巧借機器人仿真平臺,拓展小學程序設計教學

1、目錄巧借機器人仿真平臺,拓展小學程序設計教學 . 1 一、機器人仿真平臺應用于小學程序設計教學的理性思考. 1 1. 適合小學生的年齡特征與知識儲備. 12. 比實體機器人更加易于推廣與實踐. 23. 比 logo 語言更加容易調(diào)試與模擬. 34. 不同仿真平臺之間的辯證統(tǒng)一更加體現(xiàn)創(chuàng)新與螺旋. 4二、機器人仿真平臺應用于小學程序設計教學的課堂組織模式 . 4 1. 基于生活背景實施機器人課堂的理論觀點. 42. 課堂教學的準備需要不斷發(fā)現(xiàn)生活中的“機器人”原理. 43. 課堂教學過程要不斷體驗生活中“處理問題”的過程. 5三、機器人仿真平臺應用于小學程序設計教學的評價策略. 6 602 班“

2、我們的機器人伙伴”項目登記表 . 8 參考文獻：. 9 巧借機器人仿真平臺,拓展小學程序設計教學 摘要 信息技術課堂中遍地可見的是計算機軟件的培訓與探索，真正體現(xiàn)信息技術學科特色的程序設計在小學階段處于很低的地位，機器人的進入，讓程序設計教學插上了飛翔的翅膀，特別是機器人仿真平臺的引進讓我們的程序設計不再拘泥于城鎮(zhèn)學校，條件艱苦的農(nóng)村學校也可以開展機器人程序教學。然而，當我們看到機器人這個特殊的課堂教學平臺的亮麗風景的同時，我們還在思考：機器人仿真平臺是否適合小學程序設計教學？機器人仿真平臺應用于小學程序設計教學該怎樣組織課堂？機器人仿真平臺使用之后怎樣對學生進行評價？本文就以這樣的思路，談談

3、我對機器人仿真平臺在小學程序設計教學中的探索與實踐。 關鍵詞 機器人仿真平臺程序設計教學程序設計是中小學信息技術學科教育的重要內(nèi)容之一。早在上世紀80 年代初鄧小平就指示：計算機普及要從娃娃抓起，由此揭開了我國中小學開展計算機教育的序幕，而當時受機器條件的限制，教學主要是以程序設計為主，包括學習basic語言，后來又增加了 logo 語言，如今，借助了機器人、機器人仿真平臺，為程序設計在小學信息技術教學中帶來鮮活的源泉。一、機器人仿真平臺應用于小學程序設計教學的理性思考 1.適合小學生的年齡特征與知識儲備程序設計的學習需要學生的生活經(jīng)驗作為基礎，包括學生對問題的分析、解決問題的能力，都會影響程

4、序?qū)W習的積極性。小學生的思維從以具體形象思維逐步向以抽象邏輯思維過渡，但他們的抽象邏輯思維在很大程度上仍是直接與感性經(jīng)驗相聯(lián)系的，具有很大成分的直觀性。低年級學生在不能直接觀察到事物特征的情況下，對某些概念進行概括會感到困難。而到了高年級，他們則開始能夠依靠表現(xiàn)一定數(shù)量關系的詞語來進行概括。而且隨著年齡的增長，他們掌握概念中直觀、外部特征的成分逐漸減少，而掌握抽象、本質(zhì)特征的成分不斷增多。我們的機器人仿真平臺，可以為學生在程序設計這個抽象思維中，提供這樣的從直觀到抽象的模擬過程，符合學生的心理特征與年齡特征。曾經(jīng)也有學者提出“程序設計教學越早越好”。在機器人程序設計的推進過程中，很多教師都有這

