基于項目式學習法的虛擬機器人實驗教學探究

饒蔬緣

【摘要】項目式學習法是一種以學生為中心，探究現實生活中真實的問題，從而獲得知識和技能的一種系統性的教學模式。IRobotQ3D虛擬機器人提供3D仿真虛擬場景，學生搭建機器人、編程，完成相關任務。本文借助“無人駕駛”項目實驗案例闡述基于項目式學習法的虛擬機器人實驗教學，此方法不僅能讓學生掌握無人駕駛編程技能，還能有效提高學生編程能力、計算思維能力、與人合作的能力、統籌規劃的能力以及解決問題的能力。

【關鍵詞】項目式學習法;虛擬機器人;教學

一、項目式學習法

項目式學習法是一種強調以學生為中心、協作學習和自主探究，教師引導學生探究現實生活中真實的問題或精心設計產品，讓學生獲得知識和技能的一種系統性的教學模式。在傳統的實驗課教學中，教師經常采用“半成品加工”和“任務驅動”的教學方法。這兩種教學方法能讓學生掌握實驗操作，但不利于培養學生綜合能力。項目式學習法以真實項目吸引學生，并刺激學生的學習興趣，提升他們做實驗的動力;讓學生互相協作，鍛煉他們與人合作的能力;讓學生自主探究實驗并完成實驗，能提高學生自主學習的能力、對事物統籌規劃能力與解決問題的能力。

二、IRobotQ3D虛擬機器人

虛擬機器人適用于STEAM教育，在普及人工智能知識方面也起了重要作用。本實驗利用的是蘿卜圈IRobotQ3D虛擬機器人平臺，學生在3D仿真虛擬場景中搭建機器人并進行程序設計，讓機器人完成相關任務。傳統代碼編程對于高中生而言，語言生澀難懂，學生學習時抗拒心理嚴重。而IRobotQ3D虛擬機器人的編程是可視化編程，實時測試，過程有趣，可激發學生的學習興趣。另外，使用虛擬機器人，能避免實體機器人所需的部件消耗與維護管理方面的高昂費用。

三、基于項目式學習法的虛擬機器人實驗教學探究的優勢

虛擬機器人模擬真實場景，符合項目式學習中提供真實場景這個要素，學生對學習虛擬機器人充滿興趣。教師引導學生利用思維導圖進行項目規劃，利用活動平臺發布教學資源，供學生自主探究，分工協作。學生掌握虛擬機器人的實驗操作，進行項目實施，最終對成果進行分享交流。采用項目式學習法能讓學生高效掌握虛擬機器人的技術和技巧。基于項目式學習法的虛擬機器人實驗教學，能培養學生計算思維能力，開展自主學習，協同合作，助力終身學習能力的提高，體現信息技術學科核心素養。

四、基于項目式學習法的虛擬機器人實驗教學案例

以下以“無人駕駛”實驗教學為例，闡述如何利用項目式學習法進行IRobotQ3D虛擬機器人實驗教學。在無人駕駛這個項目中，很多小功能是一步一步完成的，作為一個實驗課，不能先做完所有項目探究，再進行項目實施，所以，在教學第2課到第5課時，項目探究和項目實施都是穿插進行。具體流程和涉及知識點歸納如表1：

1.構建真實場景，合理劃分小組

項目式學習法以真實項目吸引學生的學習興趣，提升他們做實驗的動力。

在第1課設立情境，選定主題，教師展示現實無人駕駛技術，引入蘿卜圈IRobotQ3D虛擬機器人無人駕駛項目。教師根據學生以往的學習情況，合適搭配，分好小組，選定認真負責的組長。學生分小組討論，對比現實無人駕駛技術，研究無人駕駛的功能需求，填寫簡易需求報告。

學生在教師指導下，進行可行性分析，去除蘿卜圈不能實現的復雜設想，抽出基本功能，諸如：（1）讓車輛機器人自動行駛;（2）到達路口按路線設定直行、左轉或者右轉;（3）避讓行人車輛，等等。讓學生將復雜問題分解成小問題，有助于提高他們的抽象思維能力。

