3403.巧借機器人仿真平臺,拓展小學(xué)程序設(shè)計教學(xué)

1、巧借機器人仿真平臺,拓展小學(xué)程序設(shè)計教學(xué)摘要信息技術(shù)課堂中遍地可見的是計算機軟件的培訓(xùn)與探索，真正體現(xiàn)信息技術(shù)學(xué)科特色的程序設(shè)計在小學(xué)階段處于很低的地位，機器人的進(jìn)入，讓程序設(shè)計教學(xué)插上了飛翔的翅膀，特別是機器人仿真平臺的引進(jìn)讓我們的程序設(shè)計不再拘泥于城鎮(zhèn)學(xué)校，條件艱苦的農(nóng)村學(xué)校也可以開展機器人程序教學(xué)。然而，當(dāng)我們看到機器人這個特殊的課堂教學(xué)平臺的亮麗風(fēng)景的同時，我們還在思考：機器人仿真平臺是否適合小學(xué)程序設(shè)計教學(xué)？機器人仿真平臺應(yīng)用于小學(xué)程序設(shè)計教學(xué)該怎樣組織課堂？機器人仿真平臺使用之后怎樣對學(xué)生進(jìn)行評價？本文就以這樣的思路，談?wù)勎覍C器人仿真平臺在小學(xué)程序設(shè)計教學(xué)中的探索與實踐。關(guān)鍵詞

2、機器人仿真平臺 程序設(shè)計教學(xué) 程序設(shè)計是中小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科教育的重要內(nèi)容之一。早在上世紀(jì)80年代初鄧小平就指示：計算機普及要從娃娃抓起，由此揭開了我國中小學(xué)開展計算機教育的序幕，而當(dāng)時受機器條件的限制，教學(xué)主要是以程序設(shè)計為主，包括學(xué)習(xí)basic語言，后來又增加了logo語言，如今，借助了機器人、機器人仿真平臺，為程序設(shè)計在小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)中帶來鮮活的源泉。 一、機器人仿真平臺應(yīng)用于小學(xué)程序設(shè)計教學(xué)的理性思考 1.適合小學(xué)生的年齡特征與知識儲備 程序設(shè)計的學(xué)習(xí)需要學(xué)生的生活經(jīng)驗作為基礎(chǔ)，包括學(xué)生對問題的分析、解決問題的能力，都會影響程序?qū)W習(xí)的積極性。小學(xué)生的思維從以具體形象思維逐步向以抽象邏輯

3、思維過渡，但他們的抽象邏輯思維在很大程度上仍是直接與感性經(jīng)驗相聯(lián)系的，具有很大成分的直觀性。低年級學(xué)生在不能直接觀察到事物特征的情況下，對某些概念進(jìn)行概括會感到困難。而到了高年級，他們則開始能夠依靠表現(xiàn)一定數(shù)量關(guān)系的詞語來進(jìn)行概括。而且隨著年齡的增長，他們掌握概念中直觀、外部特征的成分逐漸減少，而掌握抽象、本質(zhì)特征的成分不斷增多。我們的機器人仿真平臺，可以為學(xué)生在程序設(shè)計這個抽象思維中，提供這樣的從直觀到抽象的模擬過程，符合學(xué)生的心理特征與年齡特征。曾經(jīng)也有學(xué)者提出“程序設(shè)計教學(xué)越早越好”。在機器人程序設(shè)計的推進(jìn)過程中，很多教師都有這樣一種體會，只要內(nèi)容和教法適當(dāng)，程序設(shè)計入門，初中學(xué)生比高中

4、學(xué)生容易，甚至高年級小學(xué)生比初中學(xué)生容易，最困難的是成年人。但我個人認(rèn)為也不能太早。必須切合學(xué)生的學(xué)習(xí)實際，跟學(xué)校信息技術(shù)教學(xué)整體協(xié)同，不過我們可以在早期的機器人課堂教學(xué)采用實體機器人，進(jìn)行搭建研究學(xué)習(xí)，簡單介紹相關(guān)機械原理，培養(yǎng)孩子的動手能力。根據(jù)我校實際情況，我們的做法：三年級初步接觸了解什么是機器人、四年級簡單了解機器人程序、五年級運用機器人仿真平臺設(shè)計程序模擬生活中的簡單任務(wù)，六年級第二學(xué)期開始系統(tǒng)學(xué)習(xí)機器人仿真平臺下的程序設(shè)計相關(guān)知識。實際上，機器人仿真平臺教學(xué)，使程序設(shè)計教學(xué)能更突出“算法”（解決問題的方法）的學(xué)習(xí)，使“算法”變得直觀而形象，大大提高了學(xué)生對學(xué)習(xí)的投入度，有利于學(xué)生

