模块化思想在信息技术教学中的运用路径探析

朱慧

［摘 要］模块化思想能够将复杂问题简单化，将其运用于信息技术教学中，能够减少学生对信息技术学习的畏难情绪。教师可借助模块化思想，先分解“机器人”项目教学内容，让学生在特定的不同模块中思考、探究与创作；再引导学生从整体上把握机器人各部分组件之间的联系，帮助学生循序渐进地了解机器人，掌握机器人的构成，从而实现本节课的学习目标。

［关键词］信息技术；机器人；模块化思想

［中图分类号］ G43［文献标识码］ A［文章编号］ 1007-9068（2023）09-0080-03

《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》明确指出：“当代高速发展的信息科技对全球经济、社会和文化发展起着越来越重要的作用。义务教育信息科技课程具有基础性、实践性和综合性，为高中阶段信息技术课程的学习奠定基础。”随着科技的发展，以智能机器人为代表的智能化时代对科技人才的要求越来越高，信息科技教育的重要性不言而喻。

“机器人”项目教学走进小学信息技术课堂已经有一段时间了，其作为教材的重要组成部分，对培养学生的科学探究精神和实践能力具有重要作用。但这个内容的教学依然面临着不同程度的阻碍。主要有三：一是“机器人”项目教学对教学硬件设施有一定的要求，一些教学条件较差的学校缺乏可以让学生进行实地探究的场地和器材，导致教学无法与实际操作相结合；二是一些学校虽具备一定的实地探究条件，却缺乏与之匹配的师資力量；三是信息技术课程具有较强的科学性和系统性，而学生的认知水平有限，学习难度大，学生易产生畏难情绪。针对这些问题，笔者建议将模块化思想引入“机器人”项目教学中，有教学条件的学校及教师可以增加实地探索学习模块；没有教学条件的学校及教师可以借助视频、图片等新媒体为学生创造、模拟探索环境。

一、模块化思想的内涵

模块化思想实质上是“划片”思想，即将难度比较大的内容划分为一个个模块，教师引导学生自上而下、逐步理解每一模块，然后将各个模块联系起来，使之建立关联，最后整体把握这一内容。模块化学习的优势在于将复杂的知识简单化，有利于学生的消化吸收，不至于让学生看到一个复杂的问题就心生畏惧或毫无头绪。

将模块化思想引入小学信息技术教学中，关键在于教师要分解、细化教学内容、目标，找到各模块的断点与联系，规划好每个模块的教学步骤、方法。模块化思想在信息技术教学中的应用主要可以分为四大模块：提出问题—探究问题—建立联系—拓展应用。学生在不同的模块中进行学习，思考问题、探究问题、获取知识、创新应用，能够获得思维能力、探究能力与创造能力的发展和信息技术核心素养的提升。

二、模块化思想在“机器人”项目教学中的应用

在苏科版信息技术教材六年级上册“机器人”项目教学中，教师可以将知识内容分解为四个模块：问题分析模块、分层认知模块、建立联系模块、自主创新模块，以问题驱动学生思考，以认知支撑学生对机器人的知识体系构建，以整体思想引导学生把握机器人各组成部分之间的联系，以创新思维推动学生的机器人结构设计，充分发挥学生的信息技术与科学思维能力，以点带面，逐个突破，达到熟练掌握机器人结构及其功能、能够以科学思维设计机器人的目标。

1.确定多元目标，进入问题分析模块

在模块化思想的指导下，教师构建问题分析模块，需要将教学目标作为提出问题的基础，制订的教学目标要充分考虑学生的发展情况与学习需求，考虑学生的最近发展区范围。由于学生的主体情况不同，其最近发展区各不相同，这一点在明确教学目标时尤其需要重视。

围绕“机器人”这一项目，学生需要掌握的基础知识包括：机器人的构成、机器人的组件知识、不同组件的原理与用途等。基于此，笔者根据学生的实际情况，将教学目标确定为：第一，掌握基础知识，达成基础学习目标；第二，感受机器人的工作特点；第三，将机器人各组件与实物相对应；第四，观察机器人实物，根据结构自主设计机器人，表达设计理念。在多元目标的指导之下，笔者进一步强调“机器人的构成学习”这一任务，提出问题：“机器人有哪些构成部分？每一部分都有什么？是否可以调整？”进入问题分析模块之后，笔者引导学生分析问题、分解问题、分类项目，将复杂、笼统的问题细化，梳理各学习模块之间的逻辑关系。

