基于云端的跨区域机器人双线融合教学的实践与研究

周小江 郑泽崇 李影 江悦呈

摘要：本研究结合新冠疫情期间线上教学实际和学生的认知规律，将现代信息技术与课程教学相融合，结合中小学智能机器人核心能力的培养成果导向理念，以教育教学实践为基础，以智能化的教学资源平台和智能终端为依托，构建了“AI机器人编程与人工智能教材”课程智慧化教学模式，促使学生基于实际工作任务自主探究学习，培育创新能力、学习能力和劳动精神，同时，实现了优质教育资源共享，为构建智能化时代教育新的优质教育资源共享提供了新的思路和途径。

关键词：云端平台;智慧教育;智能机器人;双线嵌入式教学

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2022）05-0069-03

● 前言

新冠疫情暴发后，教育部发出了“停课不停学”的通知，各地教育主管部门纷纷跟进部署，各学校充分利用互联网技术及信息技术平台开展线上教学，确保“空中课堂”正常开展。笔者所在学校也先后引入了CCTALK、钉钉等互动教育平台进行直播、录播教学，取得了良好效果，积累了丰富的经验。随着新冠疫情进入常态化，相对于传统课堂，线上线下双线融合教学课堂的优势愈发凸显。

1.云端平台的背景

2020年，深圳市入选了教育部“基于教学改革、融合信息技术的新型教与学模式实验区”和“智慧教育示范区”名单，在此环境下，深圳市云端平台应运而生（如图1）。平台集成了大量基于人工智能、互联网、物联网、大数据、云计算等新技术的应用手段，创设了“常态化、全学科、多主讲、直播互动+智能辅助”的新型教学模式;构建了“跨校组班、多师协同、最优助学、线上/线下无缝融合、自由切换”的自主学习模式;形成了“全国知名专家深度参与、市教研员驻点指导、市内名师牵头”的嵌入式教学模式。

2.跨区域机器人线上线下融合教学的背景

本研究以深圳市新安中学（集团）第一实验学校（以下简称学校）、龙岗区教师进修学校、东莞市长安二小等大湾区区域学校为例，对学校开展线上智能机器人课程跨区域双线嵌入式教学融合教学，以及依托云端平台，开展科创课程线上教学进行了探索，并以“AI机器人编程与人工智能教材”课程为例，从基础知识、实现条件、教学目标、教学活动和教学评价五个方面来分析课堂教学模式，探索教学内容、教学方法、评价方法的创新路径。

● 基于云端平台的线上线下教学特点

随着科学技术的发展及新冠疫情期间“空中课堂”的检验，线上教学已展现出其独特的优势。尤其是学校在加入深圳市云端学校后，融合了基于人工智能、互联网、物联网、大数据、云计算等新技术的应用手段，教学上实现了线上线下双线有机融合、无缝切换。图2是基于云端跨区域双线融合教学框架。

跨区域线上线下教学主要有以下特点：

一是打破传统学校的有形边界和物理空间。通过在线学习平台、互动教学平台等系统，实现一对多的远程师生互动的教学方式，提升各入驻校间的互联互通，建设泛在、沉浸式的智能教育学环境。

二是整合优质教育资源，为更多的学生群体提供优质教育服务。云端教室可以直接对直播课堂进行录制，为课后师生开展教研活动提供课堂授课回放，有力支持教育教学持续深入开展。

三是云端平台具备学生行为分析系统。通过行为分析摄像机捕捉学生上课状态，及时传送到云端学校AI超脑，通过行为分析边缘计算中心，分别就学生行为、课堂微表情、人脸识别、学生坐姿等进行数据分析，直接生成入驻班学生课堂关注度排序等数据，直接呈现在课室后方的LED显示屏上，为授课教师观察学生上课状态、及时调整授课进度提供有力决策依据。

● 基于云端平台的跨区域双线融合教学实践

在“AI机器人编程与人工智能教材”课程智慧教学模式下，本研究开展了为期半年的跨区域线上线下嵌入式教学实践。通过线上的跨区域同步课程学习，培养学生的编程与计算思维，并在以下三个方面给机器人教学基础薄弱的区域的学生与教师带来极大益处：首先是解决问题的能力，即掌握计算思维的学生能更好地知道如何克服突发困难，并且尽可能快速地给出解决方案;其次是创造性思考的能力，即掌握计算思维的学生更善于研究、收集和了解最新的信息，并运用新的信息来解决各种问题和实施各项方案;最后是独立自信的精神，即掌握计算思维的学生能更好地适应团队工作，并能在独立面对挑战时表现得更为自信和淡定。

