促進“知”“行”“創”合一的中學機器人教學策略
——以《紅外傳感器》一課為例

王蔚 江蘇省南京市科利華中學

“知”“行”“創”合一的教育理念是由“知行合一”教育理念拓展而來。在機器人課程中，“知”“行”“創”有其具體內涵：“知”即知識，涵蓋各學科領域，是開展各種實踐活動和提高創新能力的基礎，主要包括學科知識（如機器人、編程知識）、跨學科知識（如機器人行走、傳感器等涉及的數學、物理知識）、操作方法知識（如部件組裝連接方法）等。“行”即行動或實踐，是知識內化的重要途徑，“行”中獲得的反饋與評價也是“行”的重要組成部分，可以促進“知”的完善，指導更好地“行”，其主要包括方案設計、搭建和編程實踐、作品迭代優化，以及來自機器人、編程平臺、學習同伴、老師等的評價與反饋等。“創”即創新或創造，是在“知”和“行”基礎上的新思維方式、新方法、新產品等的產生，是新時代對創新人才培養的新目標、新要求，主要指學生創新思維或創造能力的促進與提升，以及創新作品的形成。“知”“行”“創”合一，意指“知”“行”“創”之間是相互貫通的關系，并將提高學生的創新精神和創新能力作為重要教育目標。

●促進“知”“行”“創”合一的中學機器人教學策略

筆者所在學校面向初一學生開設了基于開源機器人的大班化校本課程，經過多輪迭代，研究形成了較穩定的教學過程，如圖1所示。下面，筆者以《紅外傳感器》一課為例進行具體說明。

圖1 促進“知”“行”“創”合一的中學機器人課程教學過程

1.情境導入，激發興趣—為“知”“行”“創”合一奠定基礎

在機器人課程中，教師要將學習內容與生活實際相聯系，將學習過程與解決問題的過程融合，創設學生感興趣的情境，激發學生自主學習的意識。

例如，在講解《紅外傳感器》一課時，課前教師在門口放置了智能迎賓器，在學生進門時發出聲音，在學生充滿好奇地進入課堂后，教師提出問題：同學們剛剛進教室時和往常有何不同？生活中還有哪些類似的“自動”感應場景？在學生回答問題后，教師進行總結并展示一些應用場景的圖片。教師繼續追問：它們為何能“自動”感應？師生互動后引出課題。

2.項目學習，科技并重—促進“知”“行”融合貫通

項目式學習能夠突出學生學習主體性，有助于學生的深度學習和創造性學習，從而促進“知”“行”融合貫通。

例如，在《紅外傳感器》一課中，在情境導入后，教師先介紹紅外傳感器相關科學知識，探討紅外傳感器的檢測范圍，接著引導學生分析紅外傳感器的優缺點。在學生了解了紅外傳感器的工作原理后，教師引導其對項目目標進行分階段實現，并通過實踐操作解決問題，具體分為以下3個子任務。

任務1：制作紅外報警器。教師先引導學生思考需要用到哪些機器人硬件，以及硬件該如何連接，再引導學生分析解決問題的程序流程，共同繪制算法流程圖。在思路理清后，學生進行小組合作，完成機器人硬件連接和編程任務。

任務2：優化紅外報警器—增加燈光效果。教師首先設置問題情境：報警器在黑夜鳴叫，不便于判斷位置，該如何優化？然后引導學生思考并總結優化方案：需要添加什么硬件，接什么接口；程序流程圖如何優化。學生結合情境合作優化報警器。

任務3：優化紅外報警器—增加觸碰開關。教師設置問題情境：報警器是否需要一直開著？如何添加開關？引導學生思考硬件的添加和連接，并根據紅外傳感器特點推理觸碰傳感器的特點和使用方式，進行知識遷移。師生互動改進算法流程圖，最終的算法流程圖如圖2所示，學生分組合作完成優化任務。

圖2 紅外報警器算法流程圖

3.啟發創意，合作探究—促進“知”“行”到“創”的生成

在中學階段，學生的創新創造更多的是指微創造和小創造，創造雖小，卻是學生創新意識、創新能力的表現。在機器人課程中學生創意產生的源泉？大致可以摡括為以下幾方面：①教師適當做引導或提供一些場景來啟發學生；②學生根據學習或實踐，結合生活經歷，產生創意；③學生有目的地進行調查研究，突破創新。

例如，在《紅外傳感器》一課中，在學生完成項目任務后，教師提出拓展任務要求：利用已有器材設計個性化智能設備，填寫表格并進行創作。教師提前準備部分啟發案例：①夜里起床時需要摸黑開燈，真不方便！可以制作什么智能設備優化體驗呢？②無人駕駛小車如何做到感知障礙物后自動停止？③屋子里沒人了，風扇還開著，如何做到節能呢？學生結合教師提供的啟發案例或自己的生活經歷進行頭腦風暴，產生可供創新創造的點，然后填寫創意設計表格，以合作探究的形式進行創新創造，完成創意作品。

創意設計表格要包含以下幾個要點：創意制作的設備名稱、功能描述、應用場景、使用的硬件模塊（可選模塊包括紅外傳感器、觸碰傳感器、蜂鳴器、LED燈、風扇等）和連接端口、算法流程圖。在硬件模塊中，風扇的使用有兩種方式，即直接開關（功率為0或255）和功率可調（功率在0～255之間），但學生并未接觸過風扇，加之本課安排，因此只介紹第二種使用方式，使用方法可由蜂鳴器進行遷移。在學生完成作品的過程中，教師給予學生必要的支持和幫助。

《紅外傳感器》學習評價

4.多元評價，反饋促學—促進形成從“創”到“知”“行”的閉環

科學、合理的評價能夠幫助學生對各環節進行梳理和修正，甚至產生新的理解與認識。在機器人課程中對學生的評價應注意以下幾方面：①評價內容要多元，且重視過程性評價，評價內容包括在學習活動中的表現、學習參與度、合作態度、器材使用的規范性、基礎任務和創新任務的完成情況等；②評價形式要多元，包括系統評價、同伴互評、教師評價、自我反思等；③評價和反饋要及時，且要多進行正面評價，強化學生學習動機，保持學生學習興趣；④評價的標準可以在師生商量后結合具體情況制訂。例如，在《紅外傳感器》一課中，筆者制訂了如上表所示的評價標準，幫助學生明確目標，以評促學。

●結語

促進“知”“行”“創”合一的中學機器人課程教學策略在多輪教學中得到了應用，結果顯示，學生學習動機增強，學習能力、思維能力和創新能力得到了較好提升。但是，如何更好地發揮機器人課程在促進學生“知”“行”“創”合一方面的獨特優勢，更好地提升學生的創新意識和創新能力，還有待于進一步研究。