中小学机器人教学中项目学习模式的实践

　　随着我国基础教育信息化的发展，机器人教育正越来越被人们所关注。近年来教育机器人逐步成为中小学信息技术课程和综合实践课程的良好载体。在新一轮课程改革理念的指导下，在机器人教学中开展基于项目的学习，能够转变教师的教学思想和知识结构以推动机器人教学的开展，提高教学效果。
　　1918年9月，美国著名的教育家克伯屈首次提出了项目学习的概念，引起了教育界的广泛关注和兴趣。项目学习法（Project-based Learning）是一种教和学的模式，它集中关注于某一学科的中心概念和原则，旨在学生融入有意义的任务完成过程中，让学生积极地学习、自主地进行知识的建构，以学生建构的知识和培养起来的能力为最高成就目标。项目教学是建立在学生兴趣与需要基础之上的，经有目的的活动作为教育过程的核心或有效学习的依据，它对于打破学科体系，实施跨单元、跨学科的学习具有重要作用。
　　以智能机器人为载体的教学，着眼于培养学生的综合实践能力。实践性是其本质特征之一。因此在机器人教学中应突出实践性，强调培养学生的动手能力。把项目学习引入到智能机器人综合实践课程中，能有效培养学生的动手能力、逻辑思维能力、创造能力和协作能力。智能机器人综合实践课程是一项复杂的活动，让学生在活动中掌握学习方法、制定活动计划、建立良好的工作程序是成功的必要保证。
　　教师要辅导学生设计好智能机器人活动的项目方案，方案的内容包括：项目内容、项目分析和项目流程图等。项目的实施可以分为三个智能层次。第一层智能：搜集活动——学生首先挑选项目或由教师指定项目。接着教师和学生共同讨论指导方针和时间限制，然后学生开始阅读、调查、采访和搜集实例。当学生开始认识到这些信息在逐步构建一个产品时，他们便进入第二层智能：加工活动——现在学生将完全投入到他们搜集的信息当中，并对这些信息进行分析，形成有意义的信息整体，进行综合整理以形成新思想，最终构建出产品。第三层智能：应用观点——当产品成型时，学生对产品不断地进行自我评价，从而进行调整、重建，最终来改善产品的质量。以下是笔者教学实践中的一则项目活动案例：
　　“铁路道口无人看守电子门”项目活动
　　学习对象：八年级
　　课程类型：机器人综合实践活动课
　　项目时限：６课时
　　一、项目学习情境
　　我国铁路网密布，伴随着铁路建设的发展，铁路道口交通事故频发，给人民生活和国家经济带来了巨大损失。因此，迫切需要一种经济适用，便于管理，能够进行实时监控的管理系统。
　　“门”是日常生活中极为常见的装置，如何利用机械构造原理和编程理论制造一个无人看守的电子门模型，需要同学们善于观察、开动脑筋、亲手操作。
　　二、立项目标
　　在本项目活动中，学生将熟悉杠杆、齿轮、电机、传感器等简单机械的应用，经过搭建模型、编写程序，最后完成电子门装置。该装置能根据铁路道口列车通行状态对道口进行封闭和开启通道的机械系统模型，通过可视化编程使整个系统协同工作，实现自动控制。
　　三、分组协作
　　基于项目的课堂是以学生为中心的教学模式。在这里，合作、交流和活动是不可缺少的。因此，小组活动是一种生活技能，学生在合作组中工作，开展头脑风暴、讨论、反馈、完成任务或共享资源。通过在小组中向学生提出具体的、个性化的任务，综合同伴的评价或个性化的清单，形成学生对工作和为小组作贡献的责任感。
　　四、项目实施过程
　　项目学习流程：（参见下图）
　　一层智力：收集活动
　　阅读：鼓励学生课下到图书馆、书店查阅有关机械原理方面书籍。
　　访谈：采访物理学科老师或有相关知识的人员，了解简单机械原理，思考在日常生活中的应用。
　　观看：观察不同场所的“门”的开启方式、所应用的机械装置，包括视频资料，做好笔记。
　　参观：参观铁路道口，实地考察火车通行状态。有条件的小组可将场景拍摄下来。
　　互联网搜索：在网上搜寻“电子门”所涉及的物理、计算机方面相关知识。
　　研究：将收集到的资料汇总，整理，小组成员一起讨论，列出要点，形成初步方案。
　　二层智力：加工活动
　　素描：尝试绘制要制作的“电子门”的草图，设计其结构。
　　绘画：画出力的示意图，标识应用原理。
　　计算：模型的规格，如：长、宽、高等。
　　生成：组内讨论项目实施方案，利用机器人实验室资源，收集所用组件、材料及工具。
　　制作原型：制作“铁路道口无人看守电子门”模型，配以说明。
　　三层智力：应用活动
　　尝试：编写程序，使“电子门”模型具有智能化。
　　检测：将程序下载到模型芯片上，检测效果。
　　评价：观察“电子门”整个运行过程，评价测验所得结果。
　　修改：根据评价结果进行修改，优化解决方案。
　　重复：重复检测、评价、修改阶段工作，使产品更加完善。
　　展示：各小组将最终的项目产品依次进行展示，并对构造原理，设计的独到之处进行讲解，其他小组可进行提问或提出改进意见。
　　反思：根据其他同学意见，进一步完善项目解决方案。将本项目实施过程中的感受记下来，进行总结。
　　［案例启示］从这个案例的实践中，项目学习渗透到机器人课程中来，对教学改革产生了积极的效应。
　　
　　(1)角色的转变。当教师和学生一起完成项目、进行技术的融合时，他们的角色会改变。教师的角色：教师要放弃在传统教学中的控制欲，课堂内外主要教学工作是策划促进学生自主组织操作程序和学习程序。在整个项目的过程中，教师起到辅导员和帮助者的作用，激励学生进行思考，讨论交流。学生角色：在项目中他们被鼓励去做决定，合作学习，主动学习，作公开展示活动，建构自己的知识。
　　(2)课堂教学组织形式改变。实施项目学习，打破了传统教学学科间的绝对分割，注重学科间的相互渗透，强调教学对象的手脑并用，引导学生“学会学习、学会生活、学会创造”。
　　(3)教学时空的拓展。项目学习需要学生走向社会进行调查，学习时空由课内向课外、由校内向校外拓展。
　　(4)学生的学习积极性提高。当学生经历了亲身搜集、组织信息的过程，他们将体验到作为一个胜任的、有能力的学习者的快乐。当他们看到亲手制作的产品时，他们将体验到成功的喜悦。项目学习的作用还在于它增强了学生的探究能力，激励他们学习更多的知识。