《模擬智能掃地機器人》微課設計

王夢怡 河北保定師范附屬學校

●特色與亮點

①開展真實性學習，教學內容源自生活。本微課從學生的生活體驗出發，借助生活中的實例，體驗身邊的算法。從真實情境即從生活中的智能家居實例入手，通過代碼描述算法，用源碼編輯器模擬實現智能掃地機器人的工作過程。

②教學環節由淺入深，層層遞進。在教學過程中設計了情境導入、先行組織、新知建構、鞏固提升和復盤反思五個環節。從生活中的智能家居導入，吸引學生注意力，梳理了智能掃地機器人的工作流程圖。在新知建構環節，通過逐層深入的活動，編寫代碼模擬實現智能掃地機器人清掃垃圾和自動更換路線的效果，培養了學生的計算思維和創新精神。

③微課設計時間短，內容豐富但不冗余。本微課短小精悍，方便學生隨時在移動終端觀看學習。微課中用動畫模擬智能家居的執行過程，并對計算思維進行了完整詳細的引導與表達。

④角色設計生動形象，具有親和力。采用動畫視頻微課形式講解內容，視覺沖擊力強。本微課使用教師原聲配音，拉近與學生的距離，激發學生的學習興趣，提高學生學習的內驅力。

●制作背景

《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）中明顯的變化是信息科技學科從“重操作”轉為“重科技”，從“重知識”轉為“重素養”，讓學生能夠用符合這個時代的思維方式去思考，從而變得更加理性。

而作為數字時代的“原住民”，學生身邊已經出現了很多智能家居設備，所以他們對智能家居設備并不陌生，但卻不了解其背后包含的科學原理。六年級學生思維活躍，動手操作能力較強，通過之前課程的學習，他們對源碼編輯器有一定的了解。基于以上的智能生活環境和學情基礎，筆者結合新課標開發設計了大單元項目主題教學—“生活中的智能家居”。本單元共設置了四個課時，第一課時是智能空調系統，第二課時是模擬智能掃地機器人，第三課時是設計感應電燈，第四課時是模擬智能電燈系統。本微課教學內容選自新課標中的“身邊的算法”模塊，遴選了科學原理與實踐并重的內容，重點解決運用算法模擬智能掃地機器人清掃垃圾和自動更換路線的工作過程，讓學生基于真實的生活情境，面向問題、解決問題，通過編寫代碼、反復實踐，理解算法的實現，培養和鍛煉學生的計算思維和創新精神。

●設計思路及內容結構

1.設計思路

本課從真實情境、實際問題出發，結合生活中的智能家居實例，讓學生體會智能家居的科學原理，以真實項目驅動，引導學生經歷原理運用過程、計算思維過程和數字化工具應用過程，在問題解決過程中，將生活中真實的智能掃地機器人的過程進行抽象、分解、建模、算法設計等，主要任務是用代碼來描述智能掃地機器人清掃垃圾和偵測移動的算法，模擬實現智能掃地機器人的工作過程，最后通過設計個性化作品讓學生充分施展個人創作思路，達到培養創新意識的目的。本微課共設計了五個教學環節（如下頁圖），依次為情境導入、先行組織、新知建構、鞏固提升、復盤反思，通過層層遞進的教學內容，建構知識，促進不同層次的學生有不同程度的提高，讓每位學生都有收獲。

2.內容結構

（1）教學目標

理解智能掃地機器人的工作過程，運用代碼模擬實現智能掃地機器人清掃垃圾、自動更換路線；通過對模擬智能掃地機器人工作過程的問題進行抽象化并進一步分解，進而設計算法，形成掃地機器人清掃垃圾的設計方案；培養通過計算思維解決身邊問題的意識，培養創新思維與能力；落實計算思維素養目標，運用計算機科學領域的思想方法去解決問題；落實數字化學習與創新素養目標，能夠根據學習需要，利用信息科技工具獲取、加工、交流學習資源。

（2）教學重難點

重點：通過算法模擬智能掃地機器人的工作過程。

難點：綜合運用代碼來設計算法，解決模擬智能掃地機器人工作過程中的問題。

（3）教學過程

①環節一：情境導入。

師：同學們，你家里都有哪些智能家居設備呢？

生：智能空調、智能音箱、智能掃地機器人、智能冰箱……

師：隨著科技的發展，我們生活中已經出現了很多智能家居設備，這些智能家居設備的出現，解放了我們的雙手，也方便了我們的生活。

設計意圖：通過創設真實情境，從生活中的智能家居引入，讓學生在貼近生活的問題中探索新知，使學生理解在大單元項目中學習本課的目的，進而開展有效的探究活動。

②環節二：先行組織。

教師結合流程圖描述智能掃地機器人的算法，帶領學生分析當掃地機器人遇到垃圾時和遇到墻面時的動作，理解算法中的循環結構，體會智能掃地機器人的工作過程。

設計意圖：結合流程圖分析梳理智能掃地機器人的工作過程，讓學生根據流程圖框架，整體把握程序的總體設計思路。

③環節三：新知建構。

新知建構環節是本微課的核心部分，共設計了三個活動。

活動一是打開素材，閱讀程序。學生打開教師提供的素材文件，通過閱讀掃地機器人角色下的已有程序，理解程序的含義；嘗試修改旋轉角度為0度、90度、180度，觀察掃地機器人的移動方向，體會源碼編輯器中各個角度的大致方向，為后續創作個性化作品做好鋪墊。

