基于校园实景的网络虚拟机器人课程开发实践

    朱建峰

    校园是孩子天性展现的空间、智慧表达的场所、美德扎根的土壤。开发基于校园实景的网络虚拟机器人课程就是在网络虚拟环境下，以校园实景为依托，将项目化的任务转化为解决问题的实施方案，立德树人，激发潜能，让核心素养落地。基于校园实景的虚拟机器人课程是为满足社会快速发展、学校特色建设及养正理念培育等多方面的需求而开发的课程。针对现状，基于校园实景的网络虚拟机器人课程开发，我们通过情境体验、项目实现、创意创作等活动形式培养学生对机器人的兴趣、协作和创新能力，提升其科学素养、信息素养和品德素养，丰富“养正”教育理念的内涵，达到机器人教学与“四正”理念的深度融合渗透，切实发展学生核心素养，实现“养正”育人目标。● 遵循规律，坚持课程开发原则

    1.以学校为基础，注重教学资源统整

    我校56项拓展课程的开发基于兴趣、特长或学科特质，具有独立性、碎片化的特点。从“养正”育人目标出发，建立基于校园实景的网络虚拟机器人课程整体框架，利用现有的课程资源（信息技术、德育、体育、校园文化课程）进行统整，形成全面培养学生的“情、知、行、意”、发展学生核心素养的教育合力。

    2.以学生为中心，关注学习兴趣取向

    从随机访谈的50名学生的回答来看，学生对虚拟机器人项目最感兴趣的关键词是游戏、任务、有成就。教师设计与学生实际生活、学习相关的项目主题，结合学生的兴趣爱好，引导他们带着真实的任务进行学习，将知识、技能、德育等内容融合其中，起到润物无声的效果。学生的兴趣取向对校园实景仿真的虚拟机器人课程具有相当重要的引导作用。

    3.以学习为根本，重视信息素养培养

    开发基于校园实景的网络虚拟机器人课程的目的是通过创造性的机器人实践培养学生的信息素养，以学为中心，让学生在自主学习中，提升信息技术学科核心素养（信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任）。● 依托情境，教学内容项目化

    基于项目的学习，是指学生在教师的引导下发现问题，以解决问题为导向开展方案设计、新知学习、实践探索等具有创新特质的学习活动。选择学生熟悉的、实践性强的项目，激发学生兴趣，增强学生在探究机器人过程中的积极性、体验感。以学校校园实景作为虚拟机器人项目任务的场景，不但能促进学生在机器人学习中对学校进一步了解，更能让学生在机器人项目学习中增加对学校的喜爱。根据学生的心理特征和信息技术能力，我们设计了基于校园实景仿真的网络虚拟机器人课程的总体框架（如下页表1）。

    

    1.融入学校的养正办学育人理念

    适合学生发展的教育，其本质是提供适合学生发展的课程。基于校园实景的网络虚拟机器人课程，以“养正气，学正知，习正行，育正见”为学校课程结构框架，开发具有学校特色的学生熟悉且能够实现的项目。

    （1）养正气。修身立德，形成正确的价值观，设立“德育无痕，我棒”项目板块。在让机器人实现项目中达成平时的教室节电、就餐节水、消防安全等教育，引导学生形成正确的世界观、人生观、价值观，培养学生诚实守信、遵纪守法、艰苦奋斗等优良品质，推进信息德育建设。

    （2）学正知。涵养学力，感知养正校园文化，设立“养正文化，我知”项目板块。通过让机器人实现校史再现、国学养正、整理图书、飞越校园等项目，以校园文化感染学生，让学生感知校园的养正文化。

    （3）习正行。規范行为，确立处事准则，设立“阳光体育，我行”板块。设计绕障前行、校园迷踪、灌篮高手、足下生辉等项目，通过体育项目的实现，强调行知合一，促进学生身心健康、全面发展。

    （4）育正见。笃思明辨，培育正确的知见，设立“校园实践，我强”板块。通过学生设计机器人实现校园的大巡游、大探密、大挑战，培育学生规划、执行计划的能力以及解决问题的能力，发展团队合作素养，培育正确的知见。

