浅谈微项目教学模式在仿真机器人教学中的应用——以无人驾驶项目为例

熊国全 浙江省宁波市镇海区仁爱中学

为了能够在教学中有效培养学生核心素养，充分调动学生参与的积极性，教师在教学中经常会选择项目教学模式。但是，在实际教学中，常常存在以下问题：因为涉及的内容多，需要补充、扩展；因为完成项目所需时间较多，部分学习习惯差、起点低的学生难以跟上教学节奏，影响教学效果；因为项目涉及知识及操作多，教师指导范围有限，项目实施的过程与质量难以控制等。因此，我尝试使用微项目教学模式，即引导学生完成一系列相对独立、短小的微项目，使学生的学习更有针对性和实用性，有效达到培养学生核心素养的目的。下面以萝卜圈仿真机器人无人驾驶项目为例，探究微项目教学模式在仿真机器人教学中的应用。

● 联系生活, 项目情境化

在教学过程中，有目的地引入或创设具有生活气息的场景，引起学生一定程度的态度体验，能有效激发学生的求知欲，促使学生充分参与项目学习，发挥主观能动性。

例如，萝卜圈仿真机器人无人驾驶项目就是在三维的模拟城市环境中，设计一个仿真机器人，使其从指定的起点出发，选择合适路线，到达终点，途中模拟完成各类无人驾驶交通行为。教学开始，我先借助视频引导学生了解汽车行驶在城市中可能遇到哪些交通行为。学生结合自己上学、放学路上观察到的交通现象，将项目内容和现实生活联系起来，调动原有认知结构。接着，引导学生结合真实的生活情境，将无人驾驶可能遇到的交通行为列举出来（如图1）。这样，学生通过思维的内部整合，容易理解或产生新的认知结构，针对各类无人驾驶交通行为的价值观、情感、人生态度建立起来，从而激发了完成项目的兴趣，促进自己进入特定的情境之中，为有效提升核心素养做好铺垫。

● 横向联系，微项目整体化

学习的最基本规律就是由整体感悟到部分完成，再由部分回归到整体。在完成项目的过程中，应让学生对项目先有一个整体认识，然后将项目分解成相对独立的各个微项目。学生成功解决每个微项目后，再找到微项目之间的横向联系，对整个项目形成完整认识，进而提高教学效率。

例如，无人驾驶项目比较大，涉及的知识比较多，学生不可能一下子做完整个项目。因此，将无人驾驶项目分解成多个微项目，学生条理清晰地完成各个微项目，这样更符合学生的认知规律。教学时，我先引导学生思考：无人驾驶项目应分解成哪些微项目。学生分组讨论，使用思维导图展示分解效果，并由学生小组代表讲解要分解成哪些微项目及分解的理由。接着，由全班学生讨论完善，并提出不同意见，说明理由，个别地方教师加以补充（如图2）。学生可以逐步解决各个微项目，对相互影响的微项目进行整合，不断进行迭代完善。学生在完成所有的微项目后，也容易找到各微项目间的关系，最后将不同微项目的方案进行整合，进一步完善，最终可以形成项目的最佳方案。这样将碎片化的知识转变为结构化的知识，能增强学生解决问题的能力，形成有效的核心素养。

图1

图2

图3

● 质疑释疑，微项目问题化

在学习过程中，学生不断发现问题，提出问题，用问题链将项目的要求链接起来，学生为了求解问题就会去探索知识，寻找方法，这样容易培养自主探究的学习习惯。学生通过解决问题不断深化学习，提升主动获取知识的意识，并在对问题的求解中找到相关知识之间的横纵联系，增强综合运用所学知识解决实际问题的能力，从而将知识提升到能力，有效发展核心素养。

例如，在讲解微项目《机器人避让行人》时，首先我在备课时依据教学要求提取项目所蕴含的信息，将其组织成一个个问题相互联系又层次清晰的问题集，然后在课堂上，我让学生分组结合现实生活，不断提出自己认为是重点的问题，并在生生互动时，交流、讨论这些问题，查漏补缺，在师生互动时，一起完善微项目的问题集。经过全班师生整合，共同讨论、补充，形成了避让行人问题图，如图3所示。针对问题解决，教师可以先降低要求，以完成任务为宜，逐步完善解决问题的方案，接着求解另一个问题，待完成求解方案，可以将两个问题的方案合并，尽可能使两者产生“合力”，进一步完善方案,如在解决问题“避让行人时，如何设置最佳检测值”时，就需要考虑前一问题“如何安装传感器”的方案，两者结合考虑才能有最佳值。经过这样的不断迭代完善，学生才能完成整个微项目的方案。当然，在解决问题过程中，学生可能会进一步发现新的问题，如由绿波道路而提出新的问题“能不能不检测行人，直接安全通过人行道”。这时，教师可以让学生先尝试探究、解决问题，若有自己解决不了的，可以让更多的学生参与解决，甚至教师一起参与，帮助解决。

