基于协作学习理论的中小学机器人教学设计研究

桑丽华　张运凯　王灵晓

摘要 协作学习对培养学生的协作共事能力、创新能力和改变学生的思维方式有重要的作用。与传统学习方式相比，协作学习更能提高课堂学习氛围、学习兴趣和效率。将协作学习应用到中小学机器人教学中，对基于协作学习的中小学机器人教学设计进行研究。

关键词 协作学习；中小学机器人；教学设计

中图分类号：G424.23 文献标识码：A 文章编号：1671-489X（2009）06-0030-02

Study on Primary and Secondary Schools Teaching Robot Design based on Theory of Collaborative Learning//Sang Lihua, Zhang Yunkai, Wang Lingxiao

Abstract Cooperative learning on cultivating students' ability of coordination, innovation ability and the work of the students' way of thinking has changed. Compared with the traditional learning mode, cooperative learning can improve classroom learning atmosphere more, students' interest and efficiency. Cooperative learning is used in elementary education, based on robot of cooperative learning in primary design teaching robot was studied.

Key words collaborative learning；primary and secondary robot；instructional design

Authors address

1,2 Hebei Normal University, Shijiazhuang 050016

3 Hebei University, Baoding, Hebei 071002

机器人教育是全面培养学生信息素质、提高创新精神和综合实践能力的良好载体。随着智能机器人技术的迅猛发展和机器人竞赛在中小学的逐渐升温，将智能机器人的基础知识和技能纳入中、小学的信息技术课程的必要性和可行性已经非常明朗和成熟[1]。在中小学开展机器人教育，有助于学生的逻辑思维能力、实际动手能力和创新精神的培养。中小学生初步接触机器人知识既感到新奇又没有一定的知识基础，需要教师的指导及学生之间的相互协作。所以从协作性学习方面着手，笔者对中小学机器人教学设计进行了研究。

1 协作学习理论

协作学习也称合作性学习、合作教学等，是一种基于学习协作体组织形式的群体学习方式。在这种学习方式下，通过一定的激励机制，使得不同的学习者都对协作体负责，共同完成学习任务，同时学习个体也从协作体中获益[2]。

目前国家还未制定中小学机器人课程标准，这种情况下在中小学教师要灵活开展机器人课程，充分发挥机器人教育在培养中小学生各种能力中的作用。首先，要激发学生的学习兴趣和动机。学习兴趣是学生持续学习的重要因素，机器人教育不管是在教学过程还是在课外活动中都能以小组比赛形式，使学生获得成功的快乐，从而激发学习动力。其次，响应中小学新课程教学中倡导的学习方式，促进教学方式的改革。在机器人教育中，课堂以学生为中心，教师提供学习主题和主题支架。最后，通过机器人竞赛等形式可以培养小组成员之间的相互协作能力。在竞赛等活动进行过程中需要小组成员之间相互配合和学生之间相互交流，在实践中提高团队协作能力。

2 协作学习理论指导下的中小学机器人教学设计

案例为石家庄四十三中机器人教学中的一个例题，如题：“请给你的机器车编写程序，使机器车能准确地完成以下任务：让机器车从A线出发（出发时车体的任何部位不能超越起跑线A），当车体的任意部分超越Ｄ时，立即倒退至Ｂ线（车体的后轮压过B线即可）后，在迅速前进至终点线F停车（停车时车体的任意部分都必须越过终点线F）。如图1所示。”

此题目有4种常见解决方案。方案一，时间变量控制（图2）；方案二，时间和光感联合控制①（图3）；方案三，时间和光感联合控制②（图4）；方案四：光电传感器精确控制（图5）。

题目要求各小组通过共同协作完成任务，在下次机器人课堂上教师组织小组间进行协作学习。

1）学习任务设计。设计学习任务时，应充分考虑：学习任务要符合学习者的特征，不能超越学习者知识能力太多；学习任务应具有开放性，解决问题的目的不是期望学生给出完美的答案，而是鼓励学生参与；学习任务应具有足够的复杂性，能够引发学习者的高级思维活动；学习任务的完成依赖于学习伙伴之间的合作[3]。

本文以一堂展示各小组完成任务和小组间的协作学习为研究对象，作业任务明确，具有一定的复杂性和可分解性，题目的复杂性容易激发学生的挑战欲望，并且能凝聚小组成员之间的团结力量。

2）分组设计。在进行分组时，依据CSCL分组系统模型的设计思想进行了分组，分组的基本原则是异质同组，分组的基本算法是尽可能地将差异度最大的学生分在每个小组中，并且使得小组间的差异度减小到最低程度[4]。这样既使小组间没有太大的差异又保证了小组成员之间的和谐。指导教师进行指导，保障小组成员之间能够在相互信任依赖的情况下工作。

3）学习资源设计。学习资源设计目的在于提供与任务相关的信息资料，供学生查询、学习，为学生进一步思考提供支架，引导学生完成任务。

教师将每节课的课件放在机器人教室的电脑上以供学生参考。指导教师每周有两天在指定时间给学生进行指导，针对学生提出的问题进行讲解，将所需资料提供给学生，指导小组讨论、协作研究并将各自的学习结果利用适当的方式进行表达，学生也可以自己搜集资料并分享给其他学生。

4）学习活动设计。本文的主要活动是学生展示和交流学习成果，活动设计如表1所示。

5）协作学习评价。最后评价分为2部分：一是对学习小组的评价，二是对学生个人的评价。

小组评价：小组自评，小组间互评和教师评价三种评价方式。小组评价从以下几个方面考虑：小组协作程度、任务过程中参考资料、任务结果。小组最后得分是3种评价方式的平均分。

学生个人评价：针对学生在协作过程中的表现进行评价，学生个人的评价成绩由小组成员和指导教师共同决定，评价主要是从协作过程中的态度、分配任务完成程度等方面考虑。

3 结论

在协作学习过程中学生主动学习大家提供的资源，学生自主筛选有用信息，不仅扩大了知识范围也提高了自主学习能力，同时协作学习对培养学生自主创新能力和团结协作能力有很大促进作用，也改变了传统的教学方式。但目前对它的研究还比较少，需要更多人继续研究。

参考文献

[1]李存刚.中小学机器人竞赛和机器人教育价值[J].中国信息技术教育,2008(06)

[2]马颖蜂.网络环境下的教与学——网络教学模式[M].北京:科学出版社,2005

[3]刘萍.网络环境下协作学习的教学设计与案例研究[J].陕西师范大学继续教育学报,2005

[4]李洁,王咸伟,李克东.协作学习中协作小组分组系统的设计与开发研究[J].华南师范大学:自然科学版,2007