信息科技机器人拓展课程的数字资源建设
——基于开放式学习理念的实践研究

2017-07-31 17:07:47
上海课程教学研究 2017年5期
关键词:机器人教材资源

闻 铭

信息科技机器人拓展课程的数字资源建设
——基于开放式学习理念的实践研究

闻 铭

以开放式学习理念为依据,以信息科技机器人拓展课程的数字建设为抓手,研究设计了基于开放式学习的信息科技机器人拓展课程数字资源,使学生能够根据自己的需求,选择合适的学习时间、地点、方式进行开放式学习,从而培养其成为能适应未来社会的具有良好信息素养的人。

信息时代 数字课程资源 开放式学习

逐步走向开放是当今世界发展的重要特征,处于开放时代的教育也必然展现出不同以往的开放性特征。自英国开放大学于2006年10月25日正式发布了Open Learn(开放学习)平台以来,开放学习的理论与实践越来越成为教育变革的重要关注点。以开放的学习对象、开放的学习地点、开放的学习方式和开放的教育理念为基本特征的开放学习正引领着新一轮的教育变革风潮[1]。在这一变革的过程中,如何顺应开放学习的需要开发、设计充足的学习资源是一个极为关键的问题。本文以信息科技机器人拓展课程(以下简称机器人拓展课程)为例,通过理论思辨和实践研究,对基于开放式学习理念的课程资源开发和建设问题进行了探索。

一、机器人拓展课程的设计与开发缘由

(一)信息课程教材无法满足21世纪对学生能力发展的需求

培养学生适应未来社会生活的多元能力是教育活动的基本价值,据预测,到21世纪中期,人类社会将全面进入以智能机器人为代表的智能时代,机器人的广泛应用将极大促进社会生产力的发展与产业结构的调整,因此,各国围绕机器人技术的核心竞争日趋激烈。在这样的时代背景下,如何让学生通过信息科技课程的学习成为一个会思考、能创新,会学习、能合作,适应未来社会的具有良好信息素养的人,是每一个信息科技课程教师必须认真思考的问题。在信息科技课程实施中,笔者深感由于课程教材内容的单一和局限,学生的信息素养提升需求无法得到满足;同时目前国内没有一套较完整的基于通识教育的、以项目活动为主线、便于学生开展自主探究活动的机器人学习的信息科技教材,这些都凸显了对信息课程和教材进行更广阔领域地开发与设计的必要性重要性。

(二)传统课程资源和教学方式无法满足学生多元的学习方式

多元学习探索是在第三次教育革命的大背景下展开的,在多元学习的理论视域下,学习内容已不再是简单的、传统的知识结构,而是多元的、前沿的、适合学生个性发展的立体课程体系[2]。在这样的变革中,仅靠教师传授、书本翻阅等单一的学习途径已无法满足学生的学习渴望;统一的课堂教学节奏,无法满足学生的个性差异和需求差异;日新月异的技术发展,也使得书本教材无法快节奏地跟上时代的脚步。因此,教育工作者们需要解决的是如何让学生根据自己的需求,选择合适的时间、内容和方式进行学习。鉴于此,有必要为学生创设一个信息化学习平台,让他们更自主地参与学习、共享资源,满足其合作、探究、自主、创新的学习需求,通过这种学习成为适应未来社会的具有良好信息素养的人。

二、机器人拓展课程的项目定位与目标

从课程定位上看,机器人拓展课程的项目定位主要体现在两个方面:其一是支持开放学习的系统功能定位,针对目前信息科技课程教材和教学方式的现状,着重研究机器人拓展课程支持系统中提供的数字课程资源建设和支持开放式学习的平台功能设计、开发,通过大量的结构化学习资源、探究式的教和学,促进学生学习方式的转变;其二是以项目组织教学发展学生能力的课程定位,以综合了机械、工程、传感、控制等技术的机器人为载体,以项目活动来组织学习内容,让学生在“想中做、做中学、学中育”,进一步提升学生的信息素养,帮助学生成为终身学习者、现实生活中的问题解决者、知识的主动构建者。

