“三段六環”教學模式的實踐與思考

金建樹

【摘 要】本文介紹了童紅東名師工作室的“三段六環”教學模式，無人駕駛（窄路曲行版）教學案例設計為虛擬機器人教育的教學實踐提供參考，最后對“三段六環”的教學模式做出反思與展望?！叭瘟h”的教學模式設計與實踐可以引導教師開發更豐富的課程資源，發掘更多信息科技學科內涵的思考與理念。

【關鍵詞】三段六環；虛擬機器人；教學模式

【中圖分類號】G434? ?【文獻標識碼】A

【論文編號】1671-7384（2024）02、03-070-03

“三段六環”教學模式概述

根據文件《浙江省學生信息素養提升實踐活動的通知》要求，各地電教館和青少年科技協會均開展了青少年機器人競賽活動。隨著機器人競賽的興起，童紅東名師工作室成員不僅在中小學課堂開展了機器人教育，也嘗試創新教學模式，為機器人教育注入新的活力。

實體機器人雖然效果不錯，但很多學校設備有限，無法開展實體機器人教學。在沒有經費保障的前提下，虛擬機器人教育不失為一個好的課堂教學形式。程序設計，是培養中小學生分析問題和解決問題能力的重要途徑之一。因此，工作室結合基礎教育信息科技課程標準，在五、六年級大力開展蘿卜圈虛擬機器人教學活動。

經過工作室多年的探索，我們總結和提煉了“三段六環”教學模式。所謂“三段”，就是將虛擬機器人教學分為三個階段[1]：第一階段是準備階段，讓學生進入活動狀態，發現問題；第二階段是學習階段，自主或合作分析、解決問題，編寫圖形化程序、仿真測試，引導學生通過多樣的方法培養邏輯思維能力；第三階段是延伸階段，鼓勵學生展示和評價，制定評價指標，完善評價體系，做到真實踐、真體驗。所謂“六環節”，就是課堂活動通過熱場、探問、討論、實踐、思辨、展評六個環節展開。

“三段六環”教學模式案例

本文以童紅東名師工作室“三段六環”教學模式為指導，以無人駕駛（窄路曲行版）教學案例設計為例具體闡述該教學模式的實踐。

無人駕駛（窄路曲行版）任務要求：在一個虛擬的城市環境中，學生們需要設計一個機器人汽車，并模擬實現各種無人駕駛交通行為。

針對任務要求，教師采用“三段六環”的教學模式，搭建具備實現多種功能的機器人，編寫復雜的子程序調用算法，以提高學生的計算思維和問題解決能力。經過工作室成員討論，教學內容包括搭建機器人——四輪小車，編寫程序——走到路口、禮讓行人、飛車、窄路曲行、走中間算法、走中間算法優化、直行和轉彎，小車搭建整理一共10課時（表1）。

以無人駕駛的走中間算法優化為例，課堂教學分為三個階段：第一個階段是讓學生回顧上節課所學，發現當前這個走中間算法的缺陷，引出變量新知；第二個階段是自主或合作分析，引導學生優化算法思路，實踐仿真；第三個階段是展示與評價，根據評價指標打分，鼓勵學生發揮創意，促進思考與交流，繼續優化算法。三個階段通過下面六個環節展開。

1.熱場

熱場是具有情境性的，一是明確本節課的主題，二是激發學生興趣，引導學生自主參與學習并能夠積極思考，去獲取一個有價值和意義的成果。在設計無人駕駛（窄路曲行版）課程的教學過程中，我們多以“蘿卜圈無人駕駛”自制教具（圖1）來創設情境，模擬過斑馬線、禮讓行人等。

由于是算法優化課，所以我們對上節課的無人駕駛的子程序“走中間”的算法，進一步細化分析，引導學生思考回顧四輪小車如何躲開路障以及其他小車，走在賽道中間，不撞到護欄。圖2呈現上節課較為嚴謹的電機速度賦值算法。

2.探問

探問是探究的起點，是一顆求知種子，教師不只是傳道授業解惑，更要激勵學生展開思考。想讓學生有價值地思考，就要提出有價值的問題。優化算法的目的是使算法更加地簡單、明了，方便閱讀和記憶。當前算法最明顯的問題是繁雜和冗余。學生在進行仿真調試時，需要四次修改速度和靈敏度，容易出現操作失誤并浪費時間。因此，教師提出了一個問題：是否有一種辦法可以一鍵調整我們需要修改的參數？

從探問引出本節課優化算法的新知——“變量”。對于“變量”，在程序中使用一個變量時，需要在使用前聲明該變量，以速度常量轉換成變量為例，先聲明后引用。

3.討論

討論即自主或合作的一種吸納互補的學習方式，針對學習能力的差異，教師將學生進行項目分組，最好能根據學生的學習情況和性格特點來科學、合理地分組，保障組員的參與度和積極性。組內學生可以進行自由的討論，找出方法和對策，解決疑問，激發學生的主動性，發掘每位學生的潛力，激發他們的探究欲望。通過討論幫助學生快速了解變量聲明、變量引用的使用方法，以及解決相關的疑問，如為何使用全局變量？使用局部變量行不行？兩者有何區別？

