IRobotQ3D虛擬機(jī)器人課堂教學(xué)的實(shí)踐與探索

1、    irobotq3d虛擬機(jī)器人課堂教學(xué)的實(shí)踐與探索    馬瑞麗隨著智能技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人教育走進(jìn)課堂，給信息技術(shù)基礎(chǔ)教育帶來(lái)了新的活力。為了創(chuàng)新中小學(xué)信息技術(shù)課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式，我們將機(jī)器人教育與irobotq3d結(jié)合起來(lái)，對(duì)其進(jìn)行了一些有益的嘗試和探索。同時(shí)，我校也被定為小學(xué)六年級(jí)開展“l(fā)ogo語(yǔ)言”“虛擬仿真機(jī)器人”及“實(shí)物機(jī)器人”整合教學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)學(xué)校。 任務(wù)設(shè)計(jì)，以生為本，突破難點(diǎn)，先分后合任務(wù)設(shè)計(jì)要始終堅(jiān)持以學(xué)生為本，盡可能做到符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，考慮到他們的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)、生活實(shí)際和情感需求。在虛擬機(jī)器人課堂教學(xué)中，教師應(yīng)先分析教學(xué)目標(biāo)

2、和教學(xué)要求，然后將其巧妙地融入任務(wù)設(shè)計(jì)之中，并系統(tǒng)地進(jìn)行規(guī)劃，分步驟地組合，采用循序漸進(jìn)的策略，突破學(xué)習(xí)難點(diǎn)，分解學(xué)習(xí)任務(wù)。這樣久而久之，學(xué)生就能逐步掌握攻破學(xué)習(xí)難點(diǎn)的科學(xué)方法，有利于提高學(xué)生邏輯思維能力、規(guī)劃能力及分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。例如，在進(jìn)行輪式車形機(jī)器人的搭建任務(wù)中，如果讓學(xué)生直接完成，還是存在一定的困難。于是，我根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，將大任務(wù)分解成若干小任務(wù)，如先完成一個(gè)右驅(qū)觀察裝置的搭建，并將它創(chuàng)建成模板等。然后采用同桌分工合作的辦法，讓其分別負(fù)責(zé)機(jī)器人另一個(gè)右驅(qū)動(dòng)裝置的構(gòu)建和輔助輪裝置的構(gòu)建。這樣從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從局部到整體，最終完成整個(gè)輪式車形機(jī)器人的搭建。這樣做可以將難點(diǎn)分

3、散破解，比直接完成綜合性任務(wù)更為有效。同時(shí)，學(xué)生因成功完成前面的任務(wù)而享受到成功的喜悅，會(huì)更加努力地完成后面的任務(wù)。 創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)生興趣教學(xué)任務(wù)要具有情境性，我認(rèn)為其中主要包括兩層含義：一是任務(wù)情境的創(chuàng)設(shè)，要與學(xué)生的生活、學(xué)習(xí)緊密結(jié)合才有意義，要能起到調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)積極思考與探究的作用；二是任務(wù)情境的創(chuàng)設(shè)，要完整易懂，生動(dòng)具體，形象逼真，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，通過(guò)完成任務(wù)而獲取一個(gè)有價(jià)值和有意義的成果。例如，在“安全出站”任務(wù)中，我是這樣創(chuàng)設(shè)情境的：教師先出示由irobotq3d提供的名為“安全出站”的仿真場(chǎng)地，場(chǎng)景是一個(gè)公交車站，要求汽車機(jī)器人從起始位置沿箭頭所示方向駛出，先到達(dá)藍(lán)色檢修臺(tái)

4、上進(jìn)行檢修，完成檢修后駛出紅色出站口。然后提示任務(wù)：假如你是一名公交車司機(jī)，打算怎樣駕駛你的公交車駛出站口呢？這樣從學(xué)生的現(xiàn)實(shí)生活出發(fā)，在任務(wù)設(shè)計(jì)時(shí)創(chuàng)設(shè)生活化的情境，能讓學(xué)生積極思考、參與、討論，一起進(jìn)行任務(wù)分析，從而說(shuō)出用自然語(yǔ)言表示的算法設(shè)計(jì)，自然而然過(guò)渡到logo語(yǔ)言編程。最后教師可以及時(shí)引申到仿真平臺(tái)編程的算法設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)。學(xué)生通過(guò)體驗(yàn)與實(shí)踐，懂得不僅要搭建簡(jiǎn)單高效的機(jī)器人，還要編制有效的程序來(lái)解決任務(wù)中方方面面的問(wèn)題，增強(qiáng)了對(duì)虛擬機(jī)器人的理解與感悟，激發(fā)了學(xué)習(xí)機(jī)器人的熱情。 貼近生活，聯(lián)系實(shí)際，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)地分析和解決問(wèn)題的能力在虛擬機(jī)器人教學(xué)中，設(shè)計(jì)教學(xué)任務(wù)時(shí)應(yīng)回歸現(xiàn)實(shí)，突出任務(wù)

5、的科學(xué)性，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生把信息技術(shù)作為獲取信息、探索問(wèn)題、協(xié)作解決問(wèn)題的認(rèn)知工具，在探索中掌握其他學(xué)科和信息技術(shù)的知識(shí)，在潛移默化中培養(yǎng)他們科學(xué)地分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。例如，在“安全出站”任務(wù)中，學(xué)生在完成任務(wù)時(shí)發(fā)現(xiàn)，從起始位置向前直接駛往直角彎道時(shí)，車子反而會(huì)跑偏，甚至?xí)嶔?。如果將小車轉(zhuǎn)彎角度設(shè)置成90度直角，也會(huì)改變行駛方向。于是，我引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合現(xiàn)實(shí)生活中的汽車運(yùn)動(dòng)，來(lái)思考小車發(fā)生這種情況的原因。學(xué)生通過(guò)討論提出解決方案：根據(jù)現(xiàn)實(shí)生活中的情況，由于小車在行駛過(guò)程中會(huì)受實(shí)際環(huán)境的影響，如自身慣性等，所以需要給出0.5秒的等待時(shí)間，讓機(jī)器人電動(dòng)機(jī)改變運(yùn)動(dòng)方向，這樣就不會(huì)出現(xiàn)顛簸和偏離的情況