从课程目标上看,机器人拓展课程的建设主要围绕三个方面的目标开展:第一,实现课程开发与数字资源的共享,开发以机器人为载体,以学生为中心,以项目学习活动为主线的区本课程,弥补目前实施的信息科技基础课程中对学生探究、合作、创新能力培养的不足,项目所开发的数字资源将放在教学平台中实现网络共享;第二,构建自主的课程学习支持系统,通过课程支持系统开展自主学习、过程记录与评价、作品展示与交流等形式的互动学习,将学习从课堂延伸至网络、社会;第三,促进学生学习方式的转型,通过基于信息化平台的开放式学习模式的实践研究,把先进的理念落实到教学实践中,形成可推广的基于开放式学习指导的教学策略,最终促使学生的学习方式发生转变。

三、机器人拓展课程的开发流程与整体架构

课程的开发与设计有既定流程的操作范式,其所基于的应该是对课程建设基础的深刻把握和对课程理念的科学理解。在机器人拓展课程的课程资源建设过程中,笔者所带领的团队经历了课程教材编写—数字资源创建—课程支持系统开发的基本流程。

(一)课程教材编写

1. 资料收集与研究——论证课程价值

在课程开发的前期,研究团队着重从课程理念的更新入手,通过理论研究进一步论证机器人拓展课程的课程价值。研究团队收集了国内外关于机器人教育的现状,围绕开展机器人教育的价值和国内外的机器人重大竞赛等问题开展文献梳理,形成了《国内外以机器人为载体的信息科技教育情况的比较研究报告》,通过文献的梳理进一步明确了课程价值,也为后续更为合理地规划课程建设提供了基本依据。

2. 师生现状调研——明确课程方向

教育是为了学生,也是依靠学生开展的,学生立场就是教育的立场[3]。这也就意味着包括课程建设在内的任何领域的学校教育变革,都应该着眼于满足学生的成长需要,都应该体现出对学生的认可和尊重。基于这样的认识,研究团队在明确课程建设方向的过程中,所采取的基本方式就是通过实证调研获取学生对课程建设的真实需求,并以此作为构建课程的基点。从2012年开始,虹口区每年都会围绕“知识技能”“自主探究”“发展思维(解决问题能力)”“评估反思”这四个方面开展小学信息科技学生能力水平调研,通过对初中信息科技学业水平考试成绩的汇总,对小学信息科技能力水平评价调研分析等,研究团队认识到学生在自主探究和发展思维方面有所欠缺,主要体现在自主探究和解决问题的思维和方法较单一,自主和独立解决问题的能力相对欠缺。特别是评估反思方面较弱,不能根据需求对已有作品进行正确的分析与评价,也不能提出较为合理的修改建议。基于这样的现实,结合上海市信息技术课程的总体目标与价值,研究团队确定了探究、合作、创新作为本课程的核心目标,力求通过课程的整体设计、开发和应用,解决学生上述诸多方面的现实问题。

3. 课程目标确定——稳固课程基础

依据课程标准提出的“正确理解信息技术,合理选用信息技术进行信息收集、处理、传输、表达,具备信息科技的基础知识和技能;具有利用信息技术发展思维、学会学习、自主探索、合作交流和解决问题的能力;具有信息化社会中的基本道德规范,应用信息技术过程中个人自律能力,明确所承担的社会责任”等整体性课程目标,结合虹口区学生特点和机器人拓展课程的价值,研究团队提出本课程的目标为:在以机器人为载体的区本课程中落实信息科技课程的核心素养,其中包括基础知识和基本技能、用信息技术解决问题的能力(学会学习、合作交流、自主探究、发展思维)、行为习惯和规范等信息素养,具体如下:

