面向数字化学习与创新素养的虚拟机器人项目学习

戴娇丽

摘要：作者以“循迹踢球”项目为例，从项目确定、实施和升华方面探索项目学习如何助推数字化学习与创新素养的培养。

关键词：项目学习；数字化学习与创新素养；虚拟机器人

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2023）08-0047-03

《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》将数字化学习与创新作为信息科技学科四大核心素养之一，为培养符合新时代发展需求的人才做政策加持。虚拟机器人平台则为学生搭建了数字化学习环境，提供了丰富的学习资源，能使学生更加全面、系统地进行数字化学习与创新。

依托虚拟机器人培养数字化学习与创新素养具有如下优势：

①提供数字化学习体验。②提供丰富的数字化学习资源。③融入了真实的生活应用。④可即时自动评价。

面向数字化学习与创新素养的项目学习模式

数字化学习与创新素养包含运用数字化工具素养、利用数字化资源和工具解决问题的素养、利用数字化資源呈现和传递信息的素养以及利用数字化资源进行创新的素养。以项目开展学习，教师能够根据项目进程对学生的数字化学习进行正确的引导和跟踪，因此，利用项目开展学习是数字化学习与创新素养培养的有效途径，但也需要注意如下问题：

①对数字化学习资源进行选择和整合。学习资源要围绕“学习目标”选取和加工，避免无用的资源分散学生的注意力，影响学生的学习进程。

②合理设计项目实践活动。从创设情境、活动探究、分享交流、验收项目四个活动环节设计具有针对性和探究性的实践活动，培养学生的自主学习能力和团队协作能力。

③突出学生主体地位。促进学生积极主动参与到项目实践活动中，寻求解决问题的方案，最后生成项目成果，并从中收获知识、获得能力。

“循迹踢球”项目构建和实施

1.项目确定

笔者结合学校实际，借助虚拟机器人为学生搭建了编程与人工智能、物联网相结合的数字化学习平台，并对互联网和平台提供优质教育资源进行整合与开发，确定了“循迹踢球”主题项目，通过项目学习培养学生数字化学习和创新素养。

2.项目规划

“循迹踢球”项目的核心知识包括搭建机器车、选择传感器及智慧驾驶，围绕学科核心素养，把“循迹踢球”项目按照从易到难分解成三个与项目关联的驱动性问题，具体如下页表1所示。

3.项目实施

依托虚拟机器人平台，笔者将数字化学习资源进行二次开发，构建符合学生学情的主题项目，依据项目主题，设计驱动性问题，引导学生利用数字化工具和资源进行活动探究，为学生开展项目学习做支撑。

（1）视频导入，创设数字化学习环境

教师展示机器人踢球比赛视频，提出问题：机器人为什么可以按照任务路线把球踢进球门？我们能不能设计一个机器人循迹踢球的游戏？以视频导入激发学生的学习兴趣，让学生登录虚拟机器人平台，了解机器人搭建界面和可视化图形编辑界面的基本操作，为后面的项目学习做好铺垫。教师引导学生组建学习小组，使用搜索引擎查找组建机器人机械结构和动力结构需要的设备，利用表格整理搭建“循迹踢球”机器人需要解决的问题。教师为学生创设了数字化的人工智能学习环境，引导学生使用数字化工具获得并整理项目信息，培养学生信息意识及使用数字化工具获取信息、加工信息的素养。

（2）探究实验，生成项目成果

在实践中，笔者根据项目需求设置了基础试玩、晋阶挑战和综合挑战三个活动探究，引导学生在活动探究中完成项目成果。

①基础试玩：搭建我的机器人。虚拟机器人平台为学生提供了很多学习支架，教师结合项目需求，挑选了“寻找消失的轮子”“扫除障碍”和“端口是什么”三个主题试玩项目，以游戏闯关的方式锻炼学生搭建机器人的能力。在“寻找消失的轮子”主题项目中设置了缺少一个“轮子”的机器人的学习任务，学生需要从零件库中把对应的轮子找出来，进行安装和调试，在实践中掌握安装机器人的基本操作。在开展“扫除障碍”主题项目过程中，学生进一步掌握机器人零件的拆卸和安装方法，学会通过设置电机参数来提高竞赛成绩。“端口是什么”主题项目让学生认识什么是端口，掌握搭建机器人需要注意的问题和搭建技巧。通过三个游戏闯关任务，学生基本熟悉了机器人搭建的方法和技巧。

