“新课标”背景下虚拟机器人项目学习的实践探究

戴娇丽

摘要：作者提出，在初中信息科技学科中以项目化学习推进虚拟机器人课堂教学，能让学生充分体验人工智能的魅力，同时满足学生个性化的学习需求，进而充分发挥学生主体作用，更好地培养学生的核心素养。

关键词：信息科技；虚拟机器人；项目学习

中圖分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2023）14-0057-03

《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》倡导真实性学习，强调按照义务教育阶段学生的认知发展规律，构建以数据、算法、网络、信息处理、信息安全、人工智能等为逻辑主线的课程结构。同时，无人驾驶汽车正从概念走向现实。为了提高学生对人工智能技术的理解，在初中信息科技课堂中引进虚拟机器人教学，能让学生不受实体机器人购买和维修费用以及场地的限制，自由模仿生活中的真实场景进行机器人的开发与创作，培养创新能力，促进学生的全面发展。

对推进人工智能教育的普及来说，虚拟机器人项目学习具有以下几点优势：①减轻学校的负担。②促进学生的个性化学习。③提高学习效率。④有利于发展学校特色课程。

虚拟机器人项目内容体系设计

为了让学生能够体验贴近真实的智能设计，培养创新性人才，笔者结合“互联网+无人驾驶”赛事规则和真实生活中的交通情境，设计了“无人驾驶”项目，项目内容体系如图1所示。项目强调以“无人驾驶”为主线，以学生探究学习为导向，激发学生的学习兴趣和协作意识，鼓励学生运用计算思维形成解决问题的方案，构建以学生为主体的项目化探究教学系统，让学生在完成项目的过程中发展能力，提升核心素养。

虚拟机器人项目学习课堂教学实践

1.分析项目

虚拟机器人是一款虚实融合的在线创作平台，为学生探索无人驾驶技术提供了仿真技术和情境，能有效激发学生想象力和创造力。在课前准备中，教师根据知识难易程度和学生的认知规律，综合虚拟机器人平台的学习资源进行开发和设计，将“无人驾驶”项目进行分解（如表1），把一个复杂的大项目分解成一个个融入相关知识点的小任务，再将任务分解成学生可以完成的活动，学生通过一系列的探究活动完成对应的小任务，最后生成完整的项目成果。

2.确定方案

为了让项目能够顺利开展且如期完成，笔者根据项目设计模型制订了项目实施方案（如表2）。本项目以10人为一个小组，分工明确又强调合作交流，在完成项目的过程中培养学生的团队合作精神。

3.项目实施

（1）趣味入项

在此阶段，教师先通过机器人送外卖的视频，展示在生活中机器人应用带来的优势，接着通过微课，让机器人小美向大家介绍“互联网+无人驾驶”赛事举办的目的、发展历程、赛事规则和要求等，以及虚拟机器人在线创作平台各模块的功能，让学生感知科技进步给生活带来的巨大变化，知道学习机器人是顺应时代发展的需求，从而激发他们对科技的兴趣，为后面虚拟机器人的学习奠定基础。

（2）协作探究

在本阶段，教师引导学生对完成项目需要解决的问题进行分析，并从易到难对项目任务进行细化，同时，根据教学进度安排，在不同的阶段以当下需要解决的问题为驱动组织学生开展协作探究活动。

例如，在初识虚拟机器人阶段，笔者选择了“寻找消失的轮子”项目支架引导学生开展搭建机器人的活动探究。在“寻找消失的轮子”仿真场景中，学生在运行调试的过程中发现车子少了一个轮子，导致机器人无法正常行驶，为了帮助机器人顺利到达终点，必须给机器人安装上合适的轮子。教师引导学生进入到在线仿真机器人搭建平台进行机器人的设计和组装。在了解了零件库中各种部件的型号、规格、名称和作用后，学生借助教学视频和任务说明，通过小组协作，帮助机器人寻找合适型号的轮子并安装成功，从而掌握了端口的作用和机器人搭建技巧。

在探究阶段，教师选择了“越野挑战赛”项目引导学生进行实验探究。学生在课前通过教师分享的学习网站和微课了解各种传感器的特点和功能。上课时，教师抛出问题：能不能让机器人像人类一样拥有感觉器官呢？想要让机器人能够感知并学会避让周围的障碍物，给机器人安装什么样的传感器合适呢？学生分小组讨论、分析赛事任务要求和竞赛地图，做出合理的判断和选择，如给机器人安装避障传感器可以实现礼让行人、避让救护车的功能，安装光线传感器可以实现机器人识别交通灯遵守交通规则的功能，安装灰度传感器可以实现机器人循迹行走的功能等。

为了让机器人按照赛事规则完成比赛任务，还要对机器人的运动轨迹进行设计和规划，也就是编程中的算法设计和程序编写。虚拟机器人平台提供了图形化编程工具，同时提供了丰富的教学视频和玩家分享的创作视频，为学生的自主学习和协作学习提供了丰富的数字化学习资源。学生在探究过程中可以借鉴玩家的经验也可以在线寻求帮助，以便顺利完成学习目标，生成项目成果，体验学习成就感，提升数字化学习能力。同时，在实施项目任务过程中教师应渗透立德树人的教育理念，倡导学生要遵守交通规则，提高安全驾驶的意识，增强社会责任感，提升生命价值观。

（3）分享交流

①成果展示。项目成果展示可以检验学生的学习情况，促进学生之间的交流学习。项目后期设计小组PK竞赛活动，由胜出的队伍分享提高竞赛成绩的方法，从而锻炼学生的语言表达能力，培养学生的创新能力以及提高学生的综合能力。

②项目学习评价。项目学习评价主要采取过程性评价和结果性评价。过程性评价主要包括机器车搭建、程序设计和小组协作；结果性评价主要包括项目完成度和创新两方面。在本项目学习的评价中，笔者组织学生以小组自评和互评的方式，依照项目评价量化表（如表3）进行综合评价。

（4）应用提升

在此阶段，主要围绕“互联网+

无人驾驶”赛事项目进行针对性的赛前训练，在充分了解赛事场景地图、赛事规则和任务要求后，学生可以根据自己的特长和喜好尽情发挥想象力，通过机器人的外形设计展现自己独特的风格和审美。学生还可以结合数学、物理等学科的知识储备，改良机器人的外形并规划最科学的运动路线。例如，在机器人外形的设计上，有的学生设计的是轻便的摩托车造型，有的学生设计的是炫酷的汽车造型，还有的学生设计的是霸气的飞机造型，在设计创作过程中，创新思维被激发出来，展现了无穷的创意和超强的数字化学习能力。在路线的规划上，教师引导学生结合数学知识“两点之间线段最短”，物理知识“安装摩擦力大的轮胎可以有效防滑”“安装动力值大的驱动器可以给机器人提供充足的前进动力”等进行创新和创造，进一步提升学生的创新能力。

“互联网+无人驾驶”比赛场景高度模拟了生活中真实的交通状态，学生在训练的过程中逐步形成了安全行驶和遵守交通规则的意识，在今后的设计和创作中笔者也会充分考虑实际的应用情况，进一步优化机器车的结构和程序，让无人驾驶机器车能够根据实际情况作出判断，使其更智能，实现安全驾驶。

结束语

虚拟机器人能够模拟真实的无人驾驶情境，为学生提供了更丰富、更有趣的学习资源。在仿真的活动场景中，学生可以更深入地探索机器人的构造、原理和技术，为个性化发展提供了更多的可能。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.义务教育信息科技课程标准（2022年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2022，4.

[2]林振华.虚拟机器人项目学习评析[J].福建电脑， 2018，34（08）：2-4.