“新課標”背景下虛擬機器人項目學習的實踐探究

戴嬌麗

摘要：作者提出，在初中信息科技學科中以項目化學習推進虛擬機器人課堂教學，能讓學生充分體驗人工智能的魅力，同時滿足學生個性化的學習需求，進而充分發揮學生主體作用，更好地培養學生的核心素養。

關鍵詞：信息科技；虛擬機器人；項目學習

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2023）14-0057-03

《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》倡導真實性學習，強調按照義務教育階段學生的認知發展規律，構建以數據、算法、網絡、信息處理、信息安全、人工智能等為邏輯主線的課程結構。同時，無人駕駛汽車正從概念走向現實。為了提高學生對人工智能技術的理解，在初中信息科技課堂中引進虛擬機器人教學，能讓學生不受實體機器人購買和維修費用以及場地的限制，自由模仿生活中的真實場景進行機器人的開發與創作，培養創新能力，促進學生的全面發展。

對推進人工智能教育的普及來說，虛擬機器人項目學習具有以下幾點優勢：①減輕學校的負擔。②促進學生的個性化學習。③提高學習效率。④有利于發展學校特色課程。

虛擬機器人項目內容體系設計

為了讓學生能夠體驗貼近真實的智能設計，培養創新性人才，筆者結合“互聯網+無人駕駛”賽事規則和真實生活中的交通情境，設計了“無人駕駛”項目，項目內容體系如圖1所示。項目強調以“無人駕駛”為主線，以學生探究學習為導向，激發學生的學習興趣和協作意識，鼓勵學生運用計算思維形成解決問題的方案，構建以學生為主體的項目化探究教學系統，讓學生在完成項目的過程中發展能力，提升核心素養。

虛擬機器人項目學習課堂教學實踐

1.分析項目

虛擬機器人是一款虛實融合的在線創作平臺，為學生探索無人駕駛技術提供了仿真技術和情境，能有效激發學生想象力和創造力。在課前準備中，教師根據知識難易程度和學生的認知規律，綜合虛擬機器人平臺的學習資源進行開發和設計，將“無人駕駛”項目進行分解（如表1），把一個復雜的大項目分解成一個個融入相關知識點的小任務，再將任務分解成學生可以完成的活動，學生通過一系列的探究活動完成對應的小任務，最后生成完整的項目成果。

2.確定方案

為了讓項目能夠順利開展且如期完成，筆者根據項目設計模型制訂了項目實施方案（如表2）。本項目以10人為一個小組，分工明確又強調合作交流，在完成項目的過程中培養學生的團隊合作精神。

3.項目實施

（1）趣味入項

在此階段，教師先通過機器人送外賣的視頻，展示在生活中機器人應用帶來的優勢，接著通過微課，讓機器人小美向大家介紹“互聯網+無人駕駛”賽事舉辦的目的、發展歷程、賽事規則和要求等，以及虛擬機器人在線創作平臺各模塊的功能，讓學生感知科技進步給生活帶來的巨大變化，知道學習機器人是順應時代發展的需求，從而激發他們對科技的興趣，為后面虛擬機器人的學習奠定基礎。

（2）協作探究

在本階段，教師引導學生對完成項目需要解決的問題進行分析，并從易到難對項目任務進行細化，同時，根據教學進度安排，在不同的階段以當下需要解決的問題為驅動組織學生開展協作探究活動。

例如，在初識虛擬機器人階段，筆者選擇了“尋找消失的輪子”項目支架引導學生開展搭建機器人的活動探究。在“尋找消失的輪子”仿真場景中，學生在運行調試的過程中發現車子少了一個輪子，導致機器人無法正常行駛，為了幫助機器人順利到達終點，必須給機器人安裝上合適的輪子。教師引導學生進入到在線仿真機器人搭建平臺進行機器人的設計和組裝。在了解了零件庫中各種部件的型號、規格、名稱和作用后，學生借助教學視頻和任務說明，通過小組協作，幫助機器人尋找合適型號的輪子并安裝成功，從而掌握了端口的作用和機器人搭建技巧。