5、思維能力、整體規(guī)劃的能力、解決問題的能力、連續(xù)運用推理的能力、合作溝通能力、動手能力、創(chuàng)新能力的提高。這些年來的實踐證明，采用這樣的機器人課堂教學(xué)梯度鋪墊策略，有利于學(xué)生興趣的培養(yǎng)，同時也符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律層層遞進(jìn)。 2.比實體機器人更加易于推廣與實踐實體機器人的價值（優(yōu)勢）：機器人學(xué)習(xí)對學(xué)生的動手能力、空間想象能力、創(chuàng)造性思維，分析問題、解決問題的能力的培養(yǎng)有獨特的作用，但是實際使用過程中也遇到了困難：機器人價格昂貴，器材管理難度較大，平行班之間的協(xié)調(diào)也比較麻煩。理想化的管理方法是跟物理實驗室一樣，需要什么元件的時候可以提供什么元件。 這種模式，一般學(xué)校都做不到，因此實體機器人給我們帶來的很

6、大的壓力。仿真機器人的特點:同樣可以培養(yǎng)學(xué)生的動手能力等特點，更加突出了程序設(shè)計學(xué)習(xí)，沒有了器材的限制，沒有了管理的煩惱，我們可以更加輕松的放手教學(xué)，讓程序教學(xué)更加貼近學(xué)生的生活實際。 實踐過程中發(fā)現(xiàn)，因為智能機器人教學(xué)涉及軟件、硬件的知識較多，所以初步接觸的學(xué)生對于故障很難判斷出是程序有問題還是機器人機械方面有問題。在學(xué)生對智能機器人機械結(jié)構(gòu)方面理解不夠深刻的情況下，仿真軟件就體現(xiàn)出它的優(yōu)越性。學(xué)生濃厚的興趣是學(xué)習(xí)機器人的源動力，為了讓學(xué)生保持濃厚的興趣，對于初學(xué)者，教師可以先拋開機器人硬件方面的知識，降低難度，減少學(xué)生負(fù)擔(dān)，只要求學(xué)生在仿真軟件中完成一些比較簡單的活動，在沒有環(huán)境誤差下，引

7、導(dǎo)學(xué)生先學(xué)好程序設(shè)計。這樣一步一個腳印，從簡單到復(fù)雜，從局部到整體，不知不覺中學(xué)生學(xué)到東西了，自然他就能保持興趣來學(xué)。 3.比logo語言更加容易調(diào)試與模擬 仿真機器人平臺特點:可以將學(xué)生生活中的各種現(xiàn)象通過程序模擬實現(xiàn)，例如：“機器人巡邏員”“機器人避障”“機器人路燈” logo語言特點:有規(guī)范的語言格式，可以畫出各種各樣的圖形，突出程序設(shè)計的思維方式，包括：子程序、調(diào)用、函數(shù)、遞歸等等知識。 兩者比較之后，我們會發(fā)現(xiàn)，其實仿真機器人更受學(xué)生歡迎的真正原因是：更貼近學(xué)生的生活實際，學(xué)生可以真正的看得到摸得著。 （1）源于生活的機器人情景主題，培養(yǎng)生活化的編程思維 用生活化的情景來教學(xué)我們的機

8、器人程序設(shè)計，可以真正激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的激情，可以讓學(xué)生真正解決生活中的問題，揭示生活中的神秘現(xiàn)象。舉個簡單的例子：以前我一直以為我們家里用的那個開水煲水燒開之后自己可以跳掉，是因為震動。后來有一次，再買開水煲的時候售貨員跟我說：這個開水煲采用的是進(jìn)口的溫控器，我才恍然大悟，原來是靠溫度控制機器的，因此我把這個內(nèi)容放在課堂中，讓學(xué)生研究，我覺得很有價值，學(xué)生樂意去討論，去探索，跟我一樣很多人都認(rèn)為是震動。課后還有學(xué)生提出其他的如洗衣機控制水溫等等。這樣的課堂才是學(xué)生喜歡的課堂，具有生活意義的課堂。我們采用仿真機器人進(jìn)行課堂教學(xué)實踐，一來，解決生活中的問題，更加貼近學(xué)生的生活，如：機器人避障、機器人

