我供你基础，你为你创作

黄文忠 林纯如

本案例基于广东科学中心自主研发的无人驾驶车创意机器人套件，面向初高中學生而设计开发，旨在探讨初高中不同阶段的学生同时进行基于逻辑门电路智能控制及arduino控制的机器人有效教学方法的研究。

龙舟机器人、探月机器人、扫地机器人、智能交通机器人、工业机器人、仓储机器人、演奏机器人……这是我校在创意机器人项目中参与过的项目。一年一主题是创意机器人活动的特色之一，也正因为一年一主题，让我校开展的创意机器人教学项目有着新鲜的活力。

广东科学中心的创意机器人项目是我校一直以来在推广的STEM科普创新项目。原因在于该项目每届都有独特的主题充满新意和挑战、使用规范与可创新的开源的组件进行制作经济实惠又赋予学生创作的可能、所涉及知识有利于与高中年级理科课程接轨的特点为学生向人工智能和自动化等方向的进阶学习提供了一定的基础。

1 设计思路

1.1 设计背景

持续8年的教育活动，不得不说让我们沉淀了不少的教学经验。但今年的教学过程中，我们遇到了一个新的问题：如何解决不同阶段的学生同时开展创意机器人项目培训。须知道不同阶段的学生知识水平和学生能力是有这明显的差异的，一般情况下都只会安排同一阶段的学生进行培训。但在师资人力不足、面向的对象多余化的情况下，必然会遇到这样的问题。借鉴广东科学中心对不同阶段的师资培训经验，本年度“无人驾驶车”项目，我们尝试了对初二、高一阶段的时候进行同时的培训，并在实践当中融合STEM教学理念。

1.2 设计依据

1.2.1 分层教学

分层教学最早来自于1868年美国教育家哈里斯的“活动分团制”，它是在学生个体差异之下、适应个性化学习需求而产生的。教学中有统一固定的内容，但是每个学生由于自身原有知识基础、认知差异，必定造成他们在对学习内容的理解、记忆、思维等存在不同。教师采用不同的教学深度、广度，从而使每个学生都在原有基础上获得提高。由于我们的授课对象存在初中、高中明显的年级差异，在分层中我们强调“目标分层，异步达标”。合理的分层教学，在考虑了平等、递进、个性与全面相结合之后，更有利于学生按照自己的进度去达成自己所能“够得着”的学习目标。

1.2.2 非线性需求性教学

建构主义诞生之后一直强调搭建知识与真实问题情境的联系。因此，非线性教学强调了要打破固定的知识框架，让学生参与到STEM多变、偶然、真实的项目情境中，去激发他们解决问题的欲望。这正是创意机器人教学实践的理念之一，在具体的教学内容上我们不再简单停留在静态的知识面上，而是在真实、动态的实践。在真实具体的情境中，学生发现新的问题不断产生，有了新的学习需求，需要在教师的辅助之下不断地补充新知识，加速自我建构并提升能力。

1.3 活动主题和对象

1.3.1 活动主题

一级主题：有效的实现多阶段学生同时参与机器人教学方法

二级主题：构建有梯度的教学非线性教学配套资源

1.3.2 活动对象

根据学校的条件，我们向初高中年级发起了培训班的报名，召集了来自初二年级和高一年级各12人，共组成了6个队伍开展培训。

初步具有一点的探究精神，会尝试理解现象的本质，有理解原理的意向。性格上比初中生较沉稳，步步为营。但相对来说缺乏了创新的意向和冒险精神。

由于学生阶段的明显差异，在教学过程中要善于引导他们发挥优势，缩小短板。对于基础的、工具型的知识可以同时学习，对于扩展性强有明显知识断层的内容以示范或补充的形式进行个别的教学（通过非线性的需求性教学，最终补全学生完整的知识体系。

1.4 特点和创新性

1.4.1 特点

面对多阶段学生同时参与机器人项目，我们发现虽然学院来自于不同的阶段，基础不一，但通过自主报名的方式召集的学生对活动本身都有着浓厚的兴趣，愿意自动尝试在活动中接受新知识并且目标明确。所以在开展这一情况的教学时要强化学生动机、目标方面的优势。

通过机器人项目的学生和知识点分析，我们发现虽然不同阶段的学生的水平以及学习基础能力有较大的差异，但总体知识技能大多数是初中阶段的学生可以掌握的，而高中和大学阶段的知识也属于入门程度，可以通过学生的基础知识引入简化教学难度来达到完成项目的程度。

总体的实践活动，采取目标引领，分层教学。以初中基础知识来引入新的知识点，对于提高级别的知识点先普及基础术语和概念再根据需求进行教学，对于部分无法掌握的可以通过简化案例以及小组之间的模仿来侧向强化学习。

