信息技术学科 基于项目的学习教法探索

    古美婷

    基于项目的学习又叫项目式学习（Project-Based Learning，简称PBL），是一种以学生为中心，教师起引导作用的教学方式，通过项目式学习，学生将主动探索现实世界中的问题，并在这个过程中学习到更深刻的知识和技能。项目式学习作为一种教学方法，已得到越来越多教育工作者的关注。2019年3月，在市教科院的牵头组织引导下，我市信息技术教师开始了基于项目的学习教法的实践与探索。作为一名信息技术教师，在对“项目式学习”有了一定的了解之后，笔者选择了七年级信息技术下册（粤教版B版）第二章第二节《机器人拔河比赛》一课进行实践与探索。

    ● 选择项目

    《机器人拔河比赛》在课本中属于一节承上启下的课程。在上一节中，学生通过学习使用觸碰传感器制作“智能碰碰车”，回顾了小学阶段学习的编程逻辑与软硬件结合的基础操作，而本节课则是在熟悉上一节所学知识的基础上进行的一节实践课，旨在让学生在完成活动任务的过程中学会分析任务，并在操作过程中逐步理清发现问题、分析问题和解决问题的思路。同时，针对小学阶段学习的红外避障传感器的使用进行复习和应用，从而为后面的机器人走迷宫等课程做好相关的知识铺垫。

    拔河是学生在日常生活中都能接触到的真实问题情境，制作拔河机器人则是让学生将学习与生活联系起来。首先，通过对现实生活中拔河比赛的认识，去类比推理拔河机器人应该具有哪些功能。其次，通过对拔河这一问题的探究，学生将得知影响拔河比赛胜负的因素有哪些，进而明确制作改进拔河机器人的思路。

    这一学习任务设立的目的与项目式学习中“通过一段时间对真实的、复杂的问题进行探索，从中获得知识和技能”这一理念相符合。制作拔河机器人，用于参加拔河比赛，究竟怎样的机器人才拥有更大的获胜概率？这一驱动问题具有一定的挑战性，但又不至于难到让学生望而却步。

    ● 学情分析

    通过第二章第一节的学习，学生已经学会了如何使用流程图来表达简单问题的解决过程，并掌握了利用诺宝编程软件进行编程的方法，同时，在完成了小学阶段学习任务的基础上，也对一些传感器的工作原理有了一定的理解。本课将引导学生使用小学阶段学过的红外避障传感器和在上一节课中学习的触碰传感器来制作拔河机器人，让学生在活动过程中进行体验并比较，感受不同传感器对拔河机器人产生的不同影响，进而培养学生对比分析的能力。同时利用比赛的形式，让学生体验机器人竞赛所带来的胜败感和分析获胜经验的过程，培养学生胜不骄败不馁的优良品质和分析、分享成功经验的能力与习惯。初一年级学生对有关机器人的课程非常喜欢，课堂动手环节也很积极，但团队协作意识薄弱，易出现单独操作的情况，同时在课堂中也容易出现独立研究而忽视教师任务进度的情况，所以课堂掌控方面需要教师对学生进行进一步的引导。

    ● 项目简介

    学生在本项目中将以4人一小组的形式完成“拔河机器人”的设计与制作。其间可能会遇到“对比赛规则理解不到位，导致编程逻辑不对”“程序编写不合理，导致无法编译下载”或“小车模型设计不当，导致比赛失利”等问题。为解决这些问题，学生将通过深入理解分析比赛规则，理顺编程思路;通过检验程序合理性以及各流程模块参数的编写是否有误，逐步解决无法编译下载的问题;使用控制变量法，设计对比试验，逐步检验对影响比赛胜负因素的猜测是否正确，并将正确的因素加入拔河机器人的设计制作中。最后学生将在拔河比赛中检验自己的项目成果。

    ● 项目实施

    在项目进行前，可先引导学生去了解拔河比赛，感兴趣的学生可以自行组织进行拔河比赛，体验拔河的过程与乐趣。然后，在上课前先让学生简述自己对拔河比赛的认识，并引导学生思考如何让机器人像人一样进行拔河比赛，进而引出本项目——《机器人拔河比赛》。

    紧接着，便亮出参照人类拔河比赛规则所制定的机器人拔河比赛规则：“将两个机器人的前端用细线连接起来，打开电源开关，等待裁判的发令。当听到发令声响时，启动机器人，两方机器人同时后退，哪一方先将对方拖出规定区域，即为获胜。（比赛将在提前绘制好的比赛场地中进行，并由裁判判断胜负）”学生将通过分析比赛规则，从中获得拔河机器人应具有哪些功能的信息，进而选择用于实现相应功能的零件，并设计程序实现这些功能，让自己的车型机器人能够按照比赛规则正常运行。

