小学虚拟机器人教学任务设计有效性的思考

1、以生为本 兴趣先行小学虚拟机器人教学任务设计有效性的思考莲都外国语学校 叶国幸内容摘要：在虚拟机器人的课堂教学中，任务设计起着关键性的作用。假若任务设计得恰到好处，可以让自己舒心地上课，让孩子快乐地学习，取得事半功倍的效果，何乐而不为？本文结合杭州萝卜圈公司的3D仿真机器人软件IRobotQ3D的使用，从创设情境、贴近生活、以生为本和过程评价四个方面阐述了虚拟机器人教学中如果设计有效的任务，使学生学有所得，学的快乐。关键词 虚拟机器人 任务设计随着机器人教育的普及与推广，其在信息技术教学中的价值不断提升。在开展竞赛辅导的同时，应尽快在课堂中开展机器人教学，已经逐渐成为广大信息技术教师的共识。但

2、实体机器人昂贵的价格，成为了广大学校开展机器人教学活动的拦路虎。近年来，高仿真的3D虚拟机器人软件开始出现。虚拟机器人教学需要结合学生的学习和生活实际设计任务，让学生通过流程图式的编程方式控制机器人在虚拟环境中的运动，提高逻辑思维能力，培养分析和解决问题的能力。为希望开展机器人教学的众多学校提供了一个新的选择。笔者使用IRobotQ3D虚拟机器人软件开展了一年的教学活动，并将自己在教学中对任务设计的些许体会总结为如下四点，供大家参考。一、创设情境 激发学生兴趣现在的虚拟机器人课堂教学最常见的问题是：学案就像一部“软件说明书”，教师设计的任务更像是“说明书”的介绍与演示，而学生的操作实践则是机械

3、的重复练习。将情境教学引入任务设计当中能很好地解决这一问题。从学生的现实生活出发，在任务设计时创设一系列生活化的情境，通过学生的体验与实践，使学生懂得如何搭建简单高效的机器人，编制有效的程序来解决任务中方方面面的问题，增强对虚拟机器人的理解与感悟，进而获得情感的升华。创设有效的任务情境需要注意两点：一是要以激发学生兴趣为基础，生动具体，形象逼真，有趣味性，能有效激发学生的学习兴趣，引起探索知识的欲望，在后续操作探究教学环节中能让学生兴趣持续下去，激发思维的积极性，从而有利于学生有效完成任务。二是任务情境要以提高学生信息素养为目标，与具体的知识与技能、过程与方法相关联，切不可喧宾夺主。只有这样，

4、学生在学习过程中，才能通过完成任务，达到相应的学习目标，否则任务情境设计得再精彩也失去了应有的价值。范例一：为了使学生能最直观地了解灰度传感器的作用，一开始，我将任务设计成在一个只有简单轨迹的场地中让小车进行轨迹练习（见图1）。学生在完成任务的过程中的确能掌握部分与灰度传感器相关的知识，但任务情境比较单一，缺乏真实感、趣味性，无法保持学生的兴趣，很快学生就没有了学习的兴趣和欲望。后来，我将竞速、探险等元素融入任务设计中。在环游金字塔的任务中（见图2），要求机器人从起点出发，沿漫游路径，通过金字塔内部、转盘、翘翘板等到达终点。学生不但要搭建机器人，使其顺利到达终点，还要比赛谁的机器人用时最短。由

5、于IRobotQ3D虚拟机器人软件突出了基于物理引擎的设计，能模拟真实的物体运动以及物体的密度、质量、速度、加速度等各种现实物理属性，在发生碰撞、受力、摩擦等运动时能模拟出不同的运动效果，在任务过程中，学生还要避免机器人因速度过快等因素掉下跑道。软件创建的仿真场景中，跑道的四周包围着茫茫沙漠，远处高耸的金字塔，逼真的隧道等场景一下子吸引学生的注意力，立刻就把学生引到笔者设计的教学任务中，从而激起学生浓厚的学习兴趣和主动探究的欲望。为了完成任务，学生必须利用灰度传感器来搭建机器人，结合前几节课所学的传感器知识，才能让自己的小车顺利通过一道道关卡。这样的任务精彩不断，能持续引起学生的兴趣，使学生更

6、主动参与完成任务的操作。这样通过老师创设一定的教学情境，在有效任务的驱动下，学生利用所学的知识进行机器人知识的综合运用，同时提升了学生的机器人学习和创作能力，最终有效地培养了学生的信息素养。图1 图2二、贴近生活 联系学生实际与学生的生活相去甚远的课堂任务是很难吸引学生的。虚拟机器人教学需要结合学生的学习和生活实际设计任务，让学生通过流程图式的编程方式控制机器人在虚拟环境中的运动，提高逻辑思维能力，培养分析和解决问题的能力。因此，在虚拟机器人教学中，设计教学任务时应回归现实，突出任务的科学性，引导学生把信息技术作为获取信息、探索问题、协作解决问题的认知工具，在探索中掌握其他学科和信息技术的知识