(1)知识维度目标:了解机器人技术、算法及相关的信息技术工具;理解项目活动。

(2)技能维度目标:独立进行机器人结构件的搭建、图形化编程软件的操作、机器人外设(如传感器)的使用、相关信息技术工具的操作。

(3)能力维度目标:综合运用信息技术开展项目活动;主动参与探究、合作活动,并表现出创造性。

(4)习惯维度目标:理解并遵守使用技术(如机器人技术、信息技术)的伦理道德,如版权、安全、规范、礼仪等,养成良好的信息技术使用习惯。

基于课程的核心目标,研究团队着重从“探究”“合作”“创新”三个维度对机器人拓展课程的具体目标进行了分解和阐释(表1)。

4. 教材设计——理清课程编制思想

以学生为中心,以与真实世界相联系的实际问题激发学生的学习兴趣与动机,引导学生在完成活动任务的过程中准确地理解项目,促进学生主动积极地开展探究、合作、讨论、交流、评价等活动,指导学生运用合理的方法分析思考问题,充分发挥学生的主观能动性及创造性。

明确课程目标和教材内容,制定教材内容与课程要求的二维矩阵表。根据课程目标,形成纵向的目标维度(知识、技能、能力、习惯);根据教材内容组织环节(项目活动的实施过程),形成横向的活动类型维度(目标定义、结构设计、程序设计、制作开发、效果评估、反思改进)。

表1 机器人拓展课程的具体目标

5. 教材编制——落实课程内容

为贴近学生生活,激发学生兴趣,虹口区的研究团队将“机器人拓展课程”用“机器人工程师”命名。

(1)组织教材内容

以智能设备在生活中的应用场景为基础设计项目活动,形成教材的基本内容。其中小学阶段的教材(图1)主要包括身边的机器人、灵动的车形机器人、欢腾的游乐场、有趣的智能住宅、便利的智能小区等内容;初中阶段的教材(图2)主要包括身边的机器人、奇妙机械、健康生活、智能导盲、自动售货等内容。每个项目包括结构(功能)设计、程序(控制)设计、制作开发、效果评估、反思改进五个环节,既能让学生在模仿中开展学习,也能为学生提供想象和创意空间。

图1 小学阶段教材

图2 初中阶段教材

(2)明确体例结构

本教材提供了项目活动开展的步骤和方法,引导学生实施项目。教材同时也给学生提供了评价方法和评价标准的指南。

小学教材包含:问题、想一想、试一试、议一议、知识园地、小贴士栏目。

● 问题:以问题的方式呈现活动任务

● 想一想:引导学生独立思考,并提供解决问题的思维支架

● 试一试:提供了实践活动

● 议一议:提供了小组讨论的议题

● 知识园地:提供了项目活动中涉及的知识内容

● 小贴士:提供了项目活动开展的注意事项、案例

初中教材包含:项目问题、知识园地、实践园、技术坊、讨论区、小贴士、拓展园地栏目。

● 技术坊:提供了项目活动操作类的技术指导

● 拓展园地:提供了项目的拓展活动

(二)课程实施配套资源创建

完成了课程教材开发后,为了便于课程的推广和实施,项目组根据积累的教学实践经验,编写了教学参考书和多媒体的数字资源等配套教学资源。

1.教学参考

教学参考为教师提供了具体的活动实施策略,为教学实施提供了有益的参考建议和典型教案。每个项目的教参体例结构一致,主要包括:项目结构分析、各活动教学要求和教学建议、教学参考等。教学参考为教师提供了直接可以运用于教学实践的行动指南,便于机器人拓展课程和教材在最短的时间内运用到教学变革之中,产生积极的效用。

2.数字课程资源

结合教材、实践案例为师生提供丰富的数字课程资源,包括电子教材、教参、教案、课件、微视频,让教师更为直观地体验到机器人拓展课程实施的特点、要求和方式,也进一步增强了课程建设与现代信息社会变革的契合性,增强了课程资源的共享性。

