基于任务驱动的机器人教学对中学生创新能力培养的探究

摘 要：培养学生信息素养是信息课程的目标，而创新能力是信息素养的重要组成部分，在日益激烈的国际竞争中，创新能力更是提高综合国力的有效手段。本文探究如何使用任务驱动的方法，在机器人教学中激发学生的学习兴趣，培养学生的动手能力与创新能力。

关键词：任务驱动；机器人教学；创新能力

随着信息技术的高速发展，创新型人才的培养已经成为综合国力取胜的重要因素。传统的信息技术课程更加注重技能的演示与授受，学生通常被动呆板地模仿与接受知识。中学阶段是学生智力思维能力高速发展时期，也是培养创新能力的绝佳阶段，机器人课程进入中学信息技术课程，有利于利用其自身特点，打破传统教学模式，促进学生自主学习与创新探索能力的培养。

一、 基本定义与特点

（一） 任务驱动法的定义

任务驱动教学法是以学生为主体的建构主义教学法。它主张以解决问题、完成任务为主要方式，教师在整个过程中要改变传统的一味灌输示范的教学方法，把课堂还给学生，让学生成为课堂的主角，用自己已有的知识与经验思考问题，寻求解决问题的方法，更好地达到完成任务的目标。

（二） 机器人教学的特点

机器人教学具有很强的综合实践性，它主要包括机器人搭建与程序代码编写两个部分，具有以下特点：

1. 动手实践性强。以综合技能机器人为例，在机器人搭建过程中，学生需要将各个零件通过螺栓与螺丝链接在一起，各个部件要根据设计图纸或者自己的创意进行拼接，使机器人能够快捷灵活地完成任务。

2. 任务性强。机器人教学是以完成任务的形式进行，最终的评价是以完成任务的总得分来进行评定。

3. 逻辑性强。学生可以根据已学的知识和空间想象能力，设定完成任务的路线，以求能够找到最短路线，缩短完成任务时间。

二、 机器人教学对中学生创新能力培养的意义

创新思维是指以能突破常规思维的界限、使用新颖独特的方法与视角去分析与解决问题的思维过程。素质教育要求培养学生全面发展，不单单是技能的习得。

（一） 机器人教学有利于培养学生自主学习能力

机器人教学搭建到程序编写都具有很大的灵活性，要求学生可以根据实际任务要求，做出相对应的调整设计，在此过程中要求学生主动探索、自主学习，发挥学习的主体性。例如：在机器人搭建和编程过程中，由于学生基础与接受能力的差异，通常教师会采用微课的形式进行教学，而不是传统的手把手演示教学，这要求学生根据自己的实际情况与学习进度，积极主动进行学习，带着任务进行大胆探索，小组成员之间也可以互相交流探讨，共同促进学习，整个教学过程就是学生不断积极主动探索、解决疑惑、培养独立自主学习能力的过程。

（二） 机器人教学有利于培养学生创新思维

1. 抽象性思维的培养

在机器人任务完成的过程中，路线的选择与设计尤为关键，良好的设计会大大提高任务完成的质量，降低程序的繁琐性，这就要求学生有良好的空间逻辑抽象思维，在脑海中勾画出最便捷可行的路线图，例如：在巡线过程中，如遇到菱形方块，如何使机器人可以准确地巡半个菱形出此拼装块，这就需要学生应用空间逻辑思维能力，想象机器人转向的方向与角度，并对其进行顺序安排，使其可以顺利通过菱形拼装块。在完成任务的整个过程中，需要有很高的逻辑思维能力，将具体的场地抽象到脑海中，以便进行整体规划设计。

2. 批判性思维的培养

创新思维就需要在传统的基础上，不断打破常规，不受既有的框框条条的约束，敢于质疑，大胆改进。机器人教学中，由于完成任务可以有多种途径，学生可以对老师及其同学提出的方案进行反思、批判，在不断的质疑中，寻求更新更好的设计。在机器人的搭建过程中需要极大的批判思维，对原有的设计提出意见，才能不断改进创新结构，更加高效地完成任務。例如在穿越柱子的过程中，由于柱子之间的间隔比较小，机器人在穿越过程中容易将柱子碰倒，因为要求在搭建过程中尽量减小机器人体积，使其运行起来更加便捷，但不能减少其功能性，这就要求学生具有良好的批判思维能力，对机器人结构进行不断改进，在保证基础功能的前提下，使得机身更加灵巧。

