基于任務驅動的機器人教學對中學生創新能力培養的探究

摘 要：培養學生信息素養是信息課程的目標，而創新能力是信息素養的重要組成部分，在日益激烈的國際競爭中，創新能力更是提高綜合國力的有效手段。本文探究如何使用任務驅動的方法，在機器人教學中激發學生的學習興趣，培養學生的動手能力與創新能力。

關鍵詞：任務驅動；機器人教學；創新能力

隨著信息技術的高速發展，創新型人才的培養已經成為綜合國力取勝的重要因素。傳統的信息技術課程更加注重技能的演示與授受，學生通常被動呆板地模仿與接受知識。中學階段是學生智力思維能力高速發展時期，也是培養創新能力的絕佳階段，機器人課程進入中學信息技術課程，有利于利用其自身特點，打破傳統教學模式，促進學生自主學習與創新探索能力的培養。

一、 基本定義與特點

（一） 任務驅動法的定義

任務驅動教學法是以學生為主體的建構主義教學法。它主張以解決問題、完成任務為主要方式，教師在整個過程中要改變傳統的一味灌輸示范的教學方法，把課堂還給學生，讓學生成為課堂的主角，用自己已有的知識與經驗思考問題，尋求解決問題的方法，更好地達到完成任務的目標。

（二） 機器人教學的特點

機器人教學具有很強的綜合實踐性，它主要包括機器人搭建與程序代碼編寫兩個部分，具有以下特點：

1. 動手實踐性強。以綜合技能機器人為例，在機器人搭建過程中，學生需要將各個零件通過螺栓與螺絲鏈接在一起，各個部件要根據設計圖紙或者自己的創意進行拼接，使機器人能夠快捷靈活地完成任務。

2. 任務性強。機器人教學是以完成任務的形式進行，最終的評價是以完成任務的總得分來進行評定。

3. 邏輯性強。學生可以根據已學的知識和空間想象能力，設定完成任務的路線，以求能夠找到最短路線，縮短完成任務時間。

二、 機器人教學對中學生創新能力培養的意義

創新思維是指以能突破常規思維的界限、使用新穎獨特的方法與視角去分析與解決問題的思維過程。素質教育要求培養學生全面發展，不單單是技能的習得。

（一） 機器人教學有利于培養學生自主學習能力

機器人教學搭建到程序編寫都具有很大的靈活性，要求學生可以根據實際任務要求，做出相對應的調整設計，在此過程中要求學生主動探索、自主學習，發揮學習的主體性。例如：在機器人搭建和編程過程中，由于學生基礎與接受能力的差異，通常教師會采用微課的形式進行教學，而不是傳統的手把手演示教學，這要求學生根據自己的實際情況與學習進度，積極主動進行學習，帶著任務進行大膽探索，小組成員之間也可以互相交流探討，共同促進學習，整個教學過程就是學生不斷積極主動探索、解決疑惑、培養獨立自主學習能力的過程。

（二） 機器人教學有利于培養學生創新思維

1. 抽象性思維的培養

在機器人任務完成的過程中，路線的選擇與設計尤為關鍵，良好的設計會大大提高任務完成的質量，降低程序的繁瑣性，這就要求學生有良好的空間邏輯抽象思維，在腦海中勾畫出最便捷可行的路線圖，例如：在巡線過程中，如遇到菱形方塊，如何使機器人可以準確地巡半個菱形出此拼裝塊，這就需要學生應用空間邏輯思維能力，想象機器人轉向的方向與角度，并對其進行順序安排，使其可以順利通過菱形拼裝塊。在完成任務的整個過程中，需要有很高的邏輯思維能力，將具體的場地抽象到腦海中，以便進行整體規劃設計。

2. 批判性思維的培養

創新思維就需要在傳統的基礎上，不斷打破常規，不受既有的框框條條的約束，敢于質疑，大膽改進。機器人教學中，由于完成任務可以有多種途徑，學生可以對老師及其同學提出的方案進行反思、批判，在不斷的質疑中，尋求更新更好的設計。在機器人的搭建過程中需要極大的批判思維，對原有的設計提出意見，才能不斷改進創新結構，更加高效地完成任務。例如在穿越柱子的過程中，由于柱子之間的間隔比較小，機器人在穿越過程中容易將柱子碰倒，因為要求在搭建過程中盡量減小機器人體積，使其運行起來更加便捷，但不能減少其功能性，這就要求學生具有良好的批判思維能力，對機器人結構進行不斷改進，在保證基礎功能的前提下，使得機身更加靈巧。