(三)课程支持系统开发

“机器人工程师”课程支持系统,是课堂教学的延伸。该系统为教师、学生提供了:教、学、研三大教育功能。通过系统上传的各种教学资源,提供了全方位的过程性评价模块,并开通了协作备课、师生交流、生生交流通道。除了支持在线学习,同时还为项目组提供了项目研究探讨的支持空间,提供了课程推广的培训支持空间,为课程实施和推广创造了良好的条件。三大平台功能和一个数据库,为项目研究、教学支持、培训课程之间的成果互通和转化提供了便捷。

教学平台是支撑师生在线学习的系统。它为教师提供了课前备课功能,教师可上传供学生自主学习的微视频、课件、文字资料等数字资源,并可以在线设计学生的活动记录等过程性评价量表,查阅学生递交的学习作品。同时可以与其他教师互动交流探讨教学问题,交流备课教案。对学生提供了数字资源的在线学习、活动过程的在线记录、评价等,还能与同伴在网上交流心得、作品。学习平台提供了开放式的学习环境,利于学生进行自主、合作、探究学习。

研究平台是支撑项目组成员开展项目研究的过程管理系统。它能够提供项目研究资料,方便了研究成果的共创共享,也为相互探讨研究问题提供了空间。通过该平台,教师及研究者们能及时共享研究成果,规范管理研究过程,随时开展研究讨论。

培训平台是支撑本项目研究成果推广的培训系统。它将机器人拓展课程的核心理念、实施策略和教学问题,以网络培训课程的形式通过平台组织教师在线培训,使参与该课程教学的教师能及时获得教学支持,同时也使研究成果能以最快速度推广。

四、机器人拓展课程教学平台的运作方式

现实的教学活动是课程理念落实的基本路径,基于信息技术的课程支持系统为更好地开展教学活动提供了可能。研究团队通过课前协同备课—线上自主学习、线下实践活动—课后多元评价的运作方式,让教学平台成为机器人拓展课程理念践行的载体,成为培养学生适应未来社会需要的学习能力、综合素质和信息化素养的有效方式。

(一)课前协同备课

这一阶段的主要工作内容有三个方面:

1. 准备工作

教学前,教师为即将要学习的学生建立自己的班组,开设学习权限,开启设置学习活动内容。

2.教学资源的组织

教师可以利用教学平台,合理组织教学资源。他们可以在线协同备课,将设计的教案上传到平台上请同伴教师一起在线修订教案;直接在平台上设计学生活动记录表(用于采集学生的活动数据)以便及时了解学生学习状况;对活动中的各目标要求设计过程性评价量表,供学生开展自我评价参考。

3.资源上传

教师将制作的微课程资源、课件等上传至平台,以供学生学习。

(二)线上自主学习、线下实践活动

这一阶段的主要工作内容有五个方面。

1. 准备工作

学生登录平台,选择学习的项目活动进入。

2. 线上自主学习

学生根据自己的需求选择平台提供的各类资源(如电子教材、微视频、课件和文档材料等)进行线上学习。通过网络平台,培养学生自主学习能力。

3. 线下动手实践

线上知识学习与线下动手实践相结合,开放的学习形式让学习更自由,真正实现个性化的学习。

4. 学习过程记录

学生边学习,边填写学习记录表。适当记录下自己的学习过程,有助于学习的自我反思,以及过程性评价的实施。

5. 上传学习成果

学生上传学习成果,与同伴分享学习收获,交流学习体会。

(三)课后评价

评价是教学的最后环节,采用过程性评价的理念,通过自评或同组互评的方式,找出自己小组成员在学习中的优点与不足,并对之后的活动进行改进。

课后,学生的作品被上传至学习平台,学生能在家里登录后对作品进行点赞或互评。这种方式更容易被学生接受,使学生更愿意上传自己的作品与同伴进行分享。

五、机器人拓展课程资源建设的成效与反思

信息时代的教育将面临着教育理念的转型、课程的转型、教师角色的转型和教育活动的转型。对于课程构建而言,信息时代的教育,课程最重要的功能,并不在于向学生示明“学习的范本”,而在于为参与教育活动的所有学生提供丰富的、可供利用的、共享的学习资源。在这种课程模式中,各种资源构成了可供所有学生自由提取的、具有丰富链接的、立体的学习资源库,学生可以根据自己的兴趣、基础以及事先与教师商定的学习计划,随时从资源库中获取有用的知识[4]。据此,反思机器人拓展课程的数字资源建设,可以发现这一系统灵活的评价设计,让学习数据采集更个性、便捷;简捷的设置功能,让课程管理更实用、高效;互动的共享机制,让教学更自主、自觉、自信,其在实践之中至少具有五个方面的价值。