②晋阶挑战：优化我的机器人。传感器是机器人感知外部世界的重要媒介，在机器人的控制中起了非常重要的作用。在项目学习中，教师引导学生利用互联网了解不同传感器的功能和作用，结合虚拟机器人创作平台，根据“循迹踢球”项目需求，选择合适的传感器，鼓励学生在搭建作品的过程中，合理规划，充分发挥想象力、创造力和动手能力，进一步优化机器人的结构和外观，让机器人更简洁、美观及富有个性。

③综合挑战：规划机器人的行为。“循迹踢球”项目最后一步是让机器人拥有思想，让它能够学会思考和判断。一个好的程序往往蕴含了基本的计算思维要素，编写调试程序可以激发学生深入理解程序的逻辑流程、参数的含义以及程序构造。教师引导学生利用图形化编程工具编写程序，让机器人能够前进、左转和右转，根据任务要求让机器人沿线行走，直到终点碰到足球。

通过三个活动探究实验，学生运用虚拟机器人平台提供的学习支架、课程视频、网络学习资源等数字资源进行活动探究并生成项目成果，整个项目学习过程促进了学生数字化学习和创新素养的落地和发展，激发了学生的计算思维。

（3）交流分享，总结经验

以小组为单位，组织学生开展交流分享会，选一选哪组搭建的机器人更漂亮，说一说哪组搭建的机器人完整，谈一谈哪组设计的程序最高效，评一评哪组搭建的机器人和设计程序最合理。同时，开展“循迹踢球”项目竞赛，根据系统自动生成的积分排名榜了解各组学习情况，引导学生利用互联网、PPT、多媒体教学软件，分享设计理念、搭建技巧和程序设计技巧，培养学生运用数字化资源和工具表达信息的素养。

（4）项目验收，促进反思

在项目验收环节，引导学生回顾活动探究过程，在调试和完善项目成果的过程中运用PPT、表格汇总“循迹踢球”项目学习报告，促进项目学习反思，培养其利用数字化资源呈现和传递信息的素养。

（5）应用提升，发展创新能力

近几年，以“互联网+无人驾驶”为主题的竞赛项目成为热门赛事，笔者结合比赛规则和场地要求，引导学生结合遵守交通规则、安全驾驶等方面的需求，思考如何搭建具有防滑和避障功能的机器车、如何实现礼让行人和识别交通信号灯的智能驾驶、如何智能规划“无人驾驶机器车”的行为和路线，实现将已有知识向实际应用的迁移，发展计算思维和创新能力。

项目学习的升华

1.关注项目学习评价

项目学习评价以过程性评价为主，以小组自评和互评的形式从多个角度客观全面地对“循迹踢球”项目的探究过程和项目成果进行量化评价，具体如表2所示。

2.关注知识的应用与迁移

学习知识、掌握技能的目的是更好地解决实际问题，因此，在学习过程中更要注重学生知识迁移能力和高阶解决问题能力的培养。

3.关注学科核心素养的形成

要培养符合新时代要求的人才，除了发展学生的数字化学习与创新素养，还要关注学生信息意识、计算思维和社会责任意识的形成。依托虚拟机器人开展项目学习，从项目的构建、实施到升华，突出了学生的学习主体地位，体现了深度学习的目的，发展了能力，提升了素养。

结语

在教学实践中笔者发现，依托虚拟机器人创设的数字化学习环境，能有效开展人工智能项目学习活动，既节约了学习成本，又提高了学习效率，促进了学生创新能力的发展。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.义务教育信息科技课程标准（2022年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2022.

[2]约翰·杜威.民主主义与教育[M].王承绪，译.北京：人民教育出版社，1990.

本文为海南省省级规划课题“虚拟机器人在初中信息技术教学中的应用研究”（课题号：QJH202010098）的研究成果。