“新課標(biāo)”背景下虛擬機器人項目學(xué)習(xí)的實踐探究

戴嬌麗

摘要：作者提出，在初中信息科技學(xué)科中以項目化學(xué)習(xí)推進虛擬機器人課堂教學(xué)，能讓學(xué)生充分體驗人工智能的魅力，同時滿足學(xué)生個性化的學(xué)習(xí)需求，進而充分發(fā)揮學(xué)生主體作用，更好地培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：信息科技；虛擬機器人；項目學(xué)習(xí)

中圖分類號：G434? 文獻標(biāo)識碼：A? 論文編號：1674-2117（2023）14-0057-03

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》倡導(dǎo)真實性學(xué)習(xí)，強調(diào)按照義務(wù)教育階段學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，構(gòu)建以數(shù)據(jù)、算法、網(wǎng)絡(luò)、信息處理、信息安全、人工智能等為邏輯主線的課程結(jié)構(gòu)。同時，無人駕駛汽車正從概念走向現(xiàn)實。為了提高學(xué)生對人工智能技術(shù)的理解，在初中信息科技課堂中引進虛擬機器人教學(xué)，能讓學(xué)生不受實體機器人購買和維修費用以及場地的限制，自由模仿生活中的真實場景進行機器人的開發(fā)與創(chuàng)作，培養(yǎng)創(chuàng)新能力，促進學(xué)生的全面發(fā)展。

對推進人工智能教育的普及來說，虛擬機器人項目學(xué)習(xí)具有以下幾點優(yōu)勢：①減輕學(xué)校的負(fù)擔(dān)。②促進學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)。③提高學(xué)習(xí)效率。④有利于發(fā)展學(xué)校特色課程。

虛擬機器人項目內(nèi)容體系設(shè)計

為了讓學(xué)生能夠體驗貼近真實的智能設(shè)計，培養(yǎng)創(chuàng)新性人才，筆者結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+無人駕駛”賽事規(guī)則和真實生活中的交通情境，設(shè)計了“無人駕駛”項目，項目內(nèi)容體系如圖1所示。項目強調(diào)以“無人駕駛”為主線，以學(xué)生探究學(xué)習(xí)為導(dǎo)向，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和協(xié)作意識，鼓勵學(xué)生運用計算思維形成解決問題的方案，構(gòu)建以學(xué)生為主體的項目化探究教學(xué)系統(tǒng)，讓學(xué)生在完成項目的過程中發(fā)展能力，提升核心素養(yǎng)。

虛擬機器人項目學(xué)習(xí)課堂教學(xué)實踐

1.分析項目

虛擬機器人是一款虛實融合的在線創(chuàng)作平臺，為學(xué)生探索無人駕駛技術(shù)提供了仿真技術(shù)和情境，能有效激發(fā)學(xué)生想象力和創(chuàng)造力。在課前準(zhǔn)備中，教師根據(jù)知識難易程度和學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，綜合虛擬機器人平臺的學(xué)習(xí)資源進行開發(fā)和設(shè)計，將“無人駕駛”項目進行分解（如表1），把一個復(fù)雜的大項目分解成一個個融入相關(guān)知識點的小任務(wù)，再將任務(wù)分解成學(xué)生可以完成的活動，學(xué)生通過一系列的探究活動完成對應(yīng)的小任務(wù)，最后生成完整的項目成果。

2.確定方案

為了讓項目能夠順利開展且如期完成，筆者根據(jù)項目設(shè)計模型制訂了項目實施方案（如表2）。本項目以10人為一個小組，分工明確又強調(diào)合作交流，在完成項目的過程中培養(yǎng)學(xué)生的團隊合作精神。

3.項目實施

（1）趣味入項

在此階段，教師先通過機器人送外賣的視頻，展示在生活中機器人應(yīng)用帶來的優(yōu)勢，接著通過微課，讓機器人小美向大家介紹“互聯(lián)網(wǎng)+無人駕駛”賽事舉辦的目的、發(fā)展歷程、賽事規(guī)則和要求等，以及虛擬機器人在線創(chuàng)作平臺各模塊的功能，讓學(xué)生感知科技進步給生活帶來的巨大變化，知道學(xué)習(xí)機器人是順應(yīng)時代發(fā)展的需求，從而激發(fā)他們對科技的興趣，為后面虛擬機器人的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

（2）協(xié)作探究

在本階段，教師引導(dǎo)學(xué)生對完成項目需要解決的問題進行分析，并從易到難對項目任務(wù)進行細(xì)化，同時，根據(jù)教學(xué)進度安排，在不同的階段以當(dāng)下需要解決的問題為驅(qū)動組織學(xué)生開展協(xié)作探究活動。

例如，在初識虛擬機器人階段，筆者選擇了“尋找消失的輪子”項目支架引導(dǎo)學(xué)生開展搭建機器人的活動探究。在“尋找消失的輪子”仿真場景中，學(xué)生在運行調(diào)試的過程中發(fā)現(xiàn)車子少了一個輪子，導(dǎo)致機器人無法正常行駛，為了幫助機器人順利到達終點，必須給機器人安裝上合適的輪子。教師引導(dǎo)學(xué)生進入到在線仿真機器人搭建平臺進行機器人的設(shè)計和組裝。在了解了零件庫中各種部件的型號、規(guī)格、名稱和作用后，學(xué)生借助教學(xué)視頻和任務(wù)說明，通過小組協(xié)作，幫助機器人尋找合適型號的輪子并安裝成功，從而掌握了端口的作用和機器人搭建技巧。