6、了。同時(shí)，還可以將科學(xué)課中摩擦力方面的知識(shí)遷移過(guò)來(lái)，得出在仿真環(huán)境中“rt”命令的參數(shù)值不一定是90度，應(yīng)根據(jù)實(shí)際路況及機(jī)器人驅(qū)動(dòng)器性能等因素，進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚＿@樣通過(guò)模擬逼真的現(xiàn)實(shí)物理運(yùn)動(dòng)，強(qiáng)化了現(xiàn)實(shí)生活中很多不可忽視的因素，突出了科學(xué)性，大大加強(qiáng)了機(jī)器人教學(xué)與其他學(xué)科的知識(shí)整合，促進(jìn)了學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的形成。 虛實(shí)結(jié)合，促生實(shí)踐，提升學(xué)生綜合能力和素養(yǎng)虛擬機(jī)器人教學(xué)，可以幫助學(xué)生通過(guò)編制程序控制機(jī)器人在虛擬環(huán)境中的運(yùn)動(dòng)，來(lái)學(xué)習(xí)科學(xué)而高效的思維方式，從而提高邏輯思維能力、規(guī)劃能力。然而，機(jī)器人仿真畢竟是在計(jì)算機(jī)上構(gòu)建虛擬機(jī)器人和虛擬環(huán)境，編寫虛擬機(jī)器人的程序，這會(huì)使機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)于理想化，學(xué)生與仿

7、真機(jī)器人頻繁接觸，也會(huì)忽視仿真世界與客觀世界的聯(lián)系。這樣的話，不但難以達(dá)到仿真機(jī)器人的教學(xué)目的，而且不利于學(xué)生思維嚴(yán)謹(jǐn)性和周密性的培養(yǎng)，也不利于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的形成。因此，我在課堂教學(xué)過(guò)程中堅(jiān)持運(yùn)用“虛實(shí)結(jié)合”的方法，開展實(shí)體機(jī)器人教學(xué)，來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力。根據(jù)機(jī)器人的教學(xué)特點(diǎn)，我把每一單元的任務(wù)都分解為四個(gè)步驟：任務(wù)分析、搭建機(jī)器人、設(shè)計(jì)程序、調(diào)試修改機(jī)器人結(jié)構(gòu)或程序。對(duì)于每一個(gè)機(jī)器人項(xiàng)目，都要仔細(xì)分析其所要達(dá)到的要求、可以利用哪些傳感器、機(jī)器人的結(jié)構(gòu)要如何設(shè)計(jì)等，然后根據(jù)設(shè)想搭建好機(jī)器人，編制程序并下載運(yùn)行。這一般要經(jīng)過(guò)多次的調(diào)試修改才能取得成功。這樣，學(xué)生通過(guò)主動(dòng)探索、動(dòng)手實(shí)踐，親身體驗(yàn)

8、了如何將抽象的理論變成觸手可及的答案的過(guò)程，培養(yǎng)了多方面的能力和素養(yǎng)。 以生為本，重視學(xué)生操作，關(guān)注學(xué)生個(gè)體差異課堂上，教師在精心設(shè)計(jì)的情境激發(fā)出學(xué)生的探索欲后，不但要帶領(lǐng)學(xué)生分析情境中需要解決的問(wèn)題，討論解決問(wèn)題的方法，還要在學(xué)生的操作過(guò)程中，不斷巡視，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。因?yàn)樵S多問(wèn)題只有在學(xué)生親自操作后才能發(fā)現(xiàn)，甚至對(duì)教師已經(jīng)講解過(guò)的許多內(nèi)容，學(xué)生在操作過(guò)程中，依然會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，此時(shí)教師的適時(shí)指導(dǎo)就顯得尤為重要。在信息技術(shù)課堂上，學(xué)生的個(gè)體差異尤為明顯，如不同學(xué)生對(duì)機(jī)器人的認(rèn)知程度不一樣，另外，學(xué)生個(gè)體之間也存在一定的差異，如男生女生動(dòng)手能力的差異、性格的差異、邏輯思維能力的差異等，這些都直接決定學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效果。例如，實(shí)體機(jī)器人教學(xué)涉及機(jī)械結(jié)構(gòu)方面的知識(shí)及動(dòng)手組裝，如果學(xué)生對(duì)這方面理解不夠深刻，加上時(shí)間倉(cāng)促，就會(huì)影響教學(xué)效果，導(dǎo)致部分學(xué)生畏難而退，失去學(xué)習(xí)的興趣。因此，教師在巡視中要及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生操作中的問(wèn)題，個(gè)別問(wèn)題個(gè)別輔導(dǎo)，具有共性的問(wèn)題適時(shí)地介入并在全班進(jìn)行講解，更重要的是要及時(shí)發(fā)現(xiàn)有問(wèn)題卻不敢提問(wèn)的學(xué)生，幫助他們解決問(wèn)題。同時(shí)，在設(shè)計(jì)任務(wù)時(shí)應(yīng)以學(xué)生為本，設(shè)計(jì)適合不同層次的學(xué)生的任務(wù)，這樣不僅能調(diào)動(dòng)學(xué)生積極參與的熱情，還能滿足他們強(qiáng)烈的求知欲望?？傊?，虛