5、樣一種體會，只要內(nèi)容和教法適當，程序設計入門，初中學生比高中學生容易，甚至高年級小學生比初中學生容易，最困難的是成年人。但我個人認為也不能太早。必須切合學生的學習實際，跟學校信息技術教學整體協(xié)同，不過我們可以在早期的機器人課堂教學采用實體機器人，進行搭建研究學習，簡單介紹相關機械原理，培養(yǎng)孩子的動手能力。根據(jù)我校實際情況，我們的做法：三年級初步接觸了解什么是機器人、四年級簡單了解機器人程序、五年級運用機器人仿真平臺設計程序模擬生活中的簡單任務，六年級第二學期開始系統(tǒng)學習機器人仿真平臺下的程序設計相關知識。實際上，機器人仿真平臺教學，使程序設計教學能更突出“算法”（解決問題的方法）的學習，使“算

6、法”變得直觀而形象，大大提高了學生對學習的投入度，有利于學生思維能力、 整體規(guī)劃的能力、 解決問題的能力、 連續(xù)運用推理的能力、 合作溝通能力、動手能力、創(chuàng)新能力的提高。這些年來的實踐證明，采用這樣的機器人課堂教學梯度鋪墊策略，有利于學生興趣的培養(yǎng)，同時也符合學生的認知規(guī)律層層遞進。 2.比實體機器人更加易于推廣與實踐實體機器人的價值（優(yōu)勢） ：機器人學習對學生的動手能力、空間想象能力、創(chuàng)造性思維，分析問題、解決問題的能力的培養(yǎng)有獨特的作用，但是實際使用過程中也遇到了困難：機器人價格昂貴，器材管理難度較大，平行班之間的協(xié)調(diào)也比較麻煩。理想化的管理方法是跟物理實驗室一樣，需要什么元件的時候可以提

7、供什么元件。這種模式，一般學校都做不到，因此實體機器人給我們帶來的很大的壓力。仿真機器人的特點 : 同樣可以培養(yǎng)學生的動手能力等特點，更加突出了程序設計學習，沒有了器材的限制，沒有了管理的煩惱，我們可以更加輕松的放手教學，讓程序教學更加貼近學生的生活實際。實踐過程中發(fā)現(xiàn)，因為智能機器人教學涉及軟件、硬件的知識較多，所以初步接觸的學生對于故障很難判斷出是程序有問題還是機器人機械方面有問題。在學生對智能機器人機械結(jié)構(gòu)方面理解不夠深刻的情況下，仿真軟件就體現(xiàn)出它的優(yōu)越性。學生濃厚的興趣是學習機器人的源動力，為了讓學生保持濃厚的興趣，對于初學者，教師可以先拋開機器人硬件方面的知識，降低難度，減少學生負

8、擔，只要求學生在仿真軟件中完成一些比較簡單的活動， 在沒有環(huán)境誤差下， 引導學生先學好程序設計。 這樣一步一個腳印，從簡單到復雜， 從局部到整體， 不知不覺中學生學到東西了， 自然他就能保持興趣來學。 3.比 logo 語言更加容易調(diào)試與模擬仿真機器人平臺特點 : 可以將學生生活中的各種現(xiàn)象通過程序模擬實現(xiàn)，例如：“機器人巡邏員”“機器人避障”“機器人路燈” logo 語言特點 : 有規(guī)范的語言格式，可以畫出各種各樣的圖形，突出程序設計的思維方式，包括：子程序、調(diào)用、函數(shù)、遞歸等等知識。兩者比較之后，我們會發(fā)現(xiàn)，其實仿真機器人更受學生歡迎的真正原因是：更貼近學生的生活實際，學生可以真正的看得到

