基于核心素养的机器人教学微视频设计策略
邱振华
机器人学科是一门涵盖计算机、机械、通信、材料、传感、物理等多个学科领域知识的通用技术学科。由于其操作性强，所以使用微视频进行辅助教学是一种普遍且有效的教学方式。但细观各类机器人教学微视频，大量的微视频都是一种“操作指南”，即将操作步骤一步步演示出来，而后让学生模仿操作。不可否认，这种方式对学生的知识技能的提升会有帮助，但能否对学生的思维方法进行内化就有待商榷了，更妄谈学生核心素养的培养。
笔者有幸参加了“2018年中小学机器人教学微视频征集评选活动”，投稿的作品《智能声控画笔》获得了一等奖。《智能声控画笔》是一个以模拟影音软件中出现的波形为情境的项目，通过主控板上的声音传感器接收用户发出的声音，然后通过软件中的绘图功能将传感器接收到的数值作为坐标点进行绘图，最终实现将声音转换成波形的效果。下面，笔者就结合这个作品来分享一下基于核心素养的机器人教学微视频设计策略。
● 知识的连接——核心素养扎根的土壤
关于核心素养的概念界定，笔者比较认同余文森博士在《核心素养导向的课堂教学》一书中的说法：就实际表现而言，核心素养指的是个体在面对复杂的、不确定的现实生活情境时，能够综合运用特定学习方式所孕育出来的（跨）学科观念、思维模式和探究技能，结构化的（跨）学科知识和技能，以及世界观、人生观和价值观在内的动力系统，进行分析情境、提出问题、解决问题、交流结果的综合性品质。从中可以发现，知识技能、学科观念、思维模式、动力系统等是核心素养蕴含的要素，而知识又是其中最根本的要素，可视为核心素养扎根的土壤，知识习得的效率、习得的深度都将直接影响核心素养的培养。
就传统的知识传授弊端而言，“知识孤岛”是其中一个典型问题，机器人教学也存在此类问题。教师传授的知识是碎片的、孤立的、片面的，看似根据教学大纲划分成一个个有序的章节，但实际上只是在做简单的“物理加法”，并没有形成“化学反应”。在生态链中，如果动物间没有连接，那么等待动物的将是死亡;在知识链中，如果知识间没有连接，那么等待知识的将是遗忘。
在机器人教学微视频中，一般会有硬件部分（建模搭建）、软件部分（程序编写）的相关内容，但却罕见关于软硬件如何通信的原理讲解，于是就会出现学生硬件搭建与软件编写完全正确，却在调试环节遇到困难的情况。究其原因，就是“硬件”和“软件”的壁垒没有消除，教师在讲授中忽视了中间的连接桥梁。针对这一问题，笔者在获奖微视频中，除了演示了软硬件的基本连接使用外，还特别强调了“选择何种设备、选择哪个串口、如何观察软硬件是否连接成功”等操作要领及背后原理，让学生通过软硬件通信原理这座桥梁，实现了软硬件知识的连接贯通。
奥苏泊尔认为，学习的本质就是学生认知结构的组织和重新组织。组织的方式一般有两种：一种是多个新知识间形成连接，组成一个新的知识组块，这样一方面可以降低认知负荷，另一方面可以内化新知识间的关系，例如，机器人教学中常需实现某一特定功能，可围绕该功能使得软硬件间的知识自然产生连接形成知识组块方便学习;另一种是使新知识与旧知识发生连接，例如，在机器人课程的教学中会涉及许多传感器的应用，在学习新的传感器时便可借助已有的学习经验，通过知识间的相似性方便新知识的吸收，同时又发现新知识与旧知识的相异点，丰富原有认知结构，将新知识纳入已有认知体系中。
机器人学科作为一门融合多种技术的学科，涉及的知识范畴跨度广阔，在教学微视频的设计中，能否用好以上两种知识连接策略，使得零碎的“珍珠”串成“项链”，是将知识转化成核心素养的基本要求。
● 情境的韵味——核心素养滋养的水分