9、巡邏等等，二來，可以將生活實際現(xiàn)象進(jìn)行模擬，解釋生活中的神秘科技，如，倒車?yán)走_(dá)、樓道燈、電飯鍋、空調(diào)等等。（2）基于平臺的程序模擬創(chuàng)作，激發(fā)創(chuàng)新思維的啟蒙培養(yǎng) 我們帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)智能路燈的時候，讓孩子像綜合實踐課的研究一樣，通過觀察、記錄生活中的路燈是怎樣工作的。學(xué)生通過觀察之后得出結(jié)果，是按時間來實現(xiàn)開和關(guān)，經(jīng)過小組探究討論之后，孩子們發(fā)現(xiàn)這樣的路燈設(shè)計還是有限制的，為此提出能不能用光敏傳感器控制路燈，可以根據(jù)天色的變化自動控制路燈的開關(guān)、亮度等等，這樣既可以節(jié)能又安全可靠。這難道不是創(chuàng)新不是創(chuàng)意？就是機器人程序設(shè)計帶給孩子的財富。當(dāng)然在程序結(jié)構(gòu)中也有著特殊的創(chuàng)意：有學(xué)生在研究模擬實現(xiàn)樓道燈的

10、時候，發(fā)現(xiàn)樓道路燈的片面控制，提出可以進(jìn)行多重判斷（分支嵌套）聽到聲音可以亮燈，觸碰可以亮燈，同時滿足可以亮燈。我們相信，有這樣的平臺作為創(chuàng)新支撐，我們的孩子會越來越出色的。 4.不同仿真平臺之間的辯證統(tǒng)一更加體現(xiàn)創(chuàng)新與螺旋 廣茂達(dá)仿真軟件：單機版免費使用。側(cè)重于程序流程圖，適合小學(xué)生研究學(xué)習(xí)。 特別是他的vjc1.5版本，特別適合推廣與實驗對計算機要求很低，只要windows98系統(tǒng)就可以安裝。納英特仿真軟件：六年級教參光盤中有免費版。側(cè)重于硬件搭建和程序流程圖，適合中小學(xué)生研究學(xué)習(xí)。此平臺應(yīng)該是廣茂達(dá)的一個順勢提高版本?？梢宰寣W(xué)生把程序與實體機器人結(jié)合起來。中鳴足球仿真軟件：單機版免費使用

11、。側(cè)重于數(shù)學(xué)知識的綜合運用，適合小學(xué)高段年級與中學(xué)生研究學(xué)習(xí)。對學(xué)科知識的整合非常有幫助，特別是數(shù)學(xué)、科學(xué)、體育的相關(guān)知識的綜合運用。 基于這樣的分析，我們學(xué)校采用的是三者相結(jié)合的方式，廣茂達(dá)仿真作為啟蒙程序設(shè)計，培養(yǎng)孩子對程序設(shè)計的興趣，繼而采用納英特仿真培養(yǎng)孩子的動手能力和空間想象能力，然后用中鳴的仿真軟件，進(jìn)行數(shù)學(xué)學(xué)科整合性研究。當(dāng)然，條件有限的學(xué)?？梢圆捎脧V茂達(dá)仿真平臺，它對計算機的要求也不是很高，性價比比較高。二、機器人仿真平臺應(yīng)用于小學(xué)程序設(shè)計教學(xué)的課堂組織模式1.基于生活背景實施機器人課堂的理論觀點學(xué)生能真正學(xué)到的是跟他們生活息息相關(guān)的知識，這個知識的范圍我們稱作“最近發(fā)展區(qū)域”

12、，簡稱zpd（zone of proximal development）。因此，我們的課堂需要關(guān)注學(xué)生的“zpd”：前蘇聯(lián)著名心理學(xué)家l.s.vygotsky提出：單一的教授知識是枯燥乏味的，沒有體現(xiàn)實際用處的知識是不完整的。也就是說，你如果想教學(xué)生某種知識，那么，你要能把所講授的內(nèi)容與學(xué)生的生活聯(lián)系起來，并讓學(xué)生了解到知識對于他們生活的重要性。我們深深地感覺到，在組織教學(xué)內(nèi)容的時候，要充分體現(xiàn)學(xué)生對知識的需求，再創(chuàng)設(shè)學(xué)生沒有退路的情景，讓學(xué)生對知識產(chǎn)生強烈的欲望。 2.課堂教學(xué)的準(zhǔn)備需要不斷發(fā)現(xiàn)生活中的“機器人”原理 機器人課堂教學(xué)的準(zhǔn)備工作，同樣跟其他學(xué)科一樣，需要教師對教學(xué)內(nèi)容的深入理解