9、摸得著。（1）源于生活的機器人情景主題，培養(yǎng)生活化的編程思維用生活化的情景來教學我們的機器人程序設計，可以真正激發(fā)學生學習的激情，可以讓學生真正解決生活中的問題，揭示生活中的神秘現(xiàn)象。舉個簡單的例子：以前我一直以為我們家里用的那個開水煲水燒開之后自己可以跳掉，是因為震動。后來有一次，再買開水煲的時候售貨員跟我說：這個開水煲采用的是進口的溫控器，我才恍然大悟，原來是靠溫度控制機器的，因此我把這個內(nèi)容放在課堂中，讓學生研究，我覺得很有價值，學生樂意去討論，去探索，跟我一樣很多人都認為是震動。課后還有學生提出其他的如洗衣機控制水溫等等。這樣的課堂才是學生喜歡的課堂，具有生活意義的課堂。我們采用仿真機

10、器人進行課堂教學實踐，一來，解決生活中的問題，更加貼近學生的生活，如：機器人避障、機器人巡邏等等，二來，可以將生活實際現(xiàn)象進行模擬，解釋生活中的神秘科技，如，倒車雷達、樓道燈、電飯鍋、空調(diào)等等。（2）基于平臺的程序模擬創(chuàng)作，激發(fā)創(chuàng)新思維的啟蒙培養(yǎng)我們帶領學生學習智能路燈的時候，讓孩子像綜合實踐課的研究一樣，通過觀察、記錄生活中的路燈是怎樣工作的。 學生通過觀察之后得出結(jié)果， 是按時間來實現(xiàn)開和關，經(jīng)過小組探究討論之后，孩子們發(fā)現(xiàn)這樣的路燈設計還是有限制的，為此提出能不能用光敏傳感器控制路燈，可以根據(jù)天色的變化自動控制路燈的開關、亮度等等，這樣既可以節(jié)能又安全可靠。這難道不是創(chuàng)新不是創(chuàng)意？就是機

11、器人程序設計帶給孩子的財富。當然在程序結(jié)構(gòu)中也有著特殊的創(chuàng)意：有學生在研究模擬實現(xiàn)樓道燈的時候，發(fā)現(xiàn)樓道路燈的片面控制，提出可以進行多重判斷（分支嵌套）聽到聲音可以亮燈，觸碰可以亮燈，同時滿足可以亮燈。我們相信，有這樣的平臺作為創(chuàng)新支撐，我們的孩子會越來越出色的。 4.不同仿真平臺之間的辯證統(tǒng)一更加體現(xiàn)創(chuàng)新與螺旋廣茂達仿真軟件： 單機版免費使用。 側(cè)重于程序流程圖， 適合小學生研究學習。特別是他的 vjc1.5版本，特別適合推廣與實驗對計算機要求很低，只要windows98 系統(tǒng)就可以安裝。納英特仿真軟件：六年級教參光盤中有免費版。側(cè)重于硬件搭建和程序流程圖，適合中小學生研究學習。此平臺應該是

12、廣茂達的一個順勢提高版本?？梢宰寣W生把程序與實體機器人結(jié)合起來。中鳴足球仿真軟件：單機版免費使用。側(cè)重于數(shù)學知識的綜合運用，適合小學高段年級與中學生研究學習。對學科知識的整合非常有幫助，特別是數(shù)學、科學、體育的相關知識的綜合運用?；谶@樣的分析，我們學校采用的是三者相結(jié)合的方式，廣茂達仿真作為啟蒙程序設計，培養(yǎng)孩子對程序設計的興趣，繼而采用納英特仿真培養(yǎng)孩子的動手能力和空間想象能力，然后用中鳴的仿真軟件，進行數(shù)學學科整合性研究。當然，條件有限的學?？梢圆捎脧V茂達仿真平臺，它對計算機的要求也不是很高，性價比比較高。二、機器人仿真平臺應用于小學程序設計教學的課堂組織模式1. 基于生活背景實施機器人