石中英在《知识转型与教育改革》一书中这样描绘知识：“任何知识都是存在于一定的时间、空间、理论范式、价值体系、语言符号等文化因素之中的。”知識往往是在特定生活情境中产生的，如果把知识比作鱼，把情境比作水，没有情境的知识，那就是画纸上的鱼，即使再栩栩如生，也是静态的、僵化的，只有把知识放到情境这条溪流中，才能让鱼真正“活”起来。知识只有通过情境的活化才能成为素养滋养的水分。
机器人课程一般在拓展课或社团中开展，不少学校也主要以机器人竞赛为目标开展课程。在这样的背景下，不少以竞赛为目标的机器人教学，缺少必要的情境融入，大都围绕竞赛要求进行教学，虽可将学生训练得“又快又准”，但却缺乏深层次的素养落实。以最常见的机器人巡线为例，教师会教学生让机器小车在黑白相间的各种赛道上“自动行驶”。在这个过程中，学生也会兴致盎然地投入学习，但在现实生活中却罕见黑白相间的道路存在，那么，这样的教学过程对于学生的素养提升来说就缺少了与生活真正融合的情境。针对这一问题，笔者的获奖微视频以“以模拟影音软件中出现的波形”为情境进行教学，让学生在模拟再现的过程中，理解声音这种模拟信号是如何通过传感器输入，又如何通过编码一步步转换成图像输出的过程，让学生在知识与生活的碰撞中，有一种“原来是这么回事”的恍然大悟，让知识找到转化的生长点和着力点，让学生找到学习的需求感与认同感，在教育的深刻意义中体现核心素养的落实。
情境创设的关键点在于真实世界与抽象知识的连接，以下列举一些笔者常用的连接途径。
1.通过生活进行连接
生活是无字的书，其中蕴含了无尽的情境源泉。仍以机器人巡线为例，可以创设这样一个生活情境：在一间无菌病房中，住着几位行动不便的病人，由于病房的特殊性，医护人员需尽量减少进出，在这种情况下，你是否可以采用特制的黑白地板，通过机器人巡线的方式运送食物等必需品到病房中？在这个情境中，学生的知识有了真正的用武之地，体验到了知识的内在价值与意义。
2.通过实物进行连接
再以巡线机器人为例，现实生活中，京东的快递机器人已经亮相，一时间也成为街头巷尾热议的话题。通过这一大家都感兴趣的实物创设情境，可以让学生有强烈的参与欲望，激起探索科学奥秘的兴趣。
3.通过自身进行连接
俗话说：事不关己，高高挂起。但如果“事要关己”，那又会起到什么效果呢？在一次巡线机器人的教学中，开场笔者问了学生一个问题：“如果你拥有了这个巡线机器人，你最希望它来帮你做什么事情？”这个问题激起了学生们的兴致：“让它帮妈妈买菜去。”“让它背着我的书包上学去。”……无论是深思熟虑后的回答还是童言无忌的话语，都代表着孩子们的心声，如此便创建了以自身为连接的特殊情境。这种连接途径的优势在于每个人都有属于自己的独特情境，不会出现学生由于不喜欢或不熟悉教师提供的情境，而无法融入到学习中去的情况。
除此之外，情境化的途径还有多种，也没有绝对固定的模式，正如真实世界是丰富多彩的一样，情境创设也是多种多样的。
作为一门实践性很强的通用技术学科，机器人学科在教学微视频的设计中，更要通过情境化的策略实现知识与背景、理论与实践、生活与技术等方面的融合，构建真实情境中学习的认知路径，把知识的活化作为转化素养的必经之路。
● 思维的深度——核心素养绽放的花朵
深度学习是瑞典学者费尔伦斯·马顿和罗杰·赛尔杰针对孤立记忆和非批判性接受知识的浅层学习提出的一个概念。不同的思维方式看到的知识的层级是完全不同的。以苹果落地为例，有的人看到的仅仅是这一现象;有的人可能会引申到各种东西在高空中都会掉落这一结论;有的人则会进一步思考，不同高度是否对其掉落速度会有影响，这便有了亞里士多德和伽利略等人对自由落地的研究;有人则发现了其中的根本规律——万有引力定律，那便是牛顿。关于“苹果落地”故事的真假并不重要，重要的是其中可以体现的超越知识表层结构进入深层结果的思维过程。素养从来都不是靠灌输和“就事论事”的教学方式形成的，只有让学生深挖表层知识背后的本质，实现深度思考，才能绽放核心素养的花朵。
