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以乐高EV3机器人为载体的问题解决式教学模式实践研究——以《机器人冰球》一课为例

瞿超 2022/6/7 9:10:49

   (上海市师资培训中心附属闵行实验中学 上海市闵行区 201199)
  
   摘要:机器人教育受到了国内外教育界越来越多的重视,对于基础教育领域而言,竞赛模式或兴趣小组模式依然占据绝对的主导地位,普及性的机器人教育亟待发展。本研究提出的初中机器人问题解决式教学模式的教学流程,它包含“创设情境、激趣引入、新课讲授、构建新知,突破难点、进阶提升,总结归纳、提高升华”四个过程。课堂中合理运用探究方式,实现目标性、导向性和定向性的探究以及交织性、混合性和互动性探究。机器人课程不只是教会学生怎么解决一个具体的问题,也不仅仅是教会学生怎么搭建机器人、操作编程软件,更重要的是学生对于问题解决的一般方法的理解和掌握,并较深刻的认识和领悟。
   关键词:乐高EV3 问题解决式 教学模式 课程设计
  
   乐高 EV3 机器人是乐高公司研发小组设计的第三代机器人产品。乐高机器人是最早打开中国市场的一批机器人产品,在2010年,教育部创建了技术教育创新人才培养示范基地,我校是全国示范基地校之一。我校机器人社团课程起步与2002年,大部分学生科技创意作品选用乐高第一代RCX系列制作;2011年学校引进了乐高EV3机器人作为课堂学习的教学用具,以乐高EV3机器人为载体的《我们的Robot—走进机器人世界》校本教材由上海科技教育出版社正式出版。2012年起,六年级学生每周一节机器人课属于必修课。学生通过“玩”乐高EV3 机器人,使得学校对于培养学生的素质教育更进了一步。
   机器人教育受到了国内外教育界越来越多的重视,对于基础教育领域而言,竞赛模式或兴趣小组模式依然占据绝对的主导地位,普及性的机器人教育有待发展。我们尝试了问题解决式教学模式,发现有良好的实践效果。在2022年北京冬奥会成功举办的背景下,结合学校机器人课程进行重新整合,设计了《机器人冰壶》、《机器人冰球》、《机器人高山滑雪》和《机器人短道速滑》系列课程,我就结合《机器人冰球》一课来阐释问题解决式教学模式的具体操作过程。
   一、初中机器人问题解决式教学模式的教学流程
   图1即本研究提出的初中机器人问题解决式教学模式的教学流程,该教学设计框架是在相关理论支撑下进行设计,并经过几轮实践经验的修改而完成的,它包含了“创设情境、激趣引入,新课讲授、构建新知,突破难点、进阶提升,总结归纳、提高升华”四个过程。“创设情境、激趣引入”这个环节,通常使用的方法为基于生活情境的引入;基于问题对比的引入一般是在同一个主题内容的第二节课应用,多用于引入更深入、更复杂的问题解决。“新课讲授、构建新知”和“突破难点、进阶提升”是两个连续的问题解决的过程,它既可以是一个大问题的进阶的不同阶段,也可以是两个独立的但存在前后进阶关系的小问题的解决,但无论是哪种情况,都遵循着问题解决的一般过程:明确问题—分析问题—解决问题—展示点评。其中,对于本研究中的机器人课程而言,分析问题主要是指学生利用自然语言描述问题解决的过程和思路,解决问题主要是指根据自然语言描述并编程调试与实践探索。“总结归纳、提高升华”主要是一般性方法的归纳、问题解决经验的总结以及提出更进一步的问题。
  


   图1 初中机器人问题解决式教学模式的教学流程
   二、《机器人冰球》—课的具体实施
   我校在六年级开设普及性的机器人校本课程已有接近十年的时间,过程中充分利用学校现有的机器人创新实验室(上海市首批创新实验室)以及EV3机器人相关的硬件设施,现以《机器人冰球》一课为例进行分析说明,主要解决冰球快速破门的方法。
   1.创设情境、激趣引入
   冬奥知识普及。冬奥会分七个大项:冰壶、冰球、雪车、雪橇、滑冰、滑雪和冬季两项,口诀为“两冰、两雪、两滑和一冬”便于学生记忆。教师播放冰球比赛视频,引出本课主题《机器人冰球》中重要环节:快速破门。本环节主要分为两部分,前一部分为复习巩固,主要是上节课学习的基于双电动机驱动的直行与后退程序结构。借助任务一复习上节课内容,要求小组成员熟读规则并明确分工,确保每位学生体验各种角色(1号角色编程,2号角色计时,下一项任务角色交换)如表1所示。
   表1:创设情境、激趣引入
  

   任务一探究方式属于目标性、导向性和定向性的探究。教师在学生探究开始前为了某种新的教学目标而做服务于目标的内容或者范畴的设定与指定,但对学生探究的结果并不会很明(未完,下一页

  

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