“三段六环”教学模式的实践与思考

【摘要】本文介绍了童红东名师工作室的“三段六环”教学模式，无人驾驶（窄路曲行版）教学案例设计为虚拟机器人教育的教学实践提供参考，最后对“三段六环”的教学模式做出反思与展望。“三段六环”的教学模式设计与实践可以引导教师开发更丰富的课程资源，发掘更多信息科技学科内涵的思考与理念。【关键词】三段六环；虚拟机器人；教学模式“三段六环”教学模式概述根据文件《浙江省学生信息素养提升实践活动的通知》要求，各地电教馆和青少年科技协会均开展了青少年机器人竞赛活动。随着机器人竞赛的兴起，童红东名师工作室成员不仅在中小学课堂开展了机器人教育，也尝试创新教学模式，为机器人教育注入新的活力。实体机器人虽然效果不错，但很多学校设备有限，无法开展实体机器人教学。在没有经费保障的前提下，虚拟机器人教育不失为一个好的课堂教学形式。程序设计，是培养中小学生分析问题和解决问题能力的重要途径之一。因此，工作室结合基础教育信息科技课程标准，在五、六年级大力开展萝卜圈虚拟机器人教学活动。经过工作室多年的探索，我们总结和提炼了“三段六环”教学模式。所谓“三段”，就是将虚拟机器人教学分为三个阶段[1]：第一阶段是准备阶段，让学生进入活动状态，发现问题；第二阶段是学习阶段，自主或合作分析、解决问题，编写图形化程序、仿真测试，引导学生通过多样的方法培养逻辑思维能力；第三阶段是延伸阶段，鼓励学生展示和评价，制定评价指标，完善评价体系，做到真实践、真体验。所谓“六环节”，就是课堂活动通过热场、探问、讨论、实践、思辨、展评六个环节展开。“三段六环”教学模式案例本文以童红东名师工作室“三段六环”教学模式为指导，以无人驾驶（窄路曲行版）教学案例设计为例具体阐述该教学模式的实践。无人驾驶（窄路曲行版）任务要求：在一个虚拟的城市环境中，学生们需要设计一个机器人汽车，并模拟实现各种无人驾驶交通行为。針对任务要求，教师采用“三段六环”的教学模式，搭建具备实现多种功能的机器人，编写复杂的子程序调用算法，以提高学生的计算思维和问题解决能力。经过工作室成员讨论，教学内容包括搭建机器人——四轮小车，编写程序——走到路口、礼让行人、飞车、窄路曲行、走中间算法、走中间算法优化、直行和转弯，小车搭建整理一共10课时（表1）。以无人驾驶的走中间算法优化为例，课堂教学分为三个阶段：第一个阶段是让学生回顾上节课所学，发现当前这个走中间算法的缺陷，引出变量新知；第二个阶段是自主或合作分析，引导学生优化算法思路，实践仿真；第三个阶段是展示与评价，根据评价指标打分，鼓励学生发挥创意，促进思考与交流，继续优化算法。三个阶段通过下面六个环节展开。1.热场热场是具有情境性的，一是明确本节课的主题，二是激发学生兴趣，引导学生自主参与学习并能够积极思考，去获取一个有价值和意义的成果。在设计无人驾驶（窄路曲行版）课程的教学过程中，我们多以“萝卜圈无人驾驶”自制教具（图1）来创设情境，模拟过斑马线、礼让行人等。由于是算法优化课，所以我们对上节课的无人驾驶的子程序“走中间”的算法，进一步细化分析，引导学生思考回顾四轮小车如何躲开路障以及其他小车，走在赛道中间，不撞到护栏。图2呈现上节课较为严谨的电机速度赋值算法。2.探问探问是探究的起点，是一颗求知种子，教师不只是传道授业解惑，更要激励学生展开思考。想让学生有价值地思考，就要提出有价值的问题。优化算法的目的是使算法更加地简单、明了，方便阅读和记忆。当前算法最明显的问题是繁杂和冗余。学生在进行仿真调试时，需要四次修改速度和灵敏度，容易出现操作失误并浪费时间。因此，教师提出了一个问题：是否有一种办法可以一键调整我们需要修改的参数？从探问引出本节课优化算法的新知——“变量”。对于“变量”，在程序中使用一个变量时，需要在使用前声明该变量，以速度常量转换成变量为例，先声明后引用。3.