《模擬智能掃地機器人》微課設(shè)計

王夢怡 河北保定師范附屬學(xué)校

●特色與亮點

①開展真實性學(xué)習(xí)，教學(xué)內(nèi)容源自生活。本微課從學(xué)生的生活體驗出發(fā)，借助生活中的實例，體驗身邊的算法。從真實情境即從生活中的智能家居實例入手，通過代碼描述算法，用源碼編輯器模擬實現(xiàn)智能掃地機器人的工作過程。

②教學(xué)環(huán)節(jié)由淺入深，層層遞進(jìn)。在教學(xué)過程中設(shè)計了情境導(dǎo)入、先行組織、新知建構(gòu)、鞏固提升和復(fù)盤反思五個環(huán)節(jié)。從生活中的智能家居導(dǎo)入，吸引學(xué)生注意力，梳理了智能掃地機器人的工作流程圖。在新知建構(gòu)環(huán)節(jié)，通過逐層深入的活動，編寫代碼模擬實現(xiàn)智能掃地機器人清掃垃圾和自動更換路線的效果，培養(yǎng)了學(xué)生的計算思維和創(chuàng)新精神。

③微課設(shè)計時間短，內(nèi)容豐富但不冗余。本微課短小精悍，方便學(xué)生隨時在移動終端觀看學(xué)習(xí)。微課中用動畫模擬智能家居的執(zhí)行過程，并對計算思維進(jìn)行了完整詳細(xì)的引導(dǎo)與表達(dá)。

④角色設(shè)計生動形象，具有親和力。采用動畫視頻微課形式講解內(nèi)容，視覺沖擊力強。本微課使用教師原聲配音，拉近與學(xué)生的距離，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力。

●制作背景

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）中明顯的變化是信息科技學(xué)科從“重操作”轉(zhuǎn)為“重科技”，從“重知識”轉(zhuǎn)為“重素養(yǎng)”，讓學(xué)生能夠用符合這個時代的思維方式去思考，從而變得更加理性。

而作為數(shù)字時代的“原住民”，學(xué)生身邊已經(jīng)出現(xiàn)了很多智能家居設(shè)備，所以他們對智能家居設(shè)備并不陌生，但卻不了解其背后包含的科學(xué)原理。六年級學(xué)生思維活躍，動手操作能力較強，通過之前課程的學(xué)習(xí)，他們對源碼編輯器有一定的了解。基于以上的智能生活環(huán)境和學(xué)情基礎(chǔ)，筆者結(jié)合新課標(biāo)開發(fā)設(shè)計了大單元項目主題教學(xué)—“生活中的智能家居”。本單元共設(shè)置了四個課時，第一課時是智能空調(diào)系統(tǒng)，第二課時是模擬智能掃地機器人，第三課時是設(shè)計感應(yīng)電燈，第四課時是模擬智能電燈系統(tǒng)。本微課教學(xué)內(nèi)容選自新課標(biāo)中的“身邊的算法”模塊，遴選了科學(xué)原理與實踐并重的內(nèi)容，重點解決運用算法模擬智能掃地機器人清掃垃圾和自動更換路線的工作過程，讓學(xué)生基于真實的生活情境，面向問題、解決問題，通過編寫代碼、反復(fù)實踐，理解算法的實現(xiàn)，培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的計算思維和創(chuàng)新精神。

●設(shè)計思路及內(nèi)容結(jié)構(gòu)

1.設(shè)計思路

本課從真實情境、實際問題出發(fā)，結(jié)合生活中的智能家居實例，讓學(xué)生體會智能家居的科學(xué)原理，以真實項目驅(qū)動，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷原理運用過程、計算思維過程和數(shù)字化工具應(yīng)用過程，在問題解決過程中，將生活中真實的智能掃地機器人的過程進(jìn)行抽象、分解、建模、算法設(shè)計等，主要任務(wù)是用代碼來描述智能掃地機器人清掃垃圾和偵測移動的算法，模擬實現(xiàn)智能掃地機器人的工作過程，最后通過設(shè)計個性化作品讓學(xué)生充分施展個人創(chuàng)作思路，達(dá)到培養(yǎng)創(chuàng)新意識的目的。本微課共設(shè)計了五個教學(xué)環(huán)節(jié)（如下頁圖），依次為情境導(dǎo)入、先行組織、新知建構(gòu)、鞏固提升、復(fù)盤反思，通過層層遞進(jìn)的教學(xué)內(nèi)容，建構(gòu)知識，促進(jìn)不同層次的學(xué)生有不同程度的提高，讓每位學(xué)生都有收獲。