    当机器人能正常运行后，我们需要关心的就是如何才能让自己的机器人在比赛中获胜，从而进一步分析影响拔河比赛胜负的因素有哪些。从人类参加拔河比赛中分析出来的因素，是否也同样适用于机器人拔河比赛呢？对于这些问题，学生将通过观察，并结合日常生活的经验进行分析推理，然后对影响拔河机器人比赛胜负的因素提出猜想，再设计对比实验进行验证。如果验证过程中出现了新的想法，便进一步进行探究，直到最后验证完自己想要验证的猜想，并将正确的猜想运用到拔河机器人的设计与制作中，直到完成最终产品，用于参加比赛。

    对于用什么传感器来启动机器人这一问题，给学生提供两种选择：触碰传感器和红外避障传感器。通过对传感器的选择把学生分为两个阵营：触碰小分队和红外小分队。在后面进行比赛时，我们先组织学生在同一队中进行比赛分出胜负，再让两队中最强的两个机器人进行队间决赛，选出本节课最优秀的拔河机器人。如此进行比赛，一是可以增加比赛的趣味性，二是可以引发学生进一步思考传感器的选择是否会对比赛结果产生影响，从而让学生再深入进行探究。

    比赛结束后，先请冠军小组进行分享，向同学介绍自己小组的制作理念，分析自己机器人的优缺点，然后再由另一小组对他们的机器人做出评价并提出建议。接着再请在比赛中失利的队伍进行分享。在此环节，只要学生愿意，可多让学生发表自己的想法，若学生较为腼腆，则应鼓励学生多发言，多与同学分享自己的想法，以此来锻炼学生的批判性思维能力。

    约翰·杜威曾说过：“我们不是从经历中学习，而是从反思经历中学习。”为了让学生养成回顾项目各个环节进行反思的习惯，笔者设置了一个附加任务，即让学生总结自己制作拔河机器人的方法，将其录制成小视频发布到网上，视频应介绍清楚“你的产品是什么？”“产品由哪几部分组成？”“产品的工作原理是什么？”“现在的产品是第几个版本？当下的解决方案与之前设想的有何不同？”等几个问题。为了更好地跟进这一任务，笔者在互动学习平台UMU上创建了机器人拔河比赛的课程，让学生把录制的视频作为作业进行提交。在该平台上，学生可以看到其他同学的作业，也可对其进行点赞与评价，为学生对本项目后续的思考与交流提供了平台。

    ● 总结反思

    在项目式学习中，我们不仅要关注学生学科知识的学习，同时也要关注学生批判性思维能力、解决问题能力、团队协作能力和自我管理能力的培养。

    作为一个贴近生活、模仿现实生活活动所进行的人工智能竞赛，机器人拔河比赛具有真实性，同时也易于激起学生的兴趣与关注。“如何制作一个拥有更大获胜概率的机器人？”这一问题具有适度的挑战性，能激发学生的挑战精神，完成起来又不会太难。而对影响比赛胜负因素的探究更是一个不断迭代的过程。学生将在探究中不断发现新的问题，然后去收集资料，并尝试提出新的猜想与解决方案，进而再提出更深刻的问题——这个过程会一直持续、循环到他们得到一个满意的答案或解决方案为止。

    学生在项目进行的过程中具有发言权和选择权。只有学生能依据自己的判断来解决问题而不是按照指令完成项目，才能说明学生真正地参与到了项目之中。只有激发了学生的主人翁意识，他们才会尽可能地参与到项目的各个环节中——从提出问题，到解决问题、寻找资源，再到明确团队中的角色及分工，以及最终创作一个产品，然后进行反思。对项目的反思，能够帮助学生理清下一个项目需要改进的地方，也能帮助教师提高项目式教学的质量。

    好的作品不可能一蹴而就，高质量的产品必定是经过了多次的迭代。在项目式学习中，学生需要学会接受同伴建设性的意见，并基于此来改进、完善自己的产品。在此阶段，我们可以借助使用“评估量表”“评估模型”等评估反馈工具，学习正式的反馈与评论技巧。

    最后，同样也是最重要的环节——产品的发布！公开展示项目成果不仅能提高学生学习的积极性，促成高质量产品的完成，同时也将有效促进讨论和学习社区的形成。任何一个公开展示的产品，都是可以被讨论的，除针对产品的讨论外，我们还可以讨论学习的内容、学习的方法、产品评估的标准等。

    ● 希冀与展望

    2019年3月，笔者开始了对基于项目的学习教法的探索，到2019年7月，终于完成了一次还不太成熟的实践。学生制作拔河机器人的热情给了笔者动力，让笔者知道，当你给予学生发言权与选择权时，他们将会用惊喜来回报你。探索的道路虽阻且长，但学生在完成项目时脸上所绽放的神采将照亮我们前进的道路。