讨论讨论即自主或合作的一种吸纳互补的学习方式，针对学习能力的差异，教师将学生进行项目分组，最好能根据学生的学习情况和性格特点来科学、合理地分组，保障组员的参与度和积极性。组内学生可以进行自由的讨论，找出方法和对策，解决疑问，激发学生的主动性，发掘每位学生的潜力，激发他们的探究欲望。通过讨论帮助学生快速了解变量声明、变量引用的使用方法，以及解决相关的疑问，如为何使用全局变量？使用局部变量行不行？两者有何区别？通过讨论，学生可能会构建出各种碎片化的答案。例如，全局变量可以被任何子程序使用；局部变量不行，这个速度可能别的子程序还要用；全局变量主要是为了增加函数间的数据联系；通过碎片化地吸纳互补知识，解决疑问，总结出问题的答案。4.实践讨论只能获取表面知识，学生可能了解现象但不理解原因，这显然意味着学习的深度不够。因此，必然需要一个体验、感悟的过程，引导学生理论联系实际，从实践中获得真知。由于四个机器人端口均为速度-速度差，因此，我们可以结合速度差变量和赋值语句，速度差=（左距传感器-右距传感器）÷灵敏度，这里灵敏度使用的是常量100。学生通过实践发现，在赋值语句中，速度差的大小可能出现负数或者小数，教师提醒学生回顾之前学过的知识，以及联系数学学科，类比和迁移，利用“运算模块”中的“求绝对值”和“浮点转换成整型”两个模块，可以计算出正整数的速度差值。速度差=FtoInt（Abs（左距-右距）÷100），根据括号的作用，得出图形化编程的速度差赋值。5.思辨思辨是对实践的一个有效反馈，即思考与分辨，思考实践中如何避免这种错误，以及分辨这种错误产生的原因。有些学生会在操作运算模块时受堆叠顺序的影响而出现错误。然而，通过积极参与错误的应对处理[2]，可以帮助学生培养观察意识、问题分析和解决问题的能力。本节课的重点在于变量模块的使用，通过一系列递增的问题，大部分学生能够理解变量模块的使用方法。同时，联系数学与信息科技知识的介绍使得学生更有效地理解运算模块中“求绝对值”和“浮点转换成整型”的使用方法。这个操作过程会导致公式变成：速度差=FtoInt（Abs（左距一右距÷100））。将学生的错误操作转换成公式表达，可以让学生立即理解错误的原因，即括号影响了运算顺序。因此在教学过程中可以将这种错误作为一个反面教材，加深学生对运算公式的理解。6.展评虽然无人驾驶仿真有系统分数，但学生之间存在差异，导致并非所有学生都能在规定时间内完成任务要求。这种终结性评价可能会降低基础较差学生的积极性，同时也会影响学习热情的持续。因此，萝卜圈虚拟机器人教学环节中的展评显得尤为重要，合适的评价指标体系不仅鼓舞学生，也能增强他们的自信心和创造力。本节课的展示与评价要求每组选出一名学生，讲解走中间的优化算法并展示无人驾驶仿真测试，听听大家的建议与意见[3]。同时其他组的学生可以从三个方面对该组的展示进行评分，分别是“作品的功能与性能（4分）”“完成作品过程中的技术使用和最终呈现（4分）”以及“作品的创意与个性（2分）”。详细的评价指标如表2所示。由于“创意与个性”的继续优化、创新算法相对有难度，故分值设置较低，避免学生绞尽脑汁去创新，而忽略本节知识要点。通过展评，有学生提出继续优化算法，将灵敏度作为一个变量，根据检测到的前距传感器的大小，以700为一份，把距离传感器的最大值3000划分为5份。算法无穷尽，学生将在不断的思考中提升自我，突破自我。“三段六环”教学模式反思与展望尽管“三段六环”为萝卜圈虚拟机器人课程提供了良好的教学模式，但在实践后，工作室汇总了诸多问题。例如，有些学生不习惯个性化的教学模式，所以在实施“三段六环”教学活动之前，要了解本课程学生固有的学习方法与习惯；在“讨论”环节，教师应巡视了解学生讨论的状态和过程；在教学模式实验初期，教师发现很多由于“讨论”环节讨论目标不明确而导致“实践”和“思辨”环节失败的案例，需要根据课堂突发情况，及时调整教学方式。教师可以根据教学内容和学生差异，