2.內(nèi)容結(jié)構(gòu)

（1）教學(xué)目標(biāo)

理解智能掃地機器人的工作過程，運用代碼模擬實現(xiàn)智能掃地機器人清掃垃圾、自動更換路線；通過對模擬智能掃地機器人工作過程的問題進(jìn)行抽象化并進(jìn)一步分解，進(jìn)而設(shè)計算法，形成掃地機器人清掃垃圾的設(shè)計方案；培養(yǎng)通過計算思維解決身邊問題的意識，培養(yǎng)創(chuàng)新思維與能力；落實計算思維素養(yǎng)目標(biāo)，運用計算機科學(xué)領(lǐng)域的思想方法去解決問題；落實數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新素養(yǎng)目標(biāo)，能夠根據(jù)學(xué)習(xí)需要，利用信息科技工具獲取、加工、交流學(xué)習(xí)資源。

（2）教學(xué)重難點

重點：通過算法模擬智能掃地機器人的工作過程。

難點：綜合運用代碼來設(shè)計算法，解決模擬智能掃地機器人工作過程中的問題。

（3）教學(xué)過程

①環(huán)節(jié)一：情境導(dǎo)入。

師：同學(xué)們，你家里都有哪些智能家居設(shè)備呢？

生：智能空調(diào)、智能音箱、智能掃地機器人、智能冰箱……

師：隨著科技的發(fā)展，我們生活中已經(jīng)出現(xiàn)了很多智能家居設(shè)備，這些智能家居設(shè)備的出現(xiàn)，解放了我們的雙手，也方便了我們的生活。

設(shè)計意圖：通過創(chuàng)設(shè)真實情境，從生活中的智能家居引入，讓學(xué)生在貼近生活的問題中探索新知，使學(xué)生理解在大單元項目中學(xué)習(xí)本課的目的，進(jìn)而開展有效的探究活動。

②環(huán)節(jié)二：先行組織。

教師結(jié)合流程圖描述智能掃地機器人的算法，帶領(lǐng)學(xué)生分析當(dāng)掃地機器人遇到垃圾時和遇到墻面時的動作，理解算法中的循環(huán)結(jié)構(gòu)，體會智能掃地機器人的工作過程。

設(shè)計意圖：結(jié)合流程圖分析梳理智能掃地機器人的工作過程，讓學(xué)生根據(jù)流程圖框架，整體把握程序的總體設(shè)計思路。

③環(huán)節(jié)三：新知建構(gòu)。

新知建構(gòu)環(huán)節(jié)是本微課的核心部分，共設(shè)計了三個活動。

活動一是打開素材，閱讀程序。學(xué)生打開教師提供的素材文件，通過閱讀掃地機器人角色下的已有程序，理解程序的含義；嘗試修改旋轉(zhuǎn)角度為0度、90度、180度，觀察掃地機器人的移動方向，體會源碼編輯器中各個角度的大致方向，為后續(xù)創(chuàng)作個性化作品做好鋪墊。

活動二是給掃地機器人角色編寫程序，模擬實現(xiàn)掃地機器人碰到墻面后自動更換路線的功能。筆者在設(shè)計掃地機器人的背景圖時，將墻面和地面設(shè)置為兩種不同的顏色，方便學(xué)生使用吸管功能來吸取墻面的顏色。在微課中，教師也會給學(xué)生適當(dāng)?shù)奶崾荆纭罢埻瑢W(xué)們注意觀察，墻面和地面不是一種顏色，我們可以使用偵測積木盒中某一個帶顏色的命令，試試能不能解決這個問題”。學(xué)生根據(jù)教師的提示找到偵測積木盒中的“自己碰到顏色”命令，完成程序的編寫。

活動三是給紙團(tuán)和香蕉皮角色編寫程序，讓掃地機器人實現(xiàn)清掃垃圾的功能。教師導(dǎo)入香蕉皮和紙團(tuán)角色，點擊開始運行，目前活動二的效果是掃地機器人能夠在地面上移動，但還未實現(xiàn)清掃垃圾的功能，所以本活動讓學(xué)生給紙團(tuán)和香蕉皮角色編寫程序，當(dāng)掃地機器人碰到垃圾時，讓垃圾消失，模擬清掃垃圾的效果。