学生分析笔者提出的问题，并将其分解为不同的学习模块，分别得出了结论。有的学生研究机器人的结构，得出结论：“机器人的结构分为组织部、控制部、传感器与驱动部。”有的学生分别研究机器人的组织部、传感器、控制部和驱动部，得出结论：“机器人的组织部包括头部、躯干、四肢等；机器人的传感器包括视觉传感器、声音传感器、触觉传感器、嗅觉传感器；机器人的控制部即大脑微机系统；机器人的驱动部包括马达、液压装置、空压装置。”有的学生细化对传感器的研究，得出结论：“传感器是机器人获取外部信息的装置，是机器人与外界联系的纽带。机器人装有不同类别的传感器，如温度传感器、湿度传感器、热能传感器等；若减少传感器，机器人则会缺乏某种功能。”有的学生探讨机器人的控制部，得出结论：“机器人的大脑不可以调整，大脑就是机器人的总体微机控制模块，是一套控制器。若缺乏控制器，机器人则不具备任何功能。这与我们人类的大脑相同。”

在模块化思想指导下，教师展开“机器人”项目教学。若单一学习目标无法满足学生个体的差异化需求，则可以提出符合不同学生最近发展区的教学目标，鼓励学生分解学习模块，分析问题内涵。在分解学习模块的过程中，学生分析教师提出的问题，选择自己能够回答或者乐于探索的问题进行思考，得到相应的结论，完成本节课的学习任务。这样既能够培养学生的问题分析能力，又能够锻炼学生的自主学习能力。

2.关注探究学习，进入分层认知模块

在问题分析模块中，教师引导学生将复杂问题分解成若干个小问题，促使学生明确自身的学习目标。观察学生自主分解出的问题模块及其分析结论，可以发现，这些问题及其结论都是自上而下、逐步求精的，是从整体到局部、从机器人的结构到机器人的组件的。学生对机器人的构成及设计有了基本设想，但对各结构之间的关系与局部构件的运用还需要进一步梳理，这就进入了分层认知模块。

在这一模块中，笔者引导学生根据之前的问题模块思考结论，分别从主控层、传感层、信息处理与分析层、指令执行层四个层次入手，展开分层自主探究。学生采用流程图的形式分解机器人，其思维逐渐从自然语言过渡到抽象的设计语言，有效厘清机器人各结构和具体组件之间的关系（见图1）。

在学生对机器人的整体结构形成认知后，笔者进一步深化分层认知模块，提出“三轮车机器人的结构分解”任务，目的是让学生借助已有的分层认知拓展探究。学生根据已学的知识，对三轮车机器人模型进行探究，得出若干结论：“车体、轮子、轴部分为组织部”“三轮车机器人存在微机控制芯片，能够听从口令，进行自主驱动，此为控制部”“这个三轮车机器人能够听口令，因此判断其内部具有声音传感器”“它能够自觉躲避障碍物，因此判断其内部有触觉传感器”“它能够根据外部温度与自身作业温度发出警报，因此判断其有温度传感器”“三轮车机器人能够来回移动，内部一定具有马达驱动”……在这一模块的学习中，学生对三轮车机器人进行了自主探究，根据自己的认知分解机器人，进一步加深了对机器人的理解与掌握，并初步形成了“机器人不同层级构件具备不同功能”的意识。

3.融入整体思想，进入建立联系模块

在前面的学习中，学生自上而下突破问题，分点探究相关知识，能夠了解并掌握机器人的各部分组件功能。但受“分”的思想的影响，学生无法真正理解机器人是如何在接收到指令后做出复杂动作的。这就要将整体性思想融入模块化学习中。模块化学习要分解知识而非分解思想，教师要引导学生在分点学习知识后，建立知识的整体联系，以明确机器人的动作是哪些组件配合完成的，即机器人的组织部、控制部、传感器和驱动部是如何配合完成一整套动作的。