13、課堂的理論觀點學生能真正學到的是跟他們生活息息相關的知識，這個知識的范圍我們稱作 “最近發(fā)展區(qū)域”，簡稱 zpd （zone of proximal development） 。因此，我們的課堂需要關注學生的“ zpd ” ：前蘇聯(lián)著名心理學家l.s.vygotsky提出：單一的教授知識是枯燥乏味的，沒有體現(xiàn)實際用處的知識是不完整的。也就是說，你如果想教學生某種知識， 那么，你要能把所講授的內(nèi)容與學生的生活聯(lián)系起來，并讓學生了解到知識對于他們生活的重要性。我們深深地感覺到，在組織教學內(nèi)容的時候，要充分體現(xiàn)學生對知識的需求，再創(chuàng)設學生沒有退路的情景，讓學生對知識產(chǎn)生強烈的欲望。 2. 課堂教學的

14、準備需要不斷發(fā)現(xiàn)生活中的“機器人”原理機器人課堂教學的準備工作， 同樣跟其他學科一樣， 需要教師對教學內(nèi)容的深入理解，對教學策略的不斷改進。這個過程中也有不同于其他學科的內(nèi)容：對機器人準備，我們仿真平臺中的準備主要體現(xiàn)在，學習任務與生活實際的聯(lián)系與模擬。對教師在準備過程中所要注意的環(huán)節(jié)，可以用如下圖表體現(xiàn)：（1）教學主題的生活化準備提出任務（來自生活）分析實現(xiàn)任務的算法教學內(nèi)容準備： 處理教材中的任務，把教材內(nèi)容生活化， 讓學生產(chǎn)生探究興趣。將情景一一羅列，把任務分解到相應的情境中教師的準備工作是一項非常復雜的工程，根據(jù)我們學校的特色， 我們可以不斷地把自己設計的任務安排在興趣班中進行嘗試，從

15、中觀察學生情況，及時反思自己的教學目標，調(diào)整自己的教學策略。其實，如果沒有興趣班作為鋪墊，也可以將自己的設計（其中自己覺得比較難的內(nèi)容） ，找個別學生來問問學生的理解情況。感受很深的就是，當我們辛辛苦苦設計的情景，學生并不感興趣，那我們再努力也是白費的。（2）教學對象的生活化預設：從上述圖表可以發(fā)現(xiàn)，學生的興趣來源還是跟他們息息相關的生活實際，但是我們機器人教學中采用生活化的情景模擬，最好是讓學生來感受一下，看看能不能達到我們預期的效果。3. 課堂教學過程要不斷體驗生活中“處理問題”的過程在整個機器人的教學過程中，學生對機器人研究的深入程度，也跟學生的生活經(jīng)驗關系密切，學生調(diào)試：在調(diào)試機器人的

16、過程中，學生體驗到的是一種科學實驗的完整過程。（1）采用生活情景化的任務驅(qū)動推進課堂教學把學生需要研究的主題，在我們前期準本的基礎上賦予生活化情景，尋找生活中的教學載體準備： 把生活中的情景現(xiàn)象，用機器人的程序來試驗調(diào)試，盡量做到逼真模擬。興趣小組活動確定教學內(nèi)容目標課堂教學觀察學生活動情況，了解學生在學習過 程中遇到的問題和障礙調(diào)整教學目標、教學策略和實施方法進行教學反思實例，用藝術化的手段進行任務包裝，我們可以參考綜合實踐教學的模式：提出問題、調(diào)查研究、分析問題、解決問題。例如我在聰明的機器人一課的教學過程，學生在學習了相關的傳感器之后，他可以利用這些傳感器解決生活中的避障問題同時學習程序

17、設計中的分支結(jié)構(gòu)。采用生活情景化的任務驅(qū)動，讓學生產(chǎn)生身臨其境的感覺，把本來就是生活中習以為常的、不需要考慮的避障問題放在課堂中進行研究。體現(xiàn)了課堂的價值，也體現(xiàn)了學生觀察生活、體驗生活的樂趣。學生在不斷反復下面的過程：當我們不斷發(fā)現(xiàn)生活中的程序問題的時候，我們真的進入機器人的世界了。（2）采用生活式幫助為學生提供學習支持突破課堂難點學生在日常生活中的學習與生活，最多的還是靠主動出擊，所以在我們的課堂中也需要打破那種老師“一言堂”的模式，很多的技術難點可以讓學生在小任務解決的過程中不斷滲透，讓學生可以自發(fā)地向老師請教相關的技術，以尋求突破課堂難點的突破口。例如教學機器人走正方形 一課的時候，