設(shè)計意圖：通過三個逐層深入的活動，讓學(xué)生開展自主探究，用代碼來描述算法，模擬實現(xiàn)智能掃地機器人自動更換路線和清掃垃圾的工作過程。真實經(jīng)歷項目學(xué)習(xí)的過程，也是建構(gòu)知識的過程，可以有效培養(yǎng)學(xué)生的計算思維，提升數(shù)字素養(yǎng)與技能。

④環(huán)節(jié)四：鞏固提升。

在此環(huán)節(jié)，教師引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系現(xiàn)實生活，在現(xiàn)實生活中，家里會有沙發(fā)、桌子等物品，讓學(xué)生在素材庫中添加不同的家居角色，完成自己獨特的個性化作品。在開始制作之前，教師展示個性化作品示例，讓學(xué)生更加直觀地觀看示例，了解到掃地機器人不僅成功清掃了垃圾，還成功避開了障礙物。學(xué)生完成個性化作品，培養(yǎng)舉一反三、融會貫通的能力。

設(shè)計意圖：本環(huán)節(jié)為開放性的探究活動，通過個性化作品表達(dá)獨特的個人創(chuàng)意，給予學(xué)生自由的展示空間。

⑤環(huán)節(jié)五：復(fù)盤反思。

師：同學(xué)們，我們結(jié)合流程圖梳理了掃地機器人的工作過程，通過調(diào)整參數(shù)、編寫程序，實現(xiàn)了掃地機器人更換路線和清掃垃圾的功能，學(xué)會了用代碼來描述算法。同學(xué)們，發(fā)揮你的想象力，暢想一下智能掃地機器人未來的發(fā)展方向，如果讓你來設(shè)計，你想要設(shè)計怎樣的一款掃地機器人呢？它都可以實現(xiàn)哪些功能？你可以用自然語言、流程圖或代碼來描述算法，讓你的掃地機器人實現(xiàn)更加強大的功能。

設(shè)計意圖：梳理項目執(zhí)行的全過程，并布置項目拓展任務(wù)，使學(xué)生能夠自主建構(gòu)項目執(zhí)行框架，學(xué)會用系統(tǒng)化視角看問題。帶領(lǐng)學(xué)生逐步學(xué)會復(fù)盤反思，讓學(xué)生設(shè)計智能掃地機器人的未來創(chuàng)新功能，培養(yǎng)學(xué)生計算思維，發(fā)揚創(chuàng)新精神。

●關(guān)鍵技術(shù)處理

①豐富的畫面切換，打造沉浸式微課場景。在本微課制作中，添加了豐富的場景，并根據(jù)不同的場景，為角色添加不同的姿勢、表情等。

②精細(xì)化圖片處理，和諧統(tǒng)一微課畫面。視頻中的智能音箱、空調(diào)等圖片都是使用透明背景，用Photoshop軟件中的鋼筆工具進(jìn)行錨點描邊、選區(qū)摳圖，保存為PNG格式，再導(dǎo)入到萬彩動畫大師的工程文件中，使微課畫面整體更加和諧。

③多款軟件綜合使用，打造高品質(zhì)微課。本微課涉及的軟件有萬彩動畫大師、剪映、Photoshop、錄音機、思維導(dǎo)圖、Word等多種類型的軟件，通過多款軟件的綜合使用，努力打造高品質(zhì)微課。

●幕前幕后

前期準(zhǔn)備：在前期準(zhǔn)備中，首先擬定了微課的內(nèi)容，在原有的課程內(nèi)容基礎(chǔ)上進(jìn)行了刪減與調(diào)整，然后梳理了教師腳本和學(xué)生腳本，并為教師角色配音。

后期制作：在微課制作過程中，最初制作了精美的PPT，但為了使畫面整體更加生動有趣，又全部更改為使用萬彩動畫大師中的背景。在制作時，需要導(dǎo)入大量的圖片素材到工程文件中，因此在編輯欄中有各種素材，更改一處位置，需要調(diào)整和移動后面的全部內(nèi)容，付出了大量心血和很大的耐心。

本次活動從作品征集、作品遴選到線上成果交流、現(xiàn)場案例分享共經(jīng)歷了8個月，在這8個月的時間里，從線上課到線下課，從整節(jié)課到微課，筆者收獲滿滿，同時，筆者的教育教學(xué)水平也因此得到了提升。在今后的教育教學(xué)中，筆者將繼續(xù)科學(xué)合理地使用信息科技手段開展教育教學(xué)，探索信息科技融合課堂，將數(shù)字技術(shù)融入到教師創(chuàng)新教學(xué)實踐中，讓數(shù)字化為教育賦能。