面向數字化學習與創新素養的虛擬機器人項目學習

戴嬌麗

摘要：作者以“循跡踢球”項目為例，從項目確定、實施和升華方面探索項目學習如何助推數字化學習與創新素養的培養。

關鍵詞：項目學習；數字化學習與創新素養；虛擬機器人

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2023）08-0047-03

《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》將數字化學習與創新作為信息科技學科四大核心素養之一，為培養符合新時代發展需求的人才做政策加持。虛擬機器人平臺則為學生搭建了數字化學習環境，提供了豐富的學習資源，能使學生更加全面、系統地進行數字化學習與創新。

依托虛擬機器人培養數字化學習與創新素養具有如下優勢：

①提供數字化學習體驗。②提供豐富的數字化學習資源。③融入了真實的生活應用。④可即時自動評價。

面向數字化學習與創新素養的項目學習模式

數字化學習與創新素養包含運用數字化工具素養、利用數字化資源和工具解決問題的素養、利用數字化資源呈現和傳遞信息的素養以及利用數字化資源進行創新的素養。以項目開展學習，教師能夠根據項目進程對學生的數字化學習進行正確的引導和跟蹤，因此，利用項目開展學習是數字化學習與創新素養培養的有效途徑，但也需要注意如下問題：

①對數字化學習資源進行選擇和整合。學習資源要圍繞“學習目標”選取和加工，避免無用的資源分散學生的注意力，影響學生的學習進程。

②合理設計項目實踐活動。從創設情境、活動探究、分享交流、驗收項目四個活動環節設計具有針對性和探究性的實踐活動，培養學生的自主學習能力和團隊協作能力。

③突出學生主體地位。促進學生積極主動參與到項目實踐活動中，尋求解決問題的方案，最后生成項目成果，并從中收獲知識、獲得能力。

“循跡踢球”項目構建和實施

1.項目確定

筆者結合學校實際，借助虛擬機器人為學生搭建了編程與人工智能、物聯網相結合的數字化學習平臺，并對互聯網和平臺提供優質教育資源進行整合與開發，確定了“循跡踢球”主題項目，通過項目學習培養學生數字化學習和創新素養。

2.項目規劃

“循跡踢球”項目的核心知識包括搭建機器車、選擇傳感器及智慧駕駛，圍繞學科核心素養，把“循跡踢球”項目按照從易到難分解成三個與項目關聯的驅動性問題，具體如下頁表1所示。

3.項目實施

依托虛擬機器人平臺，筆者將數字化學習資源進行二次開發，構建符合學生學情的主題項目，依據項目主題，設計驅動性問題，引導學生利用數字化工具和資源進行活動探究，為學生開展項目學習做支撐。

（1）視頻導入，創設數字化學習環境

教師展示機器人踢球比賽視頻，提出問題：機器人為什么可以按照任務路線把球踢進球門？我們能不能設計一個機器人循跡踢球的游戲？以視頻導入激發學生的學習興趣，讓學生登錄虛擬機器人平臺，了解機器人搭建界面和可視化圖形編輯界面的基本操作，為后面的項目學習做好鋪墊。教師引導學生組建學習小組，使用搜索引擎查找組建機器人機械結構和動力結構需要的設備，利用表格整理搭建“循跡踢球”機器人需要解決的問題。教師為學生創設了數字化的人工智能學習環境，引導學生使用數字化工具獲得并整理項目信息，培養學生信息意識及使用數字化工具獲取信息、加工信息的素養。

（2）探究實驗，生成項目成果

在實踐中，筆者根據項目需求設置了基礎試玩、晉階挑戰和綜合挑戰三個活動探究，引導學生在活動探究中完成項目成果。

①基礎試玩：搭建我的機器人。虛擬機器人平臺為學生提供了很多學習支架，教師結合項目需求，挑選了“尋找消失的輪子”“掃除障礙”和“端口是什么”三個主題試玩項目，以游戲闖關的方式鍛煉學生搭建機器人的能力。在“尋找消失的輪子”主題項目中設置了缺少一個“輪子”的機器人的學習任務，學生需要從零件庫中把對應的輪子找出來，進行安裝和調試，在實踐中掌握安裝機器人的基本操作。在開展“掃除障礙”主題項目過程中，學生進一步掌握機器人零件的拆卸和安裝方法，學會通過設置電機參數來提高競賽成績。“端口是什么”主題項目讓學生認識什么是端口，掌握搭建機器人需要注意的問題和搭建技巧。通過三個游戲闖關任務，學生基本熟悉了機器人搭建的方法和技巧。