7、，在潜移默化中培养学生科学地分析和解决问题的能力。由于早期虚拟机器人软件的各种不足，教学中设计的任务往往会忽略很多现实生活中的因素，出现机器人运动过于理想化，虚拟化的现象。使学生对所学习的物理传感器的作用不够真实、深刻。如：虚拟机器人运动时始终保持匀速，也不用考虑摩擦力和动力等。时间长了，学生容易忽视真实环境中不得不面对的摩擦力、惯性等因素。这样就切断了虚拟世界与现实世界的联系。这样的教学，不但难以达到虚拟机器人的教学目标，而且不利于学生思维严谨性和周密性的培养。范例二：在任务训练汽车驾驶员起步直行中，学生在完成任务时就发现：如果将小车速度设置过快，在起步时会小车前轮会抬起，甚至会颠簸（见图3

8、），导致改变行驶方向。于是我引导学生结合现实生活中的汽车运动，来思考小车发生这种情况的原因。经过讨论学生提出解决方案：根据现实生活中的情况，小车在起步时速度不应过快，起步稳定后，再加速就不会有小车抬头和颠簸的情况了。这时就可以将科学课中摩擦力方面的知识迁移过来。这样，通过模拟逼真的现实物理运动来促使任务回归现实，强化了现实生活中很多的不可忽视的因素，突出了科学性，大大加强了机器人教学与其它学科知识整合，同时促进学生科学素养的形成。 图3三、以生为本 重视学生操作课堂上，精心设计的情境激发出学生的探索欲后，教师不但要带领学生分析情境中需要解决的问题，讨论解决问题的方法，还要在学生的操作过程中，不

9、断巡视，及时发现问题。许多问题只有在学生亲自操作后才能发现，甚至许多教师已经讲解过的内容，学生在操作过程中，依然会出现问题，教师的适时指导在这里显得尤为重要。人与人的个体差异是客观存在的，而信息技术课堂上，学生的个体差异尤为明显。情境中遇到的问题难度不一，学生的完成情况也将出现差异。教师在巡视中要及时发现学生操作中的问题，个别问题个别辅导，具有共性的问题适时地介入并对全班进行讲解，更为重要的是要及时发现有问题却不敢提问的学生，帮助他们解决问题。不少虚拟机器人比赛的任务场景华丽，设计新颖，对学生有很大的吸引力和挑战性。但对于学生而言，在每周只有一课时的情况下，在课堂上完成这些任务显然不现实。浙江

10、省的比赛项目汽车总动员（见图4）非常有趣，由于学生练习的时间有限，有些学生一节课都无法搭建好机器人。能力强的学生，即使搭建好机器人，也由于时间的限制，很难完成这个任务。在虚拟机器人教学中，只有学生能在指定时间内能完成的任务才是有效的。因此，教师设计任务时，应充分考虑学生现有的情况，设计出贴近学生的操作能力和思维水平的任务，这样的任务才能称得上有效的课堂任务。图4于是笔者从汽车总动员中分解出适宜学生学习的攻克直角弯任务：基本任务是机器人沿着从起点开始的直道高速前进，沿途要吃尽可能多的得分体，并要使机器人顺利通过一个直角弯道，最后通过大桥到达终点。这个任务规模小，完成任务的程序比较短，容易被学生理

11、解。任务中涉及到许多学生能理解的科学原理，如惯性，重心等，符合学生的现有的文化知识结构，完成任务过程中，教师可以适时地加以总结，概括出其规律性的知识，实现从现象到本质，由感性到理性的过渡。这样的任务具有一定的可操作性，学生在操作中探求新知，实践中把握真知，学习中掌握方法，有效地帮助学生获取新知、熏陶科学情感。四、评价过程 鼓励学生创新在3D仿真虚拟机器人教学中，大部分任务都具有很强的目标导向性，学生完成任务的情况，只看运行结果就能一目了然，以致学习评价通常都采用终结性评价。由于学生之间存在差异，不是所有学生在规定时间内都能完成指定的任务，而终结性评价容易降低基础较差学生的学习积极性，也影响了任

12、务情境所激发出来的学习热情的持续效果。因此，在虚拟机器人的教学中，学习评价要在完成任务的过程中及时进行，不能等学生完成所有任务后才进行评价。范例三：笔者在设计训练汽车驾驶员这一任务中的第二课直行转弯时，只为学生提供了常规的如图5中所示程序范例。图5但是在学生的实际练习中，却意外地出现了和两种转弯路线。在发现了新方法后，笔者立刻对这几名学生进行了肯定和表扬，并请他们演示和讲解自己的程序，使他们赢得了同学的掌声。这几名学生在以后的学习中，表现的更加自信也更加努力地研究程序。可见，在教学中注重过程性评价，及时鼓励创新，肯定学生的学习成果，会对学生带来极大的鼓舞，增强学习效果。虚拟机器人教学，既有明显的程序特征又有典型的应用特点。教师不仅要根据教学目标设计有效的教学任务，还需要更多地研究虚拟机器人的教学内容，深入研究学生的身心发展特点，因材施教，努力做到让所有学生都能学有所得，让学生通过虚拟机器人的