在探究階段，教師選擇了“越野挑戰(zhàn)賽”項目引導(dǎo)學(xué)生進行實驗探究。學(xué)生在課前通過教師分享的學(xué)習(xí)網(wǎng)站和微課了解各種傳感器的特點和功能。上課時，教師拋出問題：能不能讓機器人像人類一樣擁有感覺器官呢？想要讓機器人能夠感知并學(xué)會避讓周圍的障礙物，給機器人安裝什么樣的傳感器合適呢？學(xué)生分小組討論、分析賽事任務(wù)要求和競賽地圖，做出合理的判斷和選擇，如給機器人安裝避障傳感器可以實現(xiàn)禮讓行人、避讓救護車的功能，安裝光線傳感器可以實現(xiàn)機器人識別交通燈遵守交通規(guī)則的功能，安裝灰度傳感器可以實現(xiàn)機器人循跡行走的功能等。

為了讓機器人按照賽事規(guī)則完成比賽任務(wù)，還要對機器人的運動軌跡進行設(shè)計和規(guī)劃，也就是編程中的算法設(shè)計和程序編寫。虛擬機器人平臺提供了圖形化編程工具，同時提供了豐富的教學(xué)視頻和玩家分享的創(chuàng)作視頻，為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和協(xié)作學(xué)習(xí)提供了豐富的數(shù)字化學(xué)習(xí)資源。學(xué)生在探究過程中可以借鑒玩家的經(jīng)驗也可以在線尋求幫助，以便順利完成學(xué)習(xí)目標(biāo)，生成項目成果，體驗學(xué)習(xí)成就感，提升數(shù)字化學(xué)習(xí)能力。同時，在實施項目任務(wù)過程中教師應(yīng)滲透立德樹人的教育理念，倡導(dǎo)學(xué)生要遵守交通規(guī)則，提高安全駕駛的意識，增強社會責(zé)任感，提升生命價值觀。

（3）分享交流

①成果展示。項目成果展示可以檢驗學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，促進學(xué)生之間的交流學(xué)習(xí)。項目后期設(shè)計小組PK競賽活動，由勝出的隊伍分享提高競賽成績的方法，從而鍛煉學(xué)生的語言表達能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力以及提高學(xué)生的綜合能力。

②項目學(xué)習(xí)評價。項目學(xué)習(xí)評價主要采取過程性評價和結(jié)果性評價。過程性評價主要包括機器車搭建、程序設(shè)計和小組協(xié)作；結(jié)果性評價主要包括項目完成度和創(chuàng)新兩方面。在本項目學(xué)習(xí)的評價中，筆者組織學(xué)生以小組自評和互評的方式，依照項目評價量化表（如表3）進行綜合評價。

（4）應(yīng)用提升

在此階段，主要圍繞“互聯(lián)網(wǎng)+

無人駕駛”賽事項目進行針對性的賽前訓(xùn)練，在充分了解賽事場景地圖、賽事規(guī)則和任務(wù)要求后，學(xué)生可以根據(jù)自己的特長和喜好盡情發(fā)揮想象力，通過機器人的外形設(shè)計展現(xiàn)自己獨特的風(fēng)格和審美。學(xué)生還可以結(jié)合數(shù)學(xué)、物理等學(xué)科的知識儲備，改良機器人的外形并規(guī)劃最科學(xué)的運動路線。例如，在機器人外形的設(shè)計上，有的學(xué)生設(shè)計的是輕便的摩托車造型，有的學(xué)生設(shè)計的是炫酷的汽車造型，還有的學(xué)生設(shè)計的是霸氣的飛機造型，在設(shè)計創(chuàng)作過程中，創(chuàng)新思維被激發(fā)出來，展現(xiàn)了無窮的創(chuàng)意和超強的數(shù)字化學(xué)習(xí)能力。在路線的規(guī)劃上，教師引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合數(shù)學(xué)知識“兩點之間線段最短”，物理知識“安裝摩擦力大的輪胎可以有效防滑”“安裝動力值大的驅(qū)動器可以給機器人提供充足的前進動力”等進行創(chuàng)新和創(chuàng)造，進一步提升學(xué)生的創(chuàng)新能力。

“互聯(lián)網(wǎng)+無人駕駛”比賽場景高度模擬了生活中真實的交通狀態(tài)，學(xué)生在訓(xùn)練的過程中逐步形成了安全行駛和遵守交通規(guī)則的意識，在今后的設(shè)計和創(chuàng)作中筆者也會充分考慮實際的應(yīng)用情況，進一步優(yōu)化機器車的結(jié)構(gòu)和程序，讓無人駕駛機器車能夠根據(jù)實際情況作出判斷，使其更智能，實現(xiàn)安全駕駛。

結(jié)束語

虛擬機器人能夠模擬真實的無人駕駛情境，為學(xué)生提供了更豐富、更有趣的學(xué)習(xí)資源。在仿真的活動場景中，學(xué)生可以更深入地探索機器人的構(gòu)造、原理和技術(shù)，為個性化發(fā)展提供了更多的可能。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2022，4.

[2]林振華.虛擬機器人項目學(xué)習(xí)評析[J].福建電腦， 2018，34（08）：2-4.