②晉階挑戰：優化我的機器人。傳感器是機器人感知外部世界的重要媒介，在機器人的控制中起了非常重要的作用。在項目學習中，教師引導學生利用互聯網了解不同傳感器的功能和作用，結合虛擬機器人創作平臺，根據“循跡踢球”項目需求，選擇合適的傳感器，鼓勵學生在搭建作品的過程中，合理規劃，充分發揮想象力、創造力和動手能力，進一步優化機器人的結構和外觀，讓機器人更簡潔、美觀及富有個性。

③綜合挑戰：規劃機器人的行為。“循跡踢球”項目最后一步是讓機器人擁有思想，讓它能夠學會思考和判斷。一個好的程序往往蘊含了基本的計算思維要素，編寫調試程序可以激發學生深入理解程序的邏輯流程、參數的含義以及程序構造。教師引導學生利用圖形化編程工具編寫程序，讓機器人能夠前進、左轉和右轉，根據任務要求讓機器人沿線行走，直到終點碰到足球。

通過三個活動探究實驗，學生運用虛擬機器人平臺提供的學習支架、課程視頻、網絡學習資源等數字資源進行活動探究并生成項目成果，整個項目學習過程促進了學生數字化學習和創新素養的落地和發展，激發了學生的計算思維。

（3）交流分享，總結經驗

以小組為單位，組織學生開展交流分享會，選一選哪組搭建的機器人更漂亮，說一說哪組搭建的機器人完整，談一談哪組設計的程序最高效，評一評哪組搭建的機器人和設計程序最合理。同時，開展“循跡踢球”項目競賽，根據系統自動生成的積分排名榜了解各組學習情況，引導學生利用互聯網、PPT、多媒體教學軟件，分享設計理念、搭建技巧和程序設計技巧，培養學生運用數字化資源和工具表達信息的素養。

（4）項目驗收，促進反思

在項目驗收環節，引導學生回顧活動探究過程，在調試和完善項目成果的過程中運用PPT、表格匯總“循跡踢球”項目學習報告，促進項目學習反思，培養其利用數字化資源呈現和傳遞信息的素養。

（5）應用提升，發展創新能力

近幾年，以“互聯網+無人駕駛”為主題的競賽項目成為熱門賽事，筆者結合比賽規則和場地要求，引導學生結合遵守交通規則、安全駕駛等方面的需求，思考如何搭建具有防滑和避障功能的機器車、如何實現禮讓行人和識別交通信號燈的智能駕駛、如何智能規劃“無人駕駛機器車”的行為和路線，實現將已有知識向實際應用的遷移，發展計算思維和創新能力。

項目學習的升華

1.關注項目學習評價

項目學習評價以過程性評價為主，以小組自評和互評的形式從多個角度客觀全面地對“循跡踢球”項目的探究過程和項目成果進行量化評價，具體如表2所示。

2.關注知識的應用與遷移

學習知識、掌握技能的目的是更好地解決實際問題，因此，在學習過程中更要注重學生知識遷移能力和高階解決問題能力的培養。

3.關注學科核心素養的形成

要培養符合新時代要求的人才，除了發展學生的數字化學習與創新素養，還要關注學生信息意識、計算思維和社會責任意識的形成。依托虛擬機器人開展項目學習，從項目的構建、實施到升華，突出了學生的學習主體地位，體現了深度學習的目的，發展了能力，提升了素養。

結語

在教學實踐中筆者發現，依托虛擬機器人創設的數字化學習環境，能有效開展人工智能項目學習活動，既節約了學習成本，又提高了學習效率，促進了學生創新能力的發展。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.義務教育信息科技課程標準（2022年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2022.

[2]約翰·杜威.民主主義與教育[M].王承緒，譯.北京：人民教育出版社，1990.

本文為海南省省級規劃課題“虛擬機器人在初中信息技術教學中的應用研究”（課題號：QJH202010098）的研究成果。