小学机器人教育中情境学习的探究

2020-02-10 04:02:35 中国信息技术教育 2020年1期

任颖

随着信息技术的发展,基于开源硬件的创客教育多数逐渐在中小学课堂落地。现有的创客课程,多数是基于硬件基础教学,部分是基于项目展开教学,这样的教学方法虽然很容易让学生掌握一些基础知识,但零散的教学不利于学生系统思维的构建,也不利于学生的创新创造。因此,笔者尝试在教学中结合真实的生活情境,系统梳理机器人结构、传感、控制、动力等知识点,让机器人学习变得更接地气,更有趣,也更有意义。

情境学习的教学特点和价值

研究对象是机器人课程初学者(小学四年级的学生),使用产品为Makeblock的mbot系列,教学模式主要是合作探究,学习方式采用情境学习的方法,其教学特点和价值如下:

(1)对所学的知识追根寻源,即补充背景知识、基础知识,让学生明白这一知识“从何而来”,理论支撑是什么;通过学习掌握必要的理论,同时也让教材内容变得有温度,有情感,更能体现课堂内容的趣味性。

(2)对所学的知识设置情境,即设置真实情境,让学生明白课堂中所学的知识“到哪里去”,引导学生利用所学知识解决生活中的真实问题,以达到学以致用、学有所用的目的。

(3)所学的知识系统化,即设置合理的知识框架,以帮助学生理解、记忆和迁移,让教学内容更有意义。学生所学习的机器人课程不是碎片化的一条一条的指令,而是有组织、有结构的系统知识。

起点:了解学生“在哪里”

要想让效果事半功倍,必须做到知己知彼,机器人教学也是如此。这就需要教师在了解小学生的特性、掌握听课学生的信息技术现状以及学生基础知识储备情况的基础上,有针对性地设计情境学习的知识框架、项目式推进的教学策略以及最终的教学方案和评价体系。

以笔者所在的学校为例,在课程建设初期,就通过查阅各学科的课标,访谈教师、学生及问卷调查的方法,获取学生的基本情况。知道了学生“在哪里”,再按照年级划分知识类型,最后形成具有针对性和时效性的机器人课程,明确学生未来的水平,设计学生跳一跳就能摘到的“果子”,保证机器人学习科学、有效地开展。

实践:情境化教学来保障

情境学习是一种学习目标明确、以学生为中心、需要师生共同参与的学习方法。在教学中运用该学习方法,可让学生聚焦于真实情境中的真实问题,开展跨学科的探究活动。在机器人课程的学习中,前期的学习主要包括元器件和编程知识的学习,在学生掌握后,教师退回幕后,把主动权还给学生,让学生结合自己的兴趣和生活经验,自由分组、分工、讨论、探索、实践、分享,而教师只需要阐述合作要求,给予指导性的建议和评价。具体实施办法如下。

1.设置情境“目标”

课程揉合了机器人结构、传感、控制、动力等知识点,设置了缤纷光电、美妙的声音、神奇的传感世界、控制和动力、综合实践五个教学单元,如第二单元“美妙的声音”联系生活情境设置四个学时,分别为:《我的小车会唱歌》主要是蜂鸣器、音乐常识及基础几何结构的学习;《智能旗杆》主要是学习扬声器、滑轮的使用及音乐截取的方法;《仿真小车》主要是模拟生活中小车发动、转弯、刹车等来学习音乐下载、马达的使用和多程序调用;《课外阅读》补充音乐下载、截取、合并的方法。

2.情境中“合作”

教学中,笔者要求学生采用小组合作形式,四人一组,分别担任项目经理、工程师、程序员、演说家的角色。项目经理负责整个项目工作的协调,灵活配置有效资源;工程师负责外观和结构的设计,需要与程序员保持有效沟通;程序员需要明确项目任务的目標,完成电路的构建和程序的调试,配合工程师完成整个项目的制作;演说家主要搜集过程性图片、拍照、录制视频、制作PPT,用文字稿或者视频形式,阐明本次项目的设计意图、实施过程和解决方案。

当然,在实际教学中小组成员不是固定不变的,基础知识的学习多采用两人小组制,目的是让每个学生亲身体验各个角色的工作职责,掌握传统的基本技能。在单元的项目任务和后期活动中,采用四人小组合作。学生通过自我管理的方式,在有效的时间内完成项目的制作,这不仅能提高小组工作效率,还能弥补个人能力的不足。

3.情境中“试错”

在探索学习前,教师需要明确教学目标,并给学生提供一些实际的操作建议和指导,让学生知道“从哪儿来”“如何做”“到哪儿去”。探索中要允许学生“犯错误”,因为学习中的挣扎与纠结往往会带给他们更多的回报,让他们产生更多的观察体会,领悟到更多领域的知识,同时还会有更强烈的成就感。作为教师,也要善于运用学生尝试中的错误进行教学,并给他们提供适当的帮助,避免学生因为屡次失败丧失探索的热情。

比如在《我的遥控我做主》中,任务一是通过上、下、左、右四个按键,控制小车前进、后退、左拐、右拐;任务二是通过小队PK过“S”弯。

学生根据生活体验实现任务一时,首先想到的就是利用并列的“如果…那么…”语句,通常呈现以下两种情况:

写“程序1”(如图1)的学生将程序上传后小车纹丝不动,却一直找不到错误的根源,写“程序2”(如图2)的小组上传程序后发现可以执行,但进入“S”弯后小车容易碰壁。为了帮助学生寻找问题的症结,教师只需要提出相应的问题让学生思考并尝试,但在探索中多数小组用“程序3”(如下页图3)完成本次任务,极少小组能够想到用“程序4”即嵌套的方法(如下页图4)来实现。

4.针对性分享评价

对学生来说,他们在探索发现并动手完成后往往有很多体会想表达,学生也愿意与他人分享自己创作的乐趣、过程的艰辛以及成功的喜悦。这个时候如果教师根据评价标准,如创意实用性、结构合理性、技术科学性、美观程度、团队协作、分享表达等,设计一个分享框架,学生就可以做到有的放矢,这样不但增加可信度和科学性,还能收到事半功倍的效果。

反馈:课后拓展提升,实现学生“去哪里”

由于学生学习程度参差不齐,如果课堂目标要求单一,会影响学生的学习积极性。在课堂练习中,教师可以结合课堂知识及生活经验,设置开放性拓展任务,让学生完成实践经验的积累以及提升。比如第三单元“灯带”的学习,在学生达成学习目标后,教师可以启发学生改进灯带的程序做出呼吸灯(全部灯亮度的渐亮渐暗)、流水灯(从左到右逐个亮起再逐个熄掉)、五彩灯(从左到右逐个亮起不同颜色再逐个熄掉),并根据灯带效果的不同结合生活体验制作相应作品(警示灯、幸运大转盘、装饰灯)。

这种在真实情境中依托学生基础知识、结合学生生活体验设计课程框架的学习方式是理性与情感并存的、鲜活而有温度的。在真实情境中结合生活体验开展学习可以充分激发学生的求知欲,让学生主动“进入”知识,“亲身”经历知识的“(再)形成”和“(再)发展”,在实践中掌握机器人的系统知识和技能,形成自己的知识体系,并在实际生活场景中应用提高,从而加深对知识的掌握,完成知识的建构,同时培养学生自主学习、合作探究、分享表达和问题解决的能力。

基金项目:“河南省教育科学‘十三五规划电化教育专项课题成果”“STEAM理念下小学高年级机器人课程开发与实践 【2018】-JKGHDHZX-047”。

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