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基于项目式学习理念下的小学机器人教育实践探究

发表时间：2020/1/9 来源：《现代中小学教育》2019年12期作者：袁超

[导读] “教育创新的潮水涌动，是永不停息的行动迭代与思考叠加。

四川省成都市龙泉驿区龙华小学校袁超

        “教育创新的潮水涌动，是永不停息的行动迭代与思考叠加。它的方向只有一个，就是更加有效地融通各种学习方式、引进更适宜的学习内容和学习资源，让孩子们在这个深度扩展的世界里，具备真实的、面向未来的思维与能力。”随着人工智能和信息技术的发展以及教育教学理念的变革，机器人教育得到了前所未有的重视，STEAM教育和项目式学习等理念的引入,又为机器人教育的开展带来了新的方向。机器人教育引入小学，成为培养小学生综合能力、信息素养的优秀平台。
        项目式学习（project/problem based learning，PBL）是一种动态的学习方法,通过PBL学生们主动的探索现实世界的问题和挑战,在这个过程中领会到更深刻的知识和技能。它强调培养学生融会贯通、跨学科整合知识的能力。在项目式学习过程中，更能激发学习者的思考、创造力和批判精神。下面笔者谈谈在小学开展机器人教育实践的探索。
        一、学校机器人教育现状
        笔者所在学校的信息技术课是从三年级开始开设的，在学校课程设置中从未开展过机器人教育，所以学生对机器人教育是零基础的。但学校高度重视培养“未来的人”，因此对机器人教育、Steam教育是十分支持，并投入了大量的人和物，设备是十分充足的。
        二、项目引领做中学
        （一）提出问题组建团队
        以参加FLL机器人比赛为例，参加的选手由不同学段的学生组成,之前都没有学习过机器人教育的相关课程,甚至连基础编程都没学过.在这样的情况下，要组件适合的项目团队确实很困难，但办法总比困难多。第一，广泛撒网：可以选择四、五、六年级，这三段的学生认知能力、动手能力、思维能力逐渐形成，理解能力也要强一些。第二，重点选拔：根据学生自主申报，结合班主任老师、数学老师、科学老师、信息技术老师等任课教师以及学生的综合评测，选出兴趣浓厚、爱思考、爱动脑的学生，这部分学生虽然零基础，但通过项目的引领，他们能快速上手，组建成团队，通过不断解决项目问题，学会相关知识，最终完成项目。
        （二）规划方案分工协作
        团队组件好后，就要着手规划项目方案了。教师要引导学生从以下几个方面规划项目：赛场解读、机器人的实际情况、设计细节、试运行情况等方面进行。以2018年FLL项目“饮水思源”为例，老师先带领学生了解规则和赛场。FLL一场比赛时间为2分30秒。FLL比赛的场地有东西南北方向之分，按下图（图1-1）位置摆放。学生因为零基础，所以听老师讲的时候都是云里雾里的，因此，老师要给他们自我学习的时间，学生以项目组为单位,了解“什么是FLL及FLL的历史”、“如何解读规则”、“历届的项目是什么，哪些可以借鉴的”等问题。
         图1 赛场

（三）解决问题活动探究
完成项目过程中，肯定会遇到很多问题，尤其是对完全零基础的孩子来说，简直是一个接着一个问题。但教师需要始终给与他们勇气和帮助，时刻以“解决问题、完成项目”为目标，通过学习，不断克服困难。在分析“机器人的实际情况”时，首先是如何搭建机器人，孩子们从每个零件的名称入手，到看懂图纸，从简单的看图纸搭建，再到“盲搭”，这一过程学生们获得的不仅仅是某一单一的编程知识，而是融合了工程学、机械设计等多学科的知识，甚至还懂了诸如“杠杆原理”等中学物理学知识。
最终，项目团队一共使用了2000多粒乐颗粒，包含有：结构部分，连接部分和电器部分，完成了机器人的搭建。如图2、图3所示。

图2 机器人主体部分

图3 机器人策略物部分
        （四）评价反思以赛促学
        机器人搭建好之后，项目团队开始思考，如何让机器人在2分30秒的时间内精准完成所有赛场任务，取得高分.这就需要从比赛规则和编程两个方面考虑。最终，项目团队讨论得出这样的结论：在规定的时间内，尽可能多的去完成赛场上的各个任务。由于时间、精力、能力的问题，完成所有任务是非常的困难的。所以只能放弃了一部分的得分以及其他有些任务中的加分项目，在整个比赛中机器人一共出发了4次。最后通过反复的试运行,调整程序和线路，项目团队经过多次试运行最终定了方案，还分工协作：有人实施、有人测试、有人改进，临近比赛的两个月时间就是训练过程了。从机器人运行到最终比赛之间，每次试运行都会出现这样或那样的小问题，项目团队成员在这个过程中不断的去调试程序，逻辑思维能力和程序编写能力也得到了很大提升。
        与取得好成绩相比，学生们能够通过主动探索、不断熟悉、精心设计、不断调整训练，学会了团队合作、主动学习、提高了解决问题的能力，培养了学生们的计算思维和学科融合的能力，这才是最重要的！
参考文献：
[1]钟柏昌.中小学普及机器人教育可行吗[J].中小学信息技术教育,2014(1):41.
[2]钟柏昌.“四位一体”的中小学机器人教育框架设计[J].教育研究与评论(技术教育),2014,(4):52-58.