    课程项目设计时也涉及平台使用、设计与搭建、程序与算法等方面，结合学生的年龄特点、心理特征和认知水平，课程总体围绕一个平台三条主线对内容进行设计，平台使用为明线，兴趣、双基、能力为三条暗线，由简到难，螺旋上升。

    2.融合问题解决的信息技术学科思维

    基于校园实景的网络虚拟机器人课程教学都是基于项目的学习，学生在教师的引导下发现问题，以解决问题为导向开展方案设计、新知学习、实践探索等具有创新特质的学习活动。项目学习很大程序上还原了学习的本质，在真实活动情境中，激发学生对信息问题的敏感性，提高学生解决具体问题的能力。

    （1）对比求解，激发解决问题的信息意识。信息意识是学生对信息的敏感度和对信息价值的判断力。培养学生核心素养首先在于激发信息意识，有效的信息能为高效地获得问题解决方案提供保障。在教学中，我们要引导学生根据项目信息，对不同方式求解问题的方案进行对比，在对比中体会问题解决的优劣，激发学生主动获取解决问题的信息意识，达到能自觉、有效获取、评估、鉴别、使用信息，从而有效激发学生的信息意识。

    （2）萃取算法，夯实解决问题的思维过程。算法是指解决问题方案的准确而完整的描述，是一系列解决问题的清晰指令，也是计算思维的思维活动表现形式。针对问题，学生会进行多角度的观察和思维，考虑能否找到更多的解决方法和途径，接着反复研究各种方法，不断归纳总结，逐步求精，最终得出问题求解的方法。就这样，学生在体验成功的同时，逐渐筑实计算思维基础。

    （3）设解问题，培养解决问题的数字化创新力。通过针对性地设解问题，让学生自己去寻找解决问题的方法，调动学生的参与意识，并通过利用虚拟机器人软件求解问题、思考方法，培养学生分析问题、解决问题的能力，从而比较系统地培养学生创新的实践能力。

    ● 创新形式，课程实现多样化

    1.混合式教学，从课内向课外延伸

    基于校园实景的网络虚拟机器人课程，以线下的课堂教学为主，以地方课程的形式安排每两周1课时，保证学生能完成基础性的学习任务，掌握基本的知识和技能;线上网络学习是课程教学的辅助手段，教师在线上教学过程中提供针对性的学习资源（项目资源、官方资源），学生根据自己的兴趣完成拓展性的任务，学生可以自己掌控学习进度，进行个性化的学习。在混合式学习中，学生学习时空由教室延伸到网络，由课内延伸到课外，教师和学生、学生和学生通过网络互动更加密切，通过网络同时学习的同学随时可以互相交流、协作学习，解决项目问题。

    2.激励性活动，从普及向提高扩展

    网络虚拟机器人创新教学是一个跨学科、综合性的实践过程，有利于提高学生的动手能力和创新能力。网络虚拟机器人能给更多感兴趣的学生提供展示自我的舞台。

    （1）机器人工作室，拓展学生想象。正常的课堂教学不能满足部分学生的需求，因此建设学校机器人工作室这个空间，让更多优秀的学生参与进来，为他们提供进一步发展的机会。学生们在这里尽情玩耍，不断动手动脑，学会了相互协调、相互配合。同时，突发的奇思妙想不断涌现，孩子们的智慧让“机器人”变得更加活灵活现，孩子们好学的天性得到最大程度的发挥，他们学会了观察，学会了表达，学会了思考，学会了学习。

    （2）机器人竞赛，拓展学生视野。机器人工作室的学生，动手能力和思维能力得到较好的训练。为了进一步提升学生能力，挑战自我，机器人工作室组织能力突出的学生参加省级、市级机器人竞赛。每一个机器人竞赛项目都完完全全是“动手做，做中学”的过程，学生们就像真正的工程师一样，研究、设计、组装和测试。在设计、制作、调试机器人的活动中，学生不仅可以学到有关机械、电子、计算机等技术知识，而且还培养了良好的生活习惯，掌握了技能。更重要的是他们乐观、自信，勇于挑战困难，他们富有想象力、创造力与团队合作精神。● 互联互通，强调评价实时化