（三） 机器人教学有利于培养学生创新能力

仅仅培养学生的创新思维，一切止步于思想层面是远远不够的，只有将创新思维付诸实践，在实践中检验设计的可行性，才能真正地培养学生的创新能力。机器人教学是一门实践性极强的学科，从机器人的搭建到程序路线设计，一切都要回归到实际动手活动中，只有动手尝试，才可检测创意设计是否真的可行。例如在路线设计过程中，设计拐弯角度，但是由于实际操作中的误差，可能无法检测到黑线，从而无法按照既定路线巡线，因此就需要在实践中不断测试检测，找到最佳方案。

三、 使用任务驱动法促进机器人教学过程中学生创新能力的培养

（一） 教学任务进行分层设置

目标是努力的方向与动力，任务目标设置太低容易滋生学生的骄傲自满情绪，使其停滞不前；任务目标制定的太高，容易打击学生学习的积极性，挫伤学生的自信，使其不敢继续探索。例如，在巡线任务中，由于拼装块的图形有26种，每个拼装块的巡线程序都不一样，因此在一开始的任务设置时，不可设置综合板块巡线，学生在设计程序过程中可能某一设计角度不对，就会偏离轨道，这样对学生寻找问题所在、修改、调试程序增加困难，容易打击学生的自信心。因此，任务需分层设计，由易到难，逐层加深。在巡线任务中，十字板块是最容易掌握的，一开始的场地可以全部由十字拼装块组成，教师设置出发点与终点，让学生熟练掌握十字块的通过方式。对于非十字拼装块，一开始采用分块练习，熟悉每一个非十字拼装块的巡线方法，最后再进行综合。任务设置可分为十字拼装练习→非十字拼装逐个练习→十字与简单非十字拼装组合练习→非十字拼装块组合练习→综合练习。

（二） 课堂内外布置任务进行教學

1. 课堂探究式任务设计

在机器人课堂教学中，教师提出具体任务，引导学生进行思考、探究，以达到最终解决问题的目标。在此过程中，教师起到一定的引导作用。例如在推障碍物的任务中，教师可以将障碍物放置在半圆拼装块的圆弧上，到达半圆拼装块有很多路线，要求学生以最快捷方式将障碍物推到同一拼装块的白色区域。学生可以通过小组合作探究，寻求最佳的设计，老师给出引导性意见。

2. 课外拓展性任务设计

课外拓展性任务设计就是教师在课堂教学的基础上，对任务要求难度进行进一步提高，让学生利用课外活动时间，将所学内容进行内化提高，从根本上提高学生的实际动手能力。例如在推障碍任务过程中，在课堂设计的基础上，增加障碍物的数量，分布在不同的拼装块，并要求最终能够一次性连贯编程，将所有障碍物推开。这就要求学生之间互相合作交流，不断地开拓思路，将课堂所学内容更加灵活深化地进行应用。

（三） 任务驱动教学评价

使用任务驱动法进行教学，就必须对学生的学习情况进行有效评价，才能使学生更好地认识到自己的问题所在，及时进行调整改正，促进学生不断进步。在机器人教学过程中，可以通过最终的任务得分给予总结性评价，但由于任务设置难易程度不同，必须设计合理细化的量标，在一轮任务评价过程中，要求五次测试的分数综合，在每一轮测试结束后，允许学生对程序进行调试修改，以便更好地完成任务。采用多轮叠加总分的评价制度，可以为学生提供修改调试的空间，有利于他们培养发现问题、解决问题的能力，多次成绩累加可以减少偶然性，使结果更加客观公正，有利于激发学生学习的积极性。

四、 总结

在素质教育日益发展的大环境下，机器人走进课堂是未来创新教育发展的新方向，其在培养学生动手能力和创新思维上的优势也被广泛关注。正确地设计分层任务，将学生的实际情况与具体任务相结合，利用好课堂教学和课外活动时间，并做好学生的评价工作，使机器人教学能最大限度地促进学生创新能力的发展。

参考文献：

[1]朱小蔓.将学生核心素养的发展作为小学教育的使命[J].人民教育.2015.（13）

[2]王成军.开展机器人教育培养创新能力[J].中国地质教育，2010（1）.

[3]潘瑜凤.运用“任务驱动”优化信息技术课堂[J].科学教育研究，2011，（19）：84.

作者简介：陈鸿，福建省宁德市，霞浦一中。