18、學生對于循環(huán)結(jié)構(gòu)的調(diào)試， 出現(xiàn)了瓶頸：如果采用順序結(jié)構(gòu)要完成今天的任務顯然很困難，要做無限多的圖標，這個時候?qū)W生提出：能不能采用循環(huán)的方法讓機器人不斷的巡邏？突破了課堂的難點，試想如果在普通的程序語言教學環(huán)境中學生會產(chǎn)生這樣的認知沖突，教師的幫助會這么順其自然嗎？這就是仿真平臺帶來的便利。三、機器人仿真平臺應用于小學程序設計教學的評價策略教學評價是教學工作的重要組成部分，也是教學領域中進行科學管理的重要手段。因此合理、有效的開展教學評價，是提高教學質(zhì)量的有效保證。一堂課的成功與否，不僅要看你的教學設計，你的教學目標，你在課堂的表現(xiàn)，還有一個重要的因素：教學評價。它不僅可以體現(xiàn)老師駕馭課堂的能力

19、，而且重要的是它能提高學生的學習興趣。隨著信息技術課程的改革和發(fā)展，信息技術學科的教學評價成為了教學改革中亟待解決的重大問題。信息技術是一門應用性的學科，對信息技術的教學評價，尚處于探索階段。信息技術和其他課的差異性較大，不能照搬其他學科的評價方式，而應該有一套適合本學科特色的評價方式，要力求避免傳統(tǒng)評價中的缺陷，完善和創(chuàng)新教學評價，課堂教學評價更應注重對學生信息素養(yǎng)和綜合能力的評價。我們應強調(diào)評價對教學的激勵和促進作用，弱化評價的選拔與甄別功能，在教學評價中要以促進學生學習為原則，應用靈活多樣的評價方式激發(fā)學生的學習興趣，鼓勵學生創(chuàng)新實踐，通過評價促進學生在原有水平上的發(fā)展。 1. 評價原則

20、： 強調(diào)評價對教學的激勵、診斷和促進作用；發(fā)揮教師在評價中的主導作用，創(chuàng)造條件實現(xiàn)評價主體的多元化；評價要關注學生的個別差異，鼓勵學生的創(chuàng)造實踐。2. 評價內(nèi)容與方式： 綜合運用各種過程性評價方式，全面考察學生信息素養(yǎng)的養(yǎng)成過程；評價與教學過程相結(jié)合，動態(tài)把握、及時引導學生情感、態(tài)度和價值觀的形成；紙筆測驗和上機測驗相結(jié)合開展總結(jié)性評價。結(jié)合本校實際情況，我們采用的就是過程性評價和終結(jié)性評價相結(jié)合的方式，在過程性評價中讓學生能夠在每次機器人活動之后，撰寫相關的小論文小報告，并且在此過程中讓學生進行校課題研究，把研究的成果在進行交流匯報，針對機器人程序設計的特色，我們讓學生在研究過程中采用聽課筆記的形式不斷積累，老師同學可以隨時可以互相查閱筆記。而在終結(jié)性評價中我們采用的是上機測試和紙筆測驗相結(jié)合的模式：通過這些評價方式，我們的孩子對機器人課堂興趣越來越濃，這個過程中我們既讓學生既有操作實踐又有紙筆書寫，也體現(xiàn)我們新課程對信息技術課程的要求。3. 評價的實施： 機器人課程的評價，我們一直在探索，我們覺得智能機器人課程中對學生的評價也可以包括自我評價、同學評價及教師評價。但是機器人的教學是一個實踐的活動，因此