在机器人教学中，有一个问题是，各种品牌的机器人都使用开发商独立的软硬件设备，因此大量针对特定品牌的机器人教学微视频，并不具备通用性，无法发挥微视频跨时间、跨空间、跨对象的教学优势。针对这一问题，笔者的获奖微视频虽也选择了某一特定品牌的机器人设备进行讲解，但讲解的过程通过“软硬件协同工作的知识技能（连接硬件+安装软件+进行调试）”—“知识技能背后的方法规律（软硬件需通过某一中间物建立联结）”的途径进行，以此让学生理解硬件与软件协同工作的背后原理，将其作为探索任何一种机器人设备的利器，实现举一反三，并逐渐意识到“万物间皆可通过某种途径进行联结”这一深层次哲理思想。
具体来说，笔者认为，在机器人教学微视频的设计中，可以采用以下两种策略引发学生的深度思考。
1.以问题激发思维活跃
陶行知说过：“创造始于问题，有了问题才会思考，有了思考，才有解决问题的方法，才有找到独立思路的可能。”这句话说明了问题是思考的起源，是让思维往深度发展的可能性。合理的提问，可以激发学习者的思维，让学习者在问题的引导下独立思考、不断质疑，最终透过表面的现象，挖掘到深层次的瑰宝。在微视频教学中，虽然提问无法像课堂上通过追问等形式进行精确引导，只能通过自问自答的形式予以解答，但这并不影响提问在活跃思维中的作用。以软硬件协同工作的知识点为例，可以提出问题：“两个不同国家的人，均不懂对方国家的语言，在这种情况下，他们该如何交流呢？”学生可能会想到使用翻译机，此时就可以引出“软硬件需通过某一中间物建立联结”这一原理规律。之后还可以进一步提问：“通过翻译机进行交流比较麻烦，有没有一种语言可以让他们直接交流？”学生一定会想到英语，此时便可以引出深层次的问题，如果软硬件间有统一的规范标准，那么将会消除许多壁垒。可目前为何会出现规范标准不统一的现象？这一困境又该如何解决呢？这些便是知识背后的深层次问题，当学生意识到这些问题，并尝试探索背后的真相时，核心素养已经潜移默化地落实了。
2.以参与促进思维加工
思维作为一种高级认知活动，是感觉、知觉等获得的各种材料的精细加工的产物，其形成是一个实践、体验、感悟的过程，需让学生主动参与认知的建构，以实现思维的提升飞跃。在课堂中基于学生认知建构的“项目学习”“自主学习”等模式已被广泛应用，但在微视频教学中，这一点却经常被忽略，大量的微视频讲究的是“一气呵成”，并未给学生提供“留白”参与的机会。要解决这一问题，一是可在视频适当的地方进行“暂停”，如提出一个问题后，可提示学生“请将视频暂停，待思考完成后继续观看”;二是借助特殊的平台实现一些交互功能，如播放到某一时间点后，弹出问题选项，当学生完成选择后视频才会继续播放，如此做到手脑并用、学思结合，有助于学生思维的精细加工;三是在视频最后提出一些开放性的问题或任务供学生探索，如在学习了LED灯的点亮技能点后，给学生布置“请将LED灯放置到某一实物上形成特殊功能”这样一个开放任务，并举出一个将LED灯作为“波斯猫”眼睛变色效果的例子激起学生的兴趣，以达到让学生观看后继续自主“线下学习”的效果。
深度思维的形成绝非一朝一夕的事，但只有在每个教学环节尽可能引发学生思考、促使学生参与，才能逐渐形成“量变到质变的效果”。在机器人微视频教学中也需采用各种策略引发学生深度思考、深挖知识的内涵，以实现素养的内化。