（三） 機器人教學有利于培養學生創新能力

僅僅培養學生的創新思維，一切止步于思想層面是遠遠不夠的，只有將創新思維付諸實踐，在實踐中檢驗設計的可行性，才能真正地培養學生的創新能力。機器人教學是一門實踐性極強的學科，從機器人的搭建到程序路線設計，一切都要回歸到實際動手活動中，只有動手嘗試，才可檢測創意設計是否真的可行。例如在路線設計過程中，設計拐彎角度，但是由于實際操作中的誤差，可能無法檢測到黑線，從而無法按照既定路線巡線，因此就需要在實踐中不斷測試檢測，找到最佳方案。

三、 使用任務驅動法促進機器人教學過程中學生創新能力的培養

（一） 教學任務進行分層設置

目標是努力的方向與動力，任務目標設置太低容易滋生學生的驕傲自滿情緒，使其停滯不前；任務目標制定的太高，容易打擊學生學習的積極性，挫傷學生的自信，使其不敢繼續探索。例如，在巡線任務中，由于拼裝塊的圖形有26種，每個拼裝塊的巡線程序都不一樣，因此在一開始的任務設置時，不可設置綜合板塊巡線，學生在設計程序過程中可能某一設計角度不對，就會偏離軌道，這樣對學生尋找問題所在、修改、調試程序增加困難，容易打擊學生的自信心。因此，任務需分層設計，由易到難，逐層加深。在巡線任務中，十字板塊是最容易掌握的，一開始的場地可以全部由十字拼裝塊組成，教師設置出發點與終點，讓學生熟練掌握十字塊的通過方式。對于非十字拼裝塊，一開始采用分塊練習，熟悉每一個非十字拼裝塊的巡線方法，最后再進行綜合。任務設置可分為十字拼裝練習→非十字拼裝逐個練習→十字與簡單非十字拼裝組合練習→非十字拼裝塊組合練習→綜合練習。

（二） 課堂內外布置任務進行教學

1. 課堂探究式任務設計

在機器人課堂教學中，教師提出具體任務，引導學生進行思考、探究，以達到最終解決問題的目標。在此過程中，教師起到一定的引導作用。例如在推障礙物的任務中，教師可以將障礙物放置在半圓拼裝塊的圓弧上，到達半圓拼裝塊有很多路線，要求學生以最快捷方式將障礙物推到同一拼裝塊的白色區域。學生可以通過小組合作探究，尋求最佳的設計，老師給出引導性意見。

2. 課外拓展性任務設計

課外拓展性任務設計就是教師在課堂教學的基礎上，對任務要求難度進行進一步提高，讓學生利用課外活動時間，將所學內容進行內化提高，從根本上提高學生的實際動手能力。例如在推障礙任務過程中，在課堂設計的基礎上，增加障礙物的數量，分布在不同的拼裝塊，并要求最終能夠一次性連貫編程，將所有障礙物推開。這就要求學生之間互相合作交流，不斷地開拓思路，將課堂所學內容更加靈活深化地進行應用。

（三） 任務驅動教學評價

使用任務驅動法進行教學，就必須對學生的學習情況進行有效評價，才能使學生更好地認識到自己的問題所在，及時進行調整改正，促進學生不斷進步。在機器人教學過程中，可以通過最終的任務得分給予總結性評價，但由于任務設置難易程度不同，必須設計合理細化的量標，在一輪任務評價過程中，要求五次測試的分數綜合，在每一輪測試結束后，允許學生對程序進行調試修改，以便更好地完成任務。采用多輪疊加總分的評價制度，可以為學生提供修改調試的空間，有利于他們培養發現問題、解決問題的能力，多次成績累加可以減少偶然性，使結果更加客觀公正，有利于激發學生學習的積極性。

四、 總結

在素質教育日益發展的大環境下，機器人走進課堂是未來創新教育發展的新方向，其在培養學生動手能力和創新思維上的優勢也被廣泛關注。正確地設計分層任務，將學生的實際情況與具體任務相結合，利用好課堂教學和課外活動時間，并做好學生的評價工作，使機器人教學能最大限度地促進學生創新能力的發展。

參考文獻：

[1]朱小蔓.將學生核心素養的發展作為小學教育的使命[J].人民教育.2015.（13）

[2]王成軍.開展機器人教育培養創新能力[J].中國地質教育，2010（1）.

[3]潘瑜鳳.運用“任務驅動”優化信息技術課堂[J].科學教育研究，2011，（19）：84.

作者簡介：陳鴻，福建省寧德市，霞浦一中。