在探究階段，教師選擇了“越野挑戰賽”項目引導學生進行實驗探究。學生在課前通過教師分享的學習網站和微課了解各種傳感器的特點和功能。上課時，教師拋出問題：能不能讓機器人像人類一樣擁有感覺器官呢？想要讓機器人能夠感知并學會避讓周圍的障礙物，給機器人安裝什么樣的傳感器合適呢？學生分小組討論、分析賽事任務要求和競賽地圖，做出合理的判斷和選擇，如給機器人安裝避障傳感器可以實現禮讓行人、避讓救護車的功能，安裝光線傳感器可以實現機器人識別交通燈遵守交通規則的功能，安裝灰度傳感器可以實現機器人循跡行走的功能等。

為了讓機器人按照賽事規則完成比賽任務，還要對機器人的運動軌跡進行設計和規劃，也就是編程中的算法設計和程序編寫。虛擬機器人平臺提供了圖形化編程工具，同時提供了豐富的教學視頻和玩家分享的創作視頻，為學生的自主學習和協作學習提供了豐富的數字化學習資源。學生在探究過程中可以借鑒玩家的經驗也可以在線尋求幫助，以便順利完成學習目標，生成項目成果，體驗學習成就感，提升數字化學習能力。同時，在實施項目任務過程中教師應滲透立德樹人的教育理念，倡導學生要遵守交通規則，提高安全駕駛的意識，增強社會責任感，提升生命價值觀。

（3）分享交流

①成果展示。項目成果展示可以檢驗學生的學習情況，促進學生之間的交流學習。項目后期設計小組PK競賽活動，由勝出的隊伍分享提高競賽成績的方法，從而鍛煉學生的語言表達能力，培養學生的創新能力以及提高學生的綜合能力。

②項目學習評價。項目學習評價主要采取過程性評價和結果性評價。過程性評價主要包括機器車搭建、程序設計和小組協作；結果性評價主要包括項目完成度和創新兩方面。在本項目學習的評價中，筆者組織學生以小組自評和互評的方式，依照項目評價量化表（如表3）進行綜合評價。

（4）應用提升

在此階段，主要圍繞“互聯網+

無人駕駛”賽事項目進行針對性的賽前訓練，在充分了解賽事場景地圖、賽事規則和任務要求后，學生可以根據自己的特長和喜好盡情發揮想象力，通過機器人的外形設計展現自己獨特的風格和審美。學生還可以結合數學、物理等學科的知識儲備，改良機器人的外形并規劃最科學的運動路線。例如，在機器人外形的設計上，有的學生設計的是輕便的摩托車造型，有的學生設計的是炫酷的汽車造型，還有的學生設計的是霸氣的飛機造型，在設計創作過程中，創新思維被激發出來，展現了無窮的創意和超強的數字化學習能力。在路線的規劃上，教師引導學生結合數學知識“兩點之間線段最短”，物理知識“安裝摩擦力大的輪胎可以有效防滑”“安裝動力值大的驅動器可以給機器人提供充足的前進動力”等進行創新和創造，進一步提升學生的創新能力。

“互聯網+無人駕駛”比賽場景高度模擬了生活中真實的交通狀態，學生在訓練的過程中逐步形成了安全行駛和遵守交通規則的意識，在今后的設計和創作中筆者也會充分考慮實際的應用情況，進一步優化機器車的結構和程序，讓無人駕駛機器車能夠根據實際情況作出判斷，使其更智能，實現安全駕駛。

結束語

虛擬機器人能夠模擬真實的無人駕駛情境，為學生提供了更豐富、更有趣的學習資源。在仿真的活動場景中，學生可以更深入地探索機器人的構造、原理和技術，為個性化發展提供了更多的可能。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.義務教育信息科技課程標準（2022年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2022，4.

[2]林振華.虛擬機器人項目學習評析[J].福建電腦， 2018，34（08）：2-4.