2.鼓勵發散思維，完善項目規劃

項目式學習法提倡學生繪制思維導圖，做好項目規劃，提升他們對事物的統籌規劃能力。

在第1課功能討論完畢后，學生繪制思維導圖，以小組為單位進行任務分配、進度安排、選定工具和方法、設想預期結果等。小組要進行集體討論，結合每個成員的優勢和特點進行分工。教師要對每個小組的項目方案進行評估和反饋，整改不合理的小組策劃方案。這個環節主要讓學生把握整個項目的輪廓，讓每位學生明確自己的目標，參與到實驗中。

3.構建資源平臺，進行項目探究

項目式學習法強調以學生為中心、協作學習和自主探究，提高學生自主學習的能力。

教師要在課前整理好每節課所需的學習資料，構建好學習支架。教師把蘿卜圈無人駕駛實驗所需的課件、微課視頻、項目實驗報告表格等資料整理好，存放到學校的資源平臺上，供學生進行項目探究。學生可以在平臺上觀看視頻，下載文件和提交文件。如圖1所示：

雖然教師提供了豐富的學習資源，但是本校學生的學習能力還不能完全自主解決所有問題。所以，教師需要花幾分鐘講解操作重點難點，強調項目目標和知識框架，并在學生學習資源的時候，巡回指導。

4.鼓勵拓展方法，指導項目實施

項目式學習法要求學生合作進行項目實施，完成實驗，此環節能提高學生的協作能力、創新能力和解決問題的能力。項目實施階段要求學生在機器人仿真平臺中搭建機器人，設計算法，編寫程序，撰寫實驗報告，完成無人駕駛項目實驗。學生可以先實現簡單功能，測試后再改進，延伸到復雜功能。此環節要發揮小組長作用，督促小組成員按時完成實驗任務。教師應及時跟進，調整流于形式、溝通不好的小組。

教師鼓勵學生拓展方法，例如，在第3課時走到路口、路口轉彎實驗中，要讓機器人在在路口中央停下來，為轉彎做好準備，學生可以按課程教學所講的，檢測左前方、右前方的距離傳感器的數值，當一側大于2000時停住，如圖2所示;也可以拓展為更簡單熟悉的方法，直接定時前行一段距離，停在路口中央，如圖3所示。

5.進行成果展示，構建有效評價

項目學習法需要進行項目成果展示和活動評價，提高學生與人溝通的能力。蘿卜圈虛擬機器人可以組織學生進行機器人競賽活動，有效活躍課堂氣氛。項目成果展示階段，每個小組將搭建好的機器人與程序導入到無人駕駛任務場景中進行比賽。小組比賽完，要進行交流與相互評價，填寫評價表。

比賽成績可作為評價的重要依據，但并不是全部。教師應構建有效評價，將過程性評價與終結性評價相結合。教師在實驗過程中要觀察記錄每個小組的學習狀態、實驗情況，填寫記錄表。終結性評價包含比賽成績、教師評價和小組互評。項目結束后，學生需要對項目式學習進行總結和反思。

五、結語

基于項目式學習法的虛擬機器人實驗教學模式，能為學生構建一套完整的學習體系。在培養學生技能層面，這種方法能讓學生更好地掌握IRobotQ3D虛擬機器人無人駕駛的知識點，有助于提升其編程能力、邏輯思維能力以及計算思維能力。在培養學生能力方面，這種方法提高了學生與人合作的能力、自主學習的能力、對事物統籌規劃能力以及解決問題的能力。

基于項目式學習法的虛擬機器人實驗教學模式的實施，有很多優點，在實施的過程中也存在著很多問題和困難，但是不必擔憂，因為有不足才有進步的空間。既然它對學生成長有利，就值得教師不斷地探索與改進。

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責任編輯? 楊? 杰