1.4.2 创新性

（1）创设情境激发学生的求知欲，分设目标增强学生的成就感

①为了确保教学的有效性，我们首要是引导学生的良性动机和保持求知欲。而对不同阶段不同能力的学生，我们就要准确界定他们的个体差异为他们指定符合他们学习生长点的目标。

在进行本次培训的第一课，引用了大量无人驾驶的视频前景和现状的介绍就是为了以前沿新技术的标志来吸引学生，在通过本次竞赛项目与真实的无人驾驶对比，证明该项目对无人驾驶技术的学习的基础知识，通过这个简短的介绍让学生萌生学习该知识的强烈意向并树立起完成学习项目整体目标。

②对于不同阶段的学生，除了会考虑用大多数学生能够理解的方法解决新知识的传授以外，更侧重于根据学生的认知能力设定目标，最基本的目标指向于该项目能最终实现，所以对于能力较薄弱的小组，在搭建过程中，我们会减低学习的进度、适当目标的难度或提供一个固定的方法供学生参考，但对于能够理解的学生，会围绕自主学习、小组合作学习的方式让学生攻关每一个目标。

本项目要求机器人通过有限数量的门电路实现巡线、遇障停车、遇红灯停车、终点停车等任务同时实现。很明确，同时实现多一个功能，体统难度将指数倍提升。在学习初期，我们务必保证所有学生能理解巡线这一最根本的功能。接着，要求高中的学生要求除了重点停车意外的功能要同时实现，而初中的学生，我们要求先让他尝试巡线与与遇障停车同时实现作为他们的目标，再考略高中的要求。对于能完成高中要求的学生在思考所有功能如何同时实现，此时也遇到了该项目最大的问题之一“门电路不够用的”。通过分层次分阶段地任务目标调节了学生的学习难度，保持学生学习的挑战性与成就感对学习的效果是起到重要的贡献。

初中阶段的问题：尝试实现一个用一个输入信号控制电机转动与停。

高中阶段的问题：尝试用简单的控制方法实现电机正反转和停。

学生通过提供的任务，以及指引性材料，进行小组内研学。最后进行组间轮流展示形式相互印证所掌握知识，实现了教学的有效性。

3.3 后续悬念引导法

注重知识见的关联，便于学生发现知识的深层价值，提升学生对学习的兴趣。在教学过程中，要侧重知识之间的相互关联，通过教学策划编排好教学内容的次序性，能确保教学的流畅和高效率运行。从前文提供的教学涉及内容分析和教学材料的编排，都是根据项目在完成到一定阶段会出现的新问题而设定的，这是符合人认知问题的规律：实践——认识——时间。

这次培训我们合理的利用知识之间的关系对教学进行编排，确保每一段活动与前后存在着必然的承上启下的关系，激起了学生对后续学习的迫切需求。这种方法明显有利于保持学生学习的积极性。

譬如，在本次项目中，学生刚学会了如何判断黑白巡线的方法，在场地测试中马上产生了迫切需要解决虚线巡线的需求。我们给予了学生一个简单的提示：“一個红外传感器不够可否多用几个”。学生就产生了对下一次内容的热切期待。确实下一次学习学生的精神状态非常高昂，响应效率高。学生通过提示预先的自我尝试，也让讲解该内容的一些难点变得容易理解。

4 实施流程

4.1 准备阶段

4.1.1 梳理项目知识点，进行等级归类

根据本届创意机器人竞赛项目需求列举学生在竞赛中需要掌握的知识、技能及方法。

4.1.2 编排课程进度，准备好教学资源

基于上述学生需要学习的内容，我们把培训课程定为一周的时间，主题以“无人驾驶”基础套件的实现为载体，开展上述内容的学习。

4.2 教学阶段

按照计划，我们的教学是3课时一段，共7段进行教学。把上述内容安排在7段的学习中。

5 教育效果

从教学教过来看，本次持续7天的培训，6个小组都能够完成“无人驾驶”的所以设定项目，并懂得利用LINKBOY编写一个具有创意功能的应用，完成了预设的教学任务。从学生学习情况分析，初中阶段的学生更喜好结果性的学习，过程性的原理方面的教学对于他们的水平的认知依然有一点的超前，但通过合理的课程编排，学生能保持学习的积极性，最终能理解新知识技能的基础要求。高中的学生有较强烈的寻根究底的表现，他们宁愿降低进度也要把新知识认识透彻才进行进一步的学习，所以在教学过程中，微课异步学习的方法值得提倡（允许学生利用学生电脑录制老师的教学演示）。从学生的角度编排教学顺序，强化需求性;分层分阶段的学习能的方法是有效的。

6 推广价值

本案例通过在我校的初期实施，教学效果良好，学生反馈较佳。且本案例有相应的教学设计、课件、程序等资源，内容丰富详实。对学校、场馆的硬件要求不高（套件与机房）、课时设置较为合理，在推广上比较容易实现。

（作者单位：广东省广州市第四中学）