1.跨區域线上线下教学培养实例

面对新冠疫情，作为教育主战场的校园是防疫的重点，因此线上教育应时而生，教师均成了“主播”。但机器人教学不同于常规的基础学科教学，机器人知识是跨多学科知识的综合，机器人具有明显的跨界、融合特征，融合了自动控制、人工智能、机械设计、人机交互、网络通信、仿生学等多学科技术。单一的线上授课，脱离实践操作，而机器人线上教学能很好地兼顾趣味性、多样性、延展性、创意性，机器人线下实践能够弥补学校教育中缺乏的对学生动手能力和操作能力的实训，有助于培养学生综合素质。

例如，在《节能路灯》一课的教学中，第一阶段，教师在线上先让学生确立学习目标，熟知各元器件，能够用积木搭建路灯的基本模型（如下页图3）与正确连接元器件，并进行创意设计与构思等跨区域线上同步教学。

第二阶段，各区域学校线下分别进行程序编写与设计（如图4）、节能路灯的实践操作，并进行各区域线上共享研究成果。在教学组织上，采用线上线下相结合的融合教学，课堂教学以达到传授基本的知识为目的，以适当的研讨时间培养学生认识问题和解决问题的能力。线上以项目练习、实践操作加深学生的理解，强化学生知识体系。通过布置任务让学生主动去学习知识、思考问题，并运用知识去设计方案以解决问题。

2.跨区域机器人线上线下教学模式优势

（1）教学模式的突破

线上线下嵌入式教学的实施，将基于互联网的云课堂与传统课堂相结合，使得课程的教学活动扩大到线上线下，突破了内容、时间、空间、人数的限制，构建了线下与线上优势互补共存的柔性课程。一方面，可以均衡不同地区的教育不均衡，特别是机器人教学，学校与学校之间、区域之间极不均衡，通过跨区域机器人线上线下教学，可以让机器人教育不发达的区域共享到机器人教学;另一方面，教师既能在线下利用线上资源和手段有效组织教学，又能在线上根据学生情况构建自主学习课程，并初步构建“互联网+教学做”一体化的教学模式。

（2）学习模式的优势

通过“互联网+教学”，各区域可以在机器人工作室的背景下进行跨区域的远程教学与交流，充分发挥名师的引领作用。一方面，在课程与课堂实施中每个学生都可以根据自己的专业特点、学习背景、兴趣爱好参与相关课程的学习;另一方面，不同学校的教师可以进行交流学习，形成“全国知名专家深度参与、科技名师驻点指导、区域名师牵头”的嵌入式同研同培教研模式，有力推进科技教育优质资源共建、共享。

（3）课程设计的新路径

线上线下的嵌入式教学是基于云端平台的新模式教学。通过优化线上线下的教学模式，促进课程设计的重新调整，整合教研组的优质教育资源，全方位融合线上线下教学，为更多不同区域的爱好机器人的学生群体和教师群体提供优质教育服务，利用智慧手段开辟推进基础教育优质均衡发展的新路径。

● 结语

通过实践研究，学校一方面在常态化、全学科、多主讲、直播互动+智能辅助等新型教学模式背景下，基于“互联网+”打造智能化、交互化、泛在化的教学资源平台，构建了面向跨区域学生的线上线下双线融合教学模式;另一方面结合学校在线课堂的优势，通过线上线下的学习，培养学生主动思考和学习的能力，从而使课堂教育更具有启发性、开拓性。同时，实现了优质教育资源共享，为优质教育资源共享提供了新的思路和途径。

参考文献：

[1]周天涯.基于MOOC的混合式教学模式研究[D].南京：南京邮电大学，2016.

[2]周冲.基于“互联网+”的混合式教学分析[J].阴山学刊：自然科学版，2017（02）：1-3.

[3]刘斌.基于在线课程的混合式教学设计与实践探索[J].中国教育信息化，2016（11）：81-84.

3091500589292