基于此，笔者进一步强化学生整体性思想，提出问题：“三轮车机器人是如何在听到指令后一边前进、一边招手、一边唱歌的？”听到问题后，学生首先思考该指令需要机器人完成哪些动作，即“前进”“招手”“唱歌”；接着，学生运用所学知识，思考这些动作分别由机器人的哪个组件完成，即“前进”和“招手”是由机器人的躯干完成的，躯干的动作是由机器人的驱动部控制的，唱歌是由机器人的发声部（喇叭）完成的；然后，笔者让学生思考机器人如何“听”人发出的指令并将其转化成动作，即人发出指令后，机器人的声音传感器感受到声音，并将声音信息传递给控制部，控制部通过大脑微机系统计算出需要做哪些动作，然后控制相应的组件完成的相应的动作；最后，笔者引导学生将整个过程用线条串联起来，建立机器人完成复杂动作时各组件的联系，即人发出一边前进、一边招手、一边唱歌的指令—机器人的声音传感器接收到指令—机器人的控制部分析指令—机器人的驱动部通过组织部的躯干完成“前进”和“招手”的动作，发声部通过喇叭发出声音。

通过对机器人完成复杂动作的整体分析，不仅能够强化学生对机器人各部分组件功能的认知，而且能让学生树立整体意识，理解机器人各组件是各司其职、缺一不可的，机器人之所以能够顺利完成复杂动作，离不开各组件的密切配合。

4.发展学生个性，进入自主创新模块

在分层认知模块和建立联系模块中，学生对机器人进行分解再整合，形成了对机器人的分层认知和整体认知，并具备了一定的自主创新意识——了解到不同的结构可以改变机器人的功能。因此，笔者设计自主创新模块，让学生结合已学知识，设计自己想要的、功能指向不同的机器人，以进一步发展学生的信息科技素养，培养学生的自主创新能力。

在这一模块中，为了厘清学生的思路，笔者提出思考任务：“你想设计具有何种功能的机器人？这些功能需要运用到哪些组件？这些组件要如何搭配？”学生在思考的过程中明白了不同组件之间的联动与触发关系。一个学生提出：“微机系统具有信息处理能力，能够影响机器人的驱动，因此控制组件、驱动组件与组织组件之间具有联动关系。”一个学生提出：“不同的传感器具有不同的功能，包括感受温度、湿度、压力、触碰、声音、阳光等，传感器获取的信息会影响控制部中微机系统的信息分析，因此，传感器应该是机器人设计的基础，是满足功能的必要条件。”学生根据自己的设想，展开“改造三轮车机器人”活动。一个学生提出：“我想让它具有自动躲避阳光的功能，所以需要安装光感器，调整微机芯片指令为‘获取到光源信息—躲避光源，这样，三轮车机器人就具有了躲避阳光、自动行走在荫蔽区域的功能。”在这个过程中，学生充分发挥了想象力与创造力，对三轮车机器人进行改造与创新，获得创新创造能力的发展及信息科技核心素养的提升。

综上所述，在小学信息技术“机器人”项目教学中运用模块化思想，按照模块化程序进行教学设计，提出整体教学目标，根据目标提出学习问题，指向特定的学习方向，驱动学生自主思考、自主探索，这样能帮助学生在解决问题的过程中形成学习认知，进一步加深了对机器人的了解。自主创新模块活动让学生在已经掌握机器人结构的基础上进行创新设计，进一步提高了学生的自主研究能力，发展了学生的创新能力，有效培养了学生的信息科技核心素养。

［ 参 考 文 献 ］

[1] 王蕾.小学信息技术课堂中实施机器人教学的策略研究[J].中国信息技术教育，2016（9）：11-13.

[2] 过晓伟.基于模块化思想的质量管理校本行动[J].江苏教育，2019（26）：29-31.

[3] 王海芳，王荣良，李锋.模块化思想在小学机器人教学中的应用[J].中国教育信息化，2008（14）：27-28.

（责编 韦於坊 杜 华）