13、，對教學(xué)策略的不斷改進(jìn)。這個過程中也有不同于其他學(xué)科的內(nèi)容：對機器人準(zhǔn)備，我們仿真平臺中的準(zhǔn)備主要體現(xiàn)在，學(xué)習(xí)任務(wù)與生活實際的聯(lián)系與模擬。對教師在準(zhǔn)備過程中所要注意的環(huán)節(jié)，可以用如下圖表體現(xiàn)：教學(xué)內(nèi)容準(zhǔn)備：處理教材中的任務(wù)，把教材內(nèi)容生活化，讓學(xué)生產(chǎn)生探究興趣。將情景一一羅列，把任務(wù)分解到相應(yīng)的情境中去，在完成任務(wù)的同時，逐步推進(jìn)情景角色。（1）教學(xué)主題的生活化準(zhǔn)備提出任務(wù)（來自生活）分析實現(xiàn)任務(wù)的算法用流程圖表示算法用語言表示算法調(diào)試機器人教學(xué)載體準(zhǔn)備：把生活中的情景現(xiàn)象，用機器人的程序來試驗調(diào)試，盡量做到逼真模擬。教師的準(zhǔn)備工作是一項非常復(fù)雜的工程，根據(jù)我們學(xué)校的特色，我們可以不斷地把自己

14、設(shè)計的任務(wù)安排在興趣班中進(jìn)行嘗試，從中觀察學(xué)生情況，及時反思自己的教學(xué)目標(biāo)，調(diào)整自己的教學(xué)策略。其實，如果沒有興趣班作為鋪墊，也可以將自己的設(shè)計（其中自己覺得比較難的內(nèi)容），找個別學(xué)生來問問學(xué)生的理解情況。感受很深的就是，當(dāng)我們辛辛苦苦設(shè)計的情景，學(xué)生并不感興趣，那我們再努力也是白費的。（2）教學(xué)對象的生活化預(yù)設(shè)：觀察學(xué)生活動情況，了解學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中遇到的問題和障礙進(jìn)行教學(xué)反思興趣小組活動課堂教學(xué)確定教學(xué)內(nèi)容目標(biāo)調(diào)整教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)策略和實施方法從上述圖表可以發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的興趣來源還是跟他們息息相關(guān)的生活實際，但是我們機器人教學(xué)中采用生活化的情景模擬，最好是讓學(xué)生來感受一下，看看能不能達(dá)到我們預(yù)

15、期的效果。3.課堂教學(xué)過程要不斷體驗生活中 “處理問題”的過程在整個機器人的教學(xué)過程中，學(xué)生對機器人研究的深入程度，也跟學(xué)生的生活經(jīng)驗關(guān)系密切，學(xué)生調(diào)試：在調(diào)試機器人的過程中，學(xué)生體驗到的是一種科學(xué)實驗的完整過程。（1）采用生活情景化的任務(wù)驅(qū)動推進(jìn)課堂教學(xué)把學(xué)生需要研究的主題，在我們前期準(zhǔn)本的基礎(chǔ)上賦予生活化情景，尋找生活中的實例，用藝術(shù)化的手段進(jìn)行任務(wù)包裝，我們可以參考綜合實踐教學(xué)的模式：提出問題、調(diào)查研究、分析問題、解決問題。例如我在聰明的機器人一課的教學(xué)過程，學(xué)生在學(xué)習(xí)了相關(guān)的傳感器之后，他可以利用這些傳感器解決生活中的避障問題同時學(xué)習(xí)程序設(shè)計中的分支結(jié)構(gòu)。采用生活情景化的任務(wù)驅(qū)動，讓學(xué)

16、生產(chǎn)生身臨其境的感覺，把本來就是生活中習(xí)以為常的、不需要考慮的避障問題放在課堂中進(jìn)行研究。體現(xiàn)了課堂的價值，也體現(xiàn)了學(xué)生觀察生活、體驗生活的樂趣。學(xué)生在不斷反復(fù)下面的過程：當(dāng)我們不斷發(fā)現(xiàn)生活中的程序問題的時候，我們真的進(jìn)入機器人的世界了。（2）采用生活式幫助為學(xué)生提供學(xué)習(xí)支持突破課堂難點學(xué)生在日常生活中的學(xué)習(xí)與生活，最多的還是靠主動出擊，所以在我們的課堂中也需要打破那種老師“一言堂”的模式，很多的技術(shù)難點可以讓學(xué)生在小任務(wù)解決的過程中不斷滲透，讓學(xué)生可以自發(fā)地向老師請教相關(guān)的技術(shù)，以尋求突破課堂難點的突破口。例如教學(xué)機器人走正方形一課的時候，學(xué)生對于循環(huán)結(jié)構(gòu)的調(diào)試，出現(xiàn)了瓶頸：如果采用順序結(jié)構(gòu)