通過討論，學生可能會構建出各種碎片化的答案。例如，全局變量可以被任何子程序使用；局部變量不行，這個速度可能別的子程序還要用；全局變量主要是為了增加函數間的數據聯系；通過碎片化地吸納互補知識，解決疑問，總結出問題的答案。

4.實踐

討論只能獲取表面知識，學生可能了解現象但不理解原因，這顯然意味著學習的深度不夠。因此，必然需要一個體驗、感悟的過程，引導學生理論聯系實際，從實踐中獲得真知。由于四個機器人端口均為速度-速度差，因此，我們可以結合速度差變量和賦值語句，速度差=（左距傳感器-右距傳感器）÷靈敏度，這里靈敏度使用的是常量100。

學生通過實踐發現，在賦值語句中，速度差的大小可能出現負數或者小數，教師提醒學生回顧之前學過的知識，以及聯系數學學科，類比和遷移，利用“運算模塊”中的“求絕對值”和“浮點轉換成整型”兩個模塊，可以計算出正整數的速度差值。

速度差=FtoInt（Abs（左距-右距）÷100），根據括號的作用，得出圖形化編程的速度差賦值。

5.思辨

思辨是對實踐的一個有效反饋，即思考與分辨，思考實踐中如何避免這種錯誤，以及分辨這種錯誤產生的原因。有些學生會在操作運算模塊時受堆疊順序的影響而出現錯誤。然而，通過積極參與錯誤的應對處理[2]，可以幫助學生培養觀察意識、問題分析和解決問題的能力。本節課的重點在于變量模塊的使用，通過一系列遞增的問題，大部分學生能夠理解變量模塊的使用方法。同時，聯系數學與信息科技知識的介紹使得學生更有效地理解運算模塊中“求絕對值”和“浮點轉換成整型”的使用方法。

這個操作過程會導致公式變成：速度差= FtoInt（Abs（左距一右距÷100））。將學生的錯誤操作轉換成公式表達，可以讓學生立即理解錯誤的原因，即括號影響了運算順序。因此在教學過程中可以將這種錯誤作為一個反面教材，加深學生對運算公式的理解。

6.展評

雖然無人駕駛仿真有系統分數，但學生之間存在差異，導致并非所有學生都能在規定時間內完成任務要求。這種終結性評價可能會降低基礎較差學生的積極性，同時也會影響學習熱情的持續。因此，蘿卜圈虛擬機器人教學環節中的展評顯得尤為重要，合適的評價指標體系不僅鼓舞學生，也能增強他們的自信心和創造力。

本節課的展示與評價要求每組選出一名學生，講解走中間的優化算法并展示無人駕駛仿真測試，聽聽大家的建議與意見[3]。同時其他組的學生可以從三個方面對該組的展示進行評分，分別是“作品的功能與性能（4分）”“完成作品過程中的技術使用和最終呈現（4分）”以及“作品的創意與個性（2分）”。詳細的評價指標如表2所示。

由于“創意與個性”的繼續優化、創新算法相對有難度，故分值設置較低，避免學生絞盡腦汁去創新，而忽略本節知識要點。通過展評，有學生提出繼續優化算法，將靈敏度作為一個變量，根據檢測到的前距傳感器的大小，以700為一份，把距離傳感器的最大值3000劃分為5份。算法無窮盡，學生將在不斷的思考中提升自我，突破自我。

“三段六環”教學模式反思與展望

盡管“三段六環”為蘿卜圈虛擬機器人課程提供了良好的教學模式，但在實踐后，工作室匯總了諸多問題。例如，有些學生不習慣個性化的教學模式，所以在實施“三段六環”教學活動之前，要了解本課程學生固有的學習方法與習慣；在“討論”環節，教師應巡視了解學生討論的狀態和過程；在教學模式實驗初期，教師發現很多由于“討論”環節討論目標不明確而導致“實踐”和“思辨”環節失敗的案例，需要根據課堂突發情況，及時調整教學方式。教師可以根據教學內容和學生差異，進行環節調整或取舍，把握好“三段六環”的邏輯性和連貫性。

我們希望通過“三段六環”蘿卜圈虛擬機器人教學模式，讓學生親歷、體驗虛擬機器人完成任務的全過程，掌握虛擬機器人的知識和技術，培養信息素養，提升學習能力。未來，我們將嘗試加入“多線程”的活動設計，在資源和問題的驅動下，聚焦學生解決問題的方式，更關注對學生個體活動效果和完成任務能力的評價。

參考文獻

孫莉. 虛擬機器人教學的研究與思考[J]. 基礎教育論壇，2019（28）： 21-22.

彭俊醒. 基于蘿卜圈虛擬機器人的初中信息科技課堂教學實踐研究[D]. 重慶：西南大學，2020.

鄭吉俊. 機器人課程中虛實結合的機器人教學策略研究[D]. 南京：南京師范大學，2019.

作者單位：浙江蘭溪市香溪中心小學

編? ?輯：盧秋紅