(一)打破了学生学习的时空限制

通过平台,学生的学习不再受到时间和空间的限制。学生们在课前有了自主学习的渠道,养成了预习的好习惯;课中,有更充足的时间和机会进行合作探究;课后,不懂的地方可以通过观看微课补缺拾遗,平台成了课堂教学的延伸。

(二)开辟了教师协同成长的新途径

教师间可以使用协同备课功能进行网络协同备课,在线协同修改上传教案,文档会及时显示修改者和修改内容标识,这种方式打破了同质教师在时间和空间上协同备课的局限,为同伴间的互助交流提供便利。

(三)提供了改变教与学行为更多的可能性

开放的项目活动,带给教师的是学生不同的创想,带给学生的是不同的创意作品。不同的搭建方式、不同的程序,很容易让教师在课堂中疲于教学而无法顾及到所有的学生。而整个课程支持系统的开发,让一切有了转机,“机器人工程师”课程的信息化教学环境构建,为探索信息科技教与学方式的改革提供了新的平台,使课内、课外学习相结合,教师讲授和个性学习相结合,在线学习和线下实践操作相结合,多元评价相结合使学校课程和更广泛的社会实践有机结合有了可能。多渠道的、开放的学习环境,让学生的学习更自觉、自主和自信。

(四)形成了优质课程教材建设的良性循环机制

在完成了课程教材的编写后,项目组在平台上不断上传和更新课程资源,使得学生的学习资源不再是传统的、固定不变的纸质教材,其形式和内容都得到了极大的丰富,且更具有个性。学习记录表是根据不同班级定制的,还可以在教学后根据采集的学习数据再做修改完善。课程教材中的项目活动都有配套的课件和微视频资源,数字课程资源建设模式形成了优质课程教材良性循环的建设机制。

(五)实现了多种形式研究成果的互通共享

随着项目实践研究的深入,系统上积累了各类研究成果,如教学平台中多形式的数字课程资源、研究平台中的以项目活动组织教学的典型课例、开放式学习培养的教学实践体会、利用微视频的翻转课堂、自主学习能力培养的教学体会等。课程支持系统采用的教学、研究和培训三大功能平台和一个数据库架构,实现了三者之间数据的互通、互转。因此这些不同平台中的研究成果能很便捷地通过系统传递给教师,即将完成的“基于项目学习的教师体验”网络培训课程,就是研究成果的另一个转化形式。

基于上述分析,机器人拓展课程的数字资源设计符合信息时代教育发展的教育变革理念,其所衍生的数字化教学平台和一系列教学与管理手段对于丰富学生学习经历、培养多元素养以及促进教师专业成长等都具有现实的意义。着眼未来,研究团队将进一步开发“机器人工程师”课程的电子教材,进一步探索信息技术支持下的学习方式变革,进一步深化研究成果的教师培训课程开发和应用,让机器人拓展课程的数字资源建设惠及更多的师生,展现更美的姿态。

[1] 佘燕云,詹春青.开放学习的典范——英国开放大学Open Learn评析[J]. 现代教育技术,2011(3).

[2] 刘学兵,史亮.迈向多元学习时代[J]. 中小学教师培训,2014(12).

[3] 成尚荣.儿童立场:教育从这儿出发[J]. 教育理论与实践,2008(6).

[4] 吴康宁.信息时代学校教育的四种转型[J]. 教育理论与实践,2008(6).

闻 铭 上海市虹口区教师进修学院 200083

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