活動二是給掃地機器人角色編寫程序，模擬實現掃地機器人碰到墻面后自動更換路線的功能。筆者在設計掃地機器人的背景圖時，將墻面和地面設置為兩種不同的顏色，方便學生使用吸管功能來吸取墻面的顏色。在微課中，教師也會給學生適當的提示，如“請同學們注意觀察，墻面和地面不是一種顏色，我們可以使用偵測積木盒中某一個帶顏色的命令，試試能不能解決這個問題”。學生根據教師的提示找到偵測積木盒中的“自己碰到顏色”命令，完成程序的編寫。

活動三是給紙團和香蕉皮角色編寫程序，讓掃地機器人實現清掃垃圾的功能。教師導入香蕉皮和紙團角色，點擊開始運行，目前活動二的效果是掃地機器人能夠在地面上移動，但還未實現清掃垃圾的功能，所以本活動讓學生給紙團和香蕉皮角色編寫程序，當掃地機器人碰到垃圾時，讓垃圾消失，模擬清掃垃圾的效果。

設計意圖：通過三個逐層深入的活動，讓學生開展自主探究，用代碼來描述算法，模擬實現智能掃地機器人自動更換路線和清掃垃圾的工作過程。真實經歷項目學習的過程，也是建構知識的過程，可以有效培養學生的計算思維，提升數字素養與技能。

④環節四：鞏固提升。

在此環節，教師引導學生聯系現實生活，在現實生活中，家里會有沙發、桌子等物品，讓學生在素材庫中添加不同的家居角色，完成自己獨特的個性化作品。在開始制作之前，教師展示個性化作品示例，讓學生更加直觀地觀看示例，了解到掃地機器人不僅成功清掃了垃圾，還成功避開了障礙物。學生完成個性化作品，培養舉一反三、融會貫通的能力。

設計意圖：本環節為開放性的探究活動，通過個性化作品表達獨特的個人創意，給予學生自由的展示空間。

⑤環節五：復盤反思。

師：同學們，我們結合流程圖梳理了掃地機器人的工作過程，通過調整參數、編寫程序，實現了掃地機器人更換路線和清掃垃圾的功能，學會了用代碼來描述算法。同學們，發揮你的想象力，暢想一下智能掃地機器人未來的發展方向，如果讓你來設計，你想要設計怎樣的一款掃地機器人呢？它都可以實現哪些功能？你可以用自然語言、流程圖或代碼來描述算法，讓你的掃地機器人實現更加強大的功能。

設計意圖：梳理項目執行的全過程，并布置項目拓展任務，使學生能夠自主建構項目執行框架，學會用系統化視角看問題。帶領學生逐步學會復盤反思，讓學生設計智能掃地機器人的未來創新功能，培養學生計算思維，發揚創新精神。

●關鍵技術處理

①豐富的畫面切換，打造沉浸式微課場景。在本微課制作中，添加了豐富的場景，并根據不同的場景，為角色添加不同的姿勢、表情等。

②精細化圖片處理，和諧統一微課畫面。視頻中的智能音箱、空調等圖片都是使用透明背景，用Photoshop軟件中的鋼筆工具進行錨點描邊、選區摳圖，保存為PNG格式，再導入到萬彩動畫大師的工程文件中，使微課畫面整體更加和諧。

③多款軟件綜合使用，打造高品質微課。本微課涉及的軟件有萬彩動畫大師、剪映、Photoshop、錄音機、思維導圖、Word等多種類型的軟件，通過多款軟件的綜合使用，努力打造高品質微課。

●幕前幕后

前期準備：在前期準備中，首先擬定了微課的內容，在原有的課程內容基礎上進行了刪減與調整，然后梳理了教師腳本和學生腳本，并為教師角色配音。

后期制作：在微課制作過程中，最初制作了精美的PPT，但為了使畫面整體更加生動有趣，又全部更改為使用萬彩動畫大師中的背景。在制作時，需要導入大量的圖片素材到工程文件中，因此在編輯欄中有各種素材，更改一處位置，需要調整和移動后面的全部內容，付出了大量心血和很大的耐心。

本次活動從作品征集、作品遴選到線上成果交流、現場案例分享共經歷了8個月，在這8個月的時間里，從線上課到線下課，從整節課到微課，筆者收獲滿滿，同時，筆者的教育教學水平也因此得到了提升。在今后的教育教學中，筆者將繼續科學合理地使用信息科技手段開展教育教學，探索信息科技融合課堂，將數字技術融入到教師創新教學實踐中，讓數字化為教育賦能。