基于問題解決的教學策略的改進創新

汪少牛 邱振華

摘 要：結合新課改的教學理念，以案例《語音識別機器人》為例，從解決問題前、解決問題中、解決問題后三個方面對基于問題解決的教學策略進行了改進創新，以此為廣大教育工作者培養更多創新性人才提供一些啟發。

關鍵詞：問題解決;教學策略;改進創新

一、案例背景

機器人教學由于需要培養學生搭建組裝、程序編寫、合作探究等各項技能，且需要在實際場景中模擬調試，一直都是培養學生創新能力的利器之一。開展機器人教學的策略也呈現百家爭鳴之態，基于問題解決的教學策略就是其中較為常用的一種。筆者作為信息科技學科教師，從事機器人教學已有多年，一直致力于通過基于問題解決的教學策略來提升學生的信息素養。隨著課程改革的深入，學生能力的培養被賦予了時代的全新要求。在新版的《上海市中小學信息科技課程標準修訂稿（中學版）》中指出“用信息技術解決問題的能力是提高信息素養的關鍵能力”;在《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》中指出“現有的信息技術教育忽視學生對信息技術學科思維方法的理解，缺乏對學生批判性分析能力的培養，需要引導他們從學科方法層面思考人、技術、社會的關系，合理應用信息技術處理問題”。筆者一直以來采用的“解決問題”主要是采用“信息技術工具技能”來解決問題，而新理念則是指用“信息技術思維方法”來解決問題。在這樣的大背景下，筆者對于機器人學科的教學進行了改進，對于基于問題解決的教學策略進行了創新。下面，筆者就結合學生的獲獎作品案例《語音識別機器人》來談談自己的一些心得。

二、案例過程

《語音識別機器人》案例的內容是筆者結合機器人技術、信息科技技術、人工智能技術等，指導學生制作一款可以“聽話”行動的機器人作品。參與制作的共有初中學段的兩位學生，他們具有兩年以上的機器人課程學習經歷。該作品的核心部件是一個智能語音識別模塊，通過聲音傳感器接收外部的聲音，而后編寫程序使得語音識別模塊智能地分析結果，進而使得機器人做出各種動作。其作品設計構架邏輯圖如下（圖1）：

這個作品對于這兩位學生來說難度不算很大，由于聲音傳感器、控制模塊等功能他們在之前已經有所接觸，所以重難點主要在于智能語音識別模塊的應用上。按照筆者以往的教學策略，一般教師會告訴學生智能語音識別模塊的使用方法與編程技巧，而后讓他們自行探索完成設計，筆者則輔助解決問題并進行最后的經驗總結。在本次教學中，筆者對于傳統的教學策略進行了一定的改進創新。

首先在教學伊始，筆者先向兩位學生提出了一個問題：“如果將這個語音識別機器人作為產品來看，什么樣的人群會最歡迎它？”兩位學生雖然對于機器人課程已經非常熟悉，但對于這樣的問題卻表現得非常茫然，在經歷了一番思索后，終于得出了兩個答案——行動不便的人和盲人。筆者對此進行了總結：人工智能機器人的設計，是為了使得我們的生活變得更便利，而不僅僅是為了參加競賽獲得獎項，我們創新的最終的目的是要讓技術真正服務于我們的生活。

而后學生開始學習智能語音識別模塊，在學習的過程中，他們遇到了語音識別不準確、斷句存在問題的情況。筆者對此進行了引導，讓學生記錄了各種識別不準確的情況，將其中呈現的規律信息添加到程序代碼中，實現了一定的“程序糾錯”功能（例如將“向前周”糾錯為“向前”;將“前進后退”拆分成“前進”與“后退”兩條命令等）。另讓筆者驚喜的是，兩位同學在這一階段的設計中考慮到了筆者一開始提出的問題，指出除了要讓機器人擁有前進后退等常規功能外，還可以增加一個機械臂，以實現升降機運送物品的功能，即讓機器人在行走的同時可以攜帶一個物品，當機器人走到目標前，可以通過升降機將物品抬高，那樣就可以使得行動不便的人或者盲人不用彎腰就能拿取物品了。這個想法大大增添了作品的人文性與實用性，成為整個作品的亮點。

在作品全部完成后，筆者除了協助學生進行總結外，還額外提出了一個拓展問題：“語音識別的原理是什么？”學生由于有了之前識別不準確的困惑，對于該問題也比較好奇，在筆者的引導下，學生在網站上找到了一個關于語音識別原理的解說視頻，初步了解了語音的收集、語音的處理、語音的匹配等原理過程，從原理上對語音識別有了一個全新的認識。

三、案例反思

該案例作品之所以呈現出較好的效果，與問題解決的教學策略的改進創新有明顯關系，具體表現在解決問題前、解決問題中、解決問題后的一些策略變化（圖2）：

（一）解決問題前基于需求的分析

美國學者克里斯蒂娜·多伊爾博士在《信息素養全美論壇的終結報告》中指出：“一個有信息素養的人要能夠認識到精確的和完整的信息是做出合理決策的基礎，確定對信息的需求，形成基于信息需求的問題，確定潛在的信息源。”其中“基于信息需求的問題”是合理決策的前提，但這一點在筆者以往的教學中有所忽視。一般筆者都會直接告訴學生競賽的要求和內容，以競賽的要求作為信息需求開展整個活動，這種“信息需求”太過于狹隘，而真正的“信息需求”應基于解決真實情境問題的需要而產生。筆者在案例伊始提出“這個語音識別機器人什么樣的人群會最歡迎它”就是為了讓學生思考這個作品的現實意義，讓學生在制作這個作品時有一種“它是有現實價值”的感覺，充分調動了他們的主觀能動性，后續項目開展中學生提出增加新功能的想法也很好地說明了該問題的價值。

（二）解決問題中基于優化的改進

項目工程的維護是項目生命周期中持續時間最長的階段，維護包括糾錯性維護和改進性維護兩個方面。想要培養學生問題解決的能力，教師除了要讓學生擁有完成整體作品的基本能力外，還要培養學生對于作品的優化改進能力。機器人學科由于其學科的綜合性，需要考慮科學性、機械性、環境性等諸多因素，在改進優化環節更需要精益求精。在本案例中，讓學生解決非標準語境中的語音識別問題與增加升降機送物品的問題，就是在原作品基礎上的改進優化。筆者認為這種注重已有基礎的優化改進能力的培養在分層教學與優等生培養中具有一定的應用價值，可以一定程度上提升學生的創新思維與批判性思維。

（三）解決問題后基于原理的探究

想要深入了解某一門學科，就必須了解其核心概念與邏輯結構。在《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》的解讀中明確提出“建構學科大概念體系”的目標，一定程度上為教學提出了“追本溯源”的要求。教師在教學中除了要讓學生“知其然”以外，還要讓學生“知其所以然”。在本案例中，筆者除了讓學生完成作品外，還讓學生了解了語音識別的原理。這樣做可以讓學生深入問題的內核，為學生了解學科、熱愛學科、激發學科自豪感與學習興趣打下一定的基礎，也為學生后續自主拓展進階學習帶來更多的可能性。在具體操作中，由于相關原理比較枯燥，筆者認為放在問題解決后的環節中進行較為妥當。一則避免由于過早接觸相關原理降低學生的學習興趣，二則可以讓學生帶著前期實踐過程中的疑問進行有針對性的原理探究。

參考文獻：

[1]邵雪冰.基于問題解決的“中學人工智能”教學實踐的研究[D].東北師范大學，2009.

[2]譚焱.新課程背景下開展中學生機器人教育的研究[D].華中師范大學，2015.

編輯 段麗君