解決過程，并掌握了利用諾寶編程軟件進行編程的方法，同時，在完成了小學階段學習任務的基礎上，也對一些傳感器的工作原理有了一定的理解。本課將引導學生使用小學階段學過的紅外避障傳感器和在上一節課中學習的觸碰傳感器來制作拔河機器人，讓學生在活動過程中進行體驗并比較，感受不同傳感器對拔河機器人產生的不同影響，進而培養學生對比分析的能力。同時利用比賽的形式，讓學生體驗機器人競賽所帶來的勝敗感和分析獲勝經驗的過程，培養學生勝不驕敗不餒的優良品質和分析、分享成功經驗的能力與習慣。初一年級學生對有關機器人的課程非常喜歡，課堂動手環節也很積極，但團隊協作意識薄弱，易出現單獨操作的情況，同時在課堂中也容易出現獨立研究而忽視教師任務進度的情況，所以課堂掌控方面需要教師對學生進行進一步的引導。

● 項目簡介

學生在本項目中將以4人一小組的形式完成“拔河機器人”的設計與制作。其間可能會遇到“對比賽規則理解不到位，導致編程邏輯不對”“程序編寫不合理，導致無法編譯下載”或“小車模型設計不當，導致比賽失利”等問題。為解決這些問題，學生將通過深入理解分析比賽規則，理順編程思路;通過檢驗程序合理性以及各流程模塊參數的編寫是否有誤，逐步解決無法編譯下載的問題;使用控制變量法，設計對比試驗，逐步檢驗對影響比賽勝負因素的猜測是否正確，并將正確的因素加入拔河機器人的設計制作中。最后學生將在拔河比賽中檢驗自己的項目成果。

● 項目實施

在項目進行前，可先引導學生去了解拔河比賽，感興趣的學生可以自行組織進行拔河比賽，體驗拔河的過程與樂趣。然后，在上課前先讓學生簡述自己對拔河比賽的認識，并引導學生思考如何讓機器人像人一樣進行拔河比賽，進而引出本項目——《機器人拔河比賽》。

緊接著，便亮出參照人類拔河比賽規則所制定的機器人拔河比賽規則：“將兩個機器人的前端用細線連接起來，打開電源開關，等待裁判的發令。當聽到發令聲響時，啟動機器人，兩方機器人同時后退，哪一方先將對方拖出規定區域，即為獲勝。（比賽將在提前繪制好的比賽場地中進行，并由裁判判斷勝負）”學生將通過分析比賽規則，從中獲得拔河機器人應具有哪些功能的信息，進而選擇用于實現相應功能的零件，并設計程序實現這些功能，讓自己的車型機器人能夠按照比賽規則正常運行。

當機器人能正常運行后，我們需要關心的就是如何才能讓自己的機器人在比賽中獲勝，從而進一步分析影響拔河比賽勝負的因素有哪些。從人類參加拔河比賽中分析出來的因素，是否也同樣適用于機器人拔河比賽呢？對于這些問題，學生將通過觀察，并結合日常生活的經驗進行分析推理，然后對影響拔河機器人比賽勝負的因素提出猜想，再設計對比實驗進行驗證。如果驗證過程中出現了新的想法，便進一步進行探究，直到最后驗證完自己想要驗證的猜想，并將正確的猜想運用到拔河機器人的設計與制作中，直到完成最終產品，用于參加比賽。

對于用什么傳感器來啟動機器人這一問題，給學生提供兩種選擇：觸碰傳感器和紅外避障傳感器。通過對傳感器的選擇把學生分為兩個陣營：觸碰小分隊和紅外小分隊。在后面進行比賽時，我們先組織學生在同一隊中進行比賽分出勝負，再讓兩隊中最強的兩個機器人進行隊間決賽，選出本節課最優秀的拔河機器人。如此進行比賽，一是可以增加比賽的趣味性，二是可以引發學生進一步思考傳感器的選擇是否會對比賽結果產生影響，從而讓學生再深入進行探究。

比賽結束后，先請冠軍小組進行分享，向同學介紹自己小組的制作理念，分析自己機器人的優缺點，然后再由另一小組對他們的機器人做出評價并提出建議。接著再請在比賽中失利的隊伍進行分享。在此環節，只要學生愿意，可多讓學生發表自己的想法，若學生較為靦腆，則應鼓勵學生多發言，多與同學分享自己的想法，以此來鍛煉學生的批判性思維能力。

約翰·杜威曾說過：“我們不是從經歷中學習，而是從反思經歷中學習。”為了讓學生養成回顧項目各個環節進行反思的習慣，筆者設置了一個附加任務，即讓學生總結自己制作拔河機器人的方法，將其錄制成小視頻發布到網上，視頻應介紹清楚“你的產品是什么？”“產品由哪幾部分組成？”“產品的工作原理是什么？”“現在的產品是第幾個版本？當下的解決方案與之前設想的有何不同？”等幾個問題。為了更好地跟進這一任務，筆者在互動學習平臺UMU上創建了機器人拔河比賽的課程，讓學生把錄制的視頻作為作業進行提交。在該平臺上，學生可以看到其他同學的作業，也可對其進行點贊與評價，為學生對本項目后續的思考與交流提供了平臺。

● 總結反思

在項目式學習中，我們不僅要關注學生學科知識的學習，同時也要關注學生批判性思維能力、解決問題能力、團隊協作能力和自我管理能力的培養。

作為一個貼近生活、模仿現實生活活動所進行的人工智能競賽，機器人拔河比賽具有真實性，同時也易于激起學生的興趣與關注。“如何制作一個擁有更大獲勝概率的機器人？”這一問題具有適度的挑戰性，能激發學生的挑戰精神，完成起來又不會太難。而對影響比賽勝負因素的探究更是一個不斷迭代的過程。學生將在探究中不斷發現新的問題，然后去收集資料，并嘗試提出新的猜想與解決方案，進而再提出更深刻的問題——這個過程會一直持續、循環到他們得到一個滿意的答案或解決方案為止。

學生在項目進行的過程中具有發言權和選擇權。只有學生能依據自己的判斷來解決問題而不是按照指令完成項目，才能說明學生真正地參與到了項目之中。只有激發了學生的主人翁意識，他們才會盡可能地參與到項目的各個環節中——從提出問題，到解決問題、尋找資源，再到明確團隊中的角色及分工，以及最終創作一個產品，然后進行反思。對項目的反思，能夠幫助學生理清下一個項目需要改進的地方，也能幫助教師提高項目式教學的質量。

好的作品不可能一蹴而就，高質量的產品必定是經過了多次的迭代。在項目式學習中，學生需要學會接受同伴建設性的意見，并基于此來改進、完善自己的產品。在此階段，我們可以借助使用“評估量表”“評估模型”等評估反饋工具，學習正式的反饋與評論技巧。

最后，同樣也是最重要的環節——產品的發布！公開展示項目成果不僅能提高學生學習的積極性，促成高質量產品的完成，同時也將有效促進討論和學習社區的形成。任何一個公開展示的產品，都是可以被討論的，除針對產品的討論外，我們還可以討論學習的內容、學習的方法、產品評估的標準等。

● 希冀與展望

2019年3月，筆者開始了對基于項目的學習教法的探索，到2019年7月，終于完成了一次還不太成熟的實踐。學生制作拔河機器人的熱情給了筆者動力，讓筆者知道，當你給予學生發言權與選擇權時，他們將會用驚喜來回報你。探索的道路雖阻且長，但學生在完成項目時臉上所綻放的神采將照亮我們前進的道路。