17、要完成今天的任務(wù)顯然很困難，要做無限多的圖標(biāo)，這個時候?qū)W生提出：能不能采用循環(huán)的方法讓機器人不斷的巡邏？突破了課堂的難點，試想如果在普通的程序語言教學(xué)環(huán)境中學(xué)生會產(chǎn)生這樣的認(rèn)知沖突，教師的幫助會這么順其自然嗎？這就是仿真平臺帶來的便利。三、機器人仿真平臺應(yīng)用于小學(xué)程序設(shè)計教學(xué)的評價策略 教學(xué)評價是教學(xué)工作的重要組成部分，也是教學(xué)領(lǐng)域中進(jìn)行科學(xué)管理的重要手段。因此合理、有效的開展教學(xué)評價，是提高教學(xué)質(zhì)量的有效保證。一堂課的成功與否，不僅要看你的教學(xué)設(shè)計，你的教學(xué)目標(biāo)，你在課堂的表現(xiàn)，還有一個重要的因素：教學(xué)評價。它不僅可以體現(xiàn)老師駕馭課堂的能力，而且重要的是它能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。 隨著信息技術(shù)

18、課程的改革和發(fā)展，信息技術(shù)學(xué)科的教學(xué)評價成為了教學(xué)改革中亟待解決的重大問題。信息技術(shù)是一門應(yīng)用性的學(xué)科，對信息技術(shù)的教學(xué)評價，尚處于探索階段。信息技術(shù)和其他課的差異性較大，不能照搬其他學(xué)科的評價方式，而應(yīng)該有一套適合本學(xué)科特色的評價方式，要力求避免傳統(tǒng)評價中的缺陷，完善和創(chuàng)新教學(xué)評價，課堂教學(xué)評價更應(yīng)注重對學(xué)生信息素養(yǎng)和綜合能力的評價。我們應(yīng)強調(diào)評價對教學(xué)的激勵和促進(jìn)作用，弱化評價的選拔與甄別功能，在教學(xué)評價中要以促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)為原則，應(yīng)用靈活多樣的評價方式激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鼓勵學(xué)生創(chuàng)新實踐，通過評價促進(jìn)學(xué)生在原有水平上的發(fā)展。 1.評價原則：強調(diào)評價對教學(xué)的激勵、診斷和促進(jìn)作用；發(fā)揮教師在評

19、價中的主導(dǎo)作用，創(chuàng)造條件實現(xiàn)評價主體的多元化；評價要關(guān)注學(xué)生的個別差異，鼓勵學(xué)生的創(chuàng)造實踐。2.評價內(nèi)容與方式：綜合運用各種過程性評價方式，全面考察學(xué)生信息素養(yǎng)的養(yǎng)成過程；評價與教學(xué)過程相結(jié)合，動態(tài)把握、及時引導(dǎo)學(xué)生情感、態(tài)度和價值觀的形成；紙筆測驗和上機測驗相結(jié)合開展總結(jié)性評價。結(jié)合本校實際情況，我們采用的就是過程性評價和終結(jié)性評價相結(jié)合的方式，在過程性評價中讓學(xué)生能夠在每次機器人活動之后，撰寫相關(guān)的小論文小報告，并且在此過程中讓學(xué)生進(jìn)行校課題研究，把研究的成果在進(jìn)行交流匯報，針對機器人程序設(shè)計的特色，我們讓學(xué)生在研究過程中采用聽課筆記的形式不斷積累，老師同學(xué)可以隨時可以互相查閱筆記。而在終結(jié)性評價中我們采用的是上機測試和紙筆測驗相結(jié)合的模式： 通過這些評價方式，我們的孩子對機器人課堂興趣越來越濃，這個過程中我們既讓學(xué)生既有操作實踐又有紙筆書寫，也體現(xiàn)我們新課程對信息技術(shù)課程的要求。3.評價的實施：機器人課程的評價，我們一直在探索，我們覺得智能機器人課程中對學(xué)生的評價也可以包括自我評價、同學(xué)評價及教師評價。但是機器人的教學(xué)是一個實踐的活動，因此，總體評價應(yīng)該采用過程評價。因此，我們提出，智能機器人的任務(wù)完成情況評價，