促进“知”“行”“创”合一的中学机器人教学策略

摘要：作者提出了促进“知”“行”“创”合一的中学机器人课程教学策略（包含情境导入，激发兴趣；项目学习，科技并重；启发创意，合作探究；多元评价，反馈促学四个方面），并结合《红外传感器》一课对教学策略进行了具体说明。

关键词：“知”“行”“创”合一；机器人课程；教学策略；红外传感器

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2023）23-0000-03

“知”“行”“创”合一的教育理念是由“知行合一”教育理念拓展而来。在机器人课程中，“知”“行”“创”有其具体内涵：“知”即知识，涵盖各学科领域，是开展各种实践活动和提高创新能力的基础，主要包括学科知识（如机器人、编程知识）、跨学科知识（如机器人行走、传感器等涉及的数学、物理知识）、操作方法知识（如部件组装连接方法）等。“行”即行动或实践，是知识内化的重要途径，“行”中获得的反馈与评价也是“行”的重要组成部分，可以促进“知”的完善，指导更好地“行”，其主要包括方案设计、搭建和编程实践、作品迭代优化、来自机器人、编程平台、学习同伴、老师等的评价与反馈等。“创”即创新或创造，是在“知”和“行”基础上的新思维方式、新方法、新产品等的产生，是新时代对创新人才培养的新目标、新要求，主要指学生创新思维或创造能力的促进与提升，以及创新作品的形成。“知”“行”“创”合一，意指“知”“行”“创”之间是相互贯通的关系，并将提高学生的创新精神和创新能力作为重要教育目标。

促进“知”“行”“创”合一的中学机器人教学策略

笔者所在学校面向初一学生开设了基于开源机器人的大班化校本课程，经过多轮迭代，研究形成了较稳定的教学过程，如图1所示。下面，笔者以《红外传感器》一课为例进行具体说明。

1.情境导入，激发兴趣—为“知”“行”“创”合一奠定基础

在机器人课程中，教师要将学习内容与生活实际相联系，将学习过程与解决问题的过程融合，创设学生感兴趣的情境，激发学生自主学习的意识。

例如，在讲解《红外传感器》一课时，课前教师在门口放置了智能迎宾器，学生进门时发出声音，在学生充满好奇地进入课堂后，教师提出问题：同学们刚刚进教室时和往常有何不同？生活中还有哪些类似的“自动”感应场景？在学生回答问题后，教师进行总结并展示一些应用场景的图片。教师继续追问：它们为何能“自动”感应？师生互动后引出课题。

2.项目学习，科技并重—促进“知”“行”融合贯通

项目式学习能够突出学生学习主体性，有助于学生的深度学习和创造性学习，从而促进“知”“行”融合贯通。

例如，《红外传感器》一课中，在情境导入后，教师先介绍红外传感器相关科学知识，探讨红外传感器的检测范围，接着引导学生分析红外传感器的优缺点。在学生了解了红外传感器的工作原理后，教师引导其对项目目标进行分阶段实现，并通过实践操作解决问题，具体分为以下3个子任务。

任务1：制作红外报警器。教师先引导学生思考需要用到哪些机器人硬件，以及硬件该如何连接，再引导学生分析解决问题的程序流程，共同绘制算法流程图。在思路理清后，学生进行小组合作，完成机器人硬件连接和编程任务。

任务2：优化红外报警器—增加灯光效果。教师首先设置问题情境：报警器在黑夜鸣叫，不便于判断位置，该如何优化？然后引导学生思考并总结优化方案：需要添加什么硬件，接什么接口；程序流程图如何优化。学生结合情境合作优化报警器。

任务3：优化红外报警器—增加触碰开关。教师设置问题情境：报警器是否需要一直开着？如何添加开关？引导学生思考硬件的添加和连接，并根据红外传感器特点推理触碰传感器的特点和使用方式，进行知识迁移。师生互动改进算法流程图，最终的算法流程图如图2所示，学生分组合作完成优化任务。

3.启发创意，合作探究—促进“知”“行”到“创”的生成

在中学阶段，学生的创新创造更多的是指微创造和小创造，创造虽小，却是学生创新意识、创新能力的表现。在机器人课程中学生创意产生的源泉？大致可以摡括为以下几方面：①教师适当做引导或提供一些场景来启发学生；②学生根据学习或实践，结合生活经历，产生创意；③学生有目的地进行调查研究，突破创新。

例如，在《红外传感器》一课中，在学生完成项目任务后，教师提出拓展任务要求：利用已有器材设计个性化智能设备，填写表格并进行创作。教师提前准备部分启发案例：①夜里起床时需要摸黑开灯，真不方便！可以制作什么智能设备优化体验呢？②无人驾驶小车如何做到感知障碍物后自动停止？③屋子里没人了，风扇还开着，如何做到节能呢？学生结合教师提供的启发案例或自己的生活经历进行头脑风暴，产生可供创新创造的点，然后填写创意设计表格，以合作探究的形式进行创新创造，完成创意作品。

创意设计表格要包含以下几个要点：创意制作的设备名称、功能描述、应用场景、使用的硬件模块（可选模块包括红外传感器、触碰传感器、蜂鸣器、LED灯、风扇等）和连接端口、算法流程图。在硬件模块中，风扇的使用有两种方式，即直接开关（功率为0或255）和功率可调（功率在0～255之间），但学生并未接触过风扇，加之本课安排，因此只介绍第二种使用方式，使用方法可由蜂鸣器进行迁移。在学生完成作品的过程中，教师给予学生必要的支持和帮助。

4.多元评价，反馈促学—促进形成从“创”到“知”“行”的闭环

科学、合理的评价能够帮助学生对各环节进行梳理和修正，甚至产生新的理解与认识。在机器人课程中对学生的评价应注意以下几方面：①评价内容要多元，且重视过程性评价，评价内容包括在学习活动中的表现、学习参与度、合作态度、器材使用的规范性、基础任务和创新任务的完成情况等；②评价形式要多元，包括系统评价、同伴互评、教师评价、自我反思等；③评价和反馈要及时，且要多进行正面评价，强化学生学习动机，保持学生学习兴趣；④评价的标准可以在师生商量后结合具体情况制订。例如，在《红外传感器》一课中，笔者制订了如上表所示的评价标准，帮助学生明确目标，以评促学。

结语

促进“知”“行”“创”合一的中学机器人课程教学策略在多轮教学中得到了应用，结果显示，学生学习动机增强，学习能力、思维能力和创新能力得到了较好提升。但是，如何更好地发挥机器人课程在促进学生“知”“行”“创”合一方面的独特优势，更好地提升学生的创新意识和创新能力，还有待于进一步研究。

参考文献：

杨明全.核心素养时代的项目式学习：内涵重塑与价值重建[J].课程·教材·教法，2021，41（02）：57-63.

本文为江苏省教育科学“十三五”规划2020年度课题“中学机器人课程无边界学习方式设计研究”（编号：C-a/2020/02/05）的阶段性研究成果。