● 翻转课堂，微项目差异化

学生已有的知识水平和认知能力存在一定的差异，而完成微项目所涉及的知识和操作步骤较多，若只依靠教师的讲解、演示，让学生模仿操作来完成系统知识的学习，会导致有的学生早早完成项目方案，等待教师公布下一步要求，而有的学生动手操作时一会儿忘记操作步骤的先后，一会儿找不到相应的工具，迟迟完成不了项目。因此，我对教学进行优化，以“项目任务清单+微课”相结合的方法变身为学生建构自身知识体系的引导者和帮助者。同时，在完成项目要求上，允许学生存在差异，有的学生可以只学习项目涉及到的知识点，基本完成项目任务，有的学生已有的知识水平和认知能力比较强，能够在较短时间内理解相关知识，并能有效应用新知识，则要求其追求更完善的项目求解方案。

例如，在微项目《机器人走中线》教学中，我将距离传感器的工作原理、机器人走中线方案、安装距离传感器、机器人走中线子程序、变量的使用等相关知识及操作做成微课，对学生容易操作失误的地方进行有针对性的讲解，并进行特殊的标注。同时，我要求学生结合项目任务清单观看微课进行学习，让学生根据自己的情况来安排和控制自己的学习。此过程中，直观明了的微课有利于学生及时掌握基础性知识及操作。而未能及时掌握知识及操作的学生可以根据自己的学习需要随时暂停、快进，反复学习，琢磨参详，以收到较好的学习效果。由于微项目涉及的知识不多，完成时间比较短，学生不会感到压力巨大，同时，机器人仿真效果可以将学生学习的情况及时反馈，教师管理也方便。

● 发展内涵，微项目深度化

传统教学以单纯的知识传授与技能训练为主，课堂缺乏情感深度、智慧深度、合作深度。因此，我认为，仿真机器人教学应摒除表层化现象，帮助学生对教学内容深度理解，把握关键要素，知道在相似情境中怎样将学到的知识运用到实践中，并创造性地解决现实问题，以实现“建构知识、提升能力、培育素养”内涵追求。

例如，在微项目《机器人避让行人》教学中，当学生能够完成在一个路口避让行人时，我就开始引导学生深入理解避让行人的情境，挖掘出关键要素——机器人行驶速度与红外传感器的感应值，引导学生超越表层的符号知识学习，进入知识的逻辑形式和意义领域，将知识学习提升为对项目的思想和意义的理解与掌握。首先，让不同方案的学生分别介绍自己的方案，讲解方案的由来及思路，并由其他学生进行评价、反馈。对于有争论的部分，让学生自己去思考，找出它们之间的相互关系并尝试。其次，通过对项目涉及的知识完整的处理，引导学生通过不同方案的展示理解关键要素，同时强调在学习过程中应及时构建反思，不断对自身方案审视反思，听取其他同学建议，吐故纳新。最后，要求学生重视学习内容的有机结合，把多种知识和信息连接起来，针对相似情境能够做到“举一反三”,学会主动学习，并创造性地解决现实问题。这样，在微项目深度化的过程中，通过对项目内涵的共同关注和主动实践，有效培养了学生的信息分析能力、决策评估能力、团队沟通合作能力，进而使核心素养获得良性循环的发展。

● 赛学结合，项目开放化

学生完成项目的解决方案后，容易放弃继续探究，这时教师应考虑如何引导学生精益求精。我采用的是教学与比赛结合的方法，将项目开放化的方法，如对部分学生提出比赛要求，要求他们按比赛要求去思考，去求解项目方案。这样，一方面可以给其他同学树立榜样，激励他们尽快完成项目方案；另一方面，给优秀学生提供了新的学习交流机会和发挥创造力的场所，鼓励学生深层次地主动探索、主动实践，促使学生进一步完善方案。

教学中，我首先要求学生在规定时间内在萝卜圈仿真平台上上传自己的方案运行成绩，通过成绩榜的排名竞争,促使学生尽快完成项目方案取得成绩，并设法提高成绩；然后让部分成绩比较好的学生讲解自己的项目方案，其他同学给予评价补充，进而逐渐提高学生语言表达能力，以及善于思考、分析问题和解决问题的能力；最后选部分学生参加无人驾驶项目比赛。参加正式比赛，学生会遇到很多意想不到的问题，进而扩充了学生知识的广度和深度，培养了学生自主学习和勇于进取探究的精神，促进了其整体素质的全面提高。