    在“互联网+”和大数据时代，对学生的评价也具有多样性和针对性，虚拟机器人课程的评价将课堂评价和网络实时评价相结合，充分体现过程性和参与性。

    1.课堂评价，重视非量化评价

    （1）项目达标性评价。在学生进行项目化学习时，可以把任务分解成若干个小任务，让学生直接对小任务进行评价。例如，在“绕障前行”项目中，根据学生到达的每一个点是否能顺利绕障，让学生直观、方便地进行评价（如表2），这样做也易于让学生接受和认同。

    

    （2）项目创新性评价。在基于校园实景的虚拟机器人课程实施过程中，评价起到很大的引导作用，它通过多途径收集学生学习信息，判断学生学习结果，给学生提供更多的学习支持。每个项目都是从学生的认知规律出发，通过创设与机器人知识相关、与生活贴近的问题情境，让不同能力层次的学生有不同的问题解决方法、算法，具有一定开放性和复杂性。所以，发现创新型的设计方案、合理的算法、稳定的实现都是评价的主要内容。如在“消防演练”项目中，方案一根据时间来控制，到达起火点，方案二利用障碍传感器沿单侧墙进行，利用左手法则搜寻，方案三利用双距离传感器，利用两侧墙进行搜寻。虽然都能找到着火点，但在效率、稳定性上存在很大的差别。很明显，方案三优于方案二，方案二优于方案一。通过方案、算法进行创新性评价，有助于促进学生不断进行反思，修正自己的机器人构建及程序，实现迭代。

    （3）项目展示性评价。基于校园实景的网络虚拟机器人课程具有一定的社会性、人文性、科学性。而项目常常富有时代气息，反映社会热点，贴近学生生活，在虚拟环境中实现项目任务，学生的知识、技能与经验得到提高，而在提高的过程中，学生也乐于分享自己的体验感受。机器人学习是实现跨学科（steam）学习的过程。通过展示评价，学生间可实现学习共享，学生的思维判断能力、语言组织能力、团队协作能力等得到锻炼，学生的综合素养得到提升。

    2.网络评价，注重量化评价

    基于校园实景的网络虚拟机器人不同于其他实体机器人，它依存于网络，因而具有了网络的特点——即时性和可计算。对五年级喜欢游戏的学生的进行当面谈话了解到，学生对现行网络游戏最感兴趣的原因中最关键的是任务明确，有成就感。基于学生的这种心理和认知特点，网络评价应注重量化评价。

    （1）项目排名评价。项目排名是学生最直观了解自己项目完成情况的途径，也是学生在该项目学习中的终结性评价。通过项目成绩排名，可以激发学生主动对方案进行改进的欲望，并想方设法提高成绩。

    （2）积分累计评价。模仿网络游戏的评价方式，将学生学习时长累计（每周按时长累计超过30分钟以上计30分）和完成项目（完成一个项目积100分）相结合进行积分累计，采取头衔制，利用学生好胜的心理特点，激发学生参与网络虚拟机器人课程的积极性和创造性。

    基于校园实景的网络虚拟机器人课程的开发，是想从学科层面更多地做到育人的功能。由景生情，以情育人，让学生具有信息社会责任意识。正像好未来的创始人张邦鑫所说的：“当我跟学生交流的时候，那一刻让我震撼的是，其实教师跟学生的交流和沟通根本不是你教他多少知识，根本不是你用什么手段、方法、高科技解决什么问题，而是你传递了多少热情、多少能量、多少爱，你有多在意他，你帮助他多大程度开拓了他的视野，解决他的自信，让他从学习中得到的成就感。”所以，基于校园实景仿真的网络虚拟机器人课程所体现的就是教育的本质，让学生在课程学习中在心靈上感受到最微妙的变化与引导，从而让核心素养得到不断提升，在情境中有情感的真实流露和养正价值理念的逐渐形成。