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玩中练，玩例谈萝卜圈虚拟机器人的初教和初学
一、浅谈“萝卜圈”虚拟机器人引入课堂的目的和意义
本校在发展规划中明确提出了发展机器人特色教育,培养学生的创新意识和实践能力,在此有利环境下,信息技术学科组以培养学生的创造力的目的,开展将“萝卜圈”虚拟机器人引入课堂.
1.智能机器人教育走进课堂已成为必然趋势,但形式偏重于实体机器人,且实体机器人教学面临诸多问题.
实体机器人教学的普及和推广进程缓慢,究其原因,主要有以下几个方面：一是经济投入大,二是管理成本高,三是教学效率低.
2.本校已在小学高年段和初中低年段开设了“萝卜圈”虚拟机器人校本课程,其对培养学生的创造力方面与实体机器人有诸多共性.
“萝卜圈”虚拟机器人是指通过计算机和网络在一个虚拟的物理环境下,搭建机器人结构和编写控制程序,要求机器人在规定的时间内从虚拟场景的起点抵达终点.在虚拟场景的赛道中设置多种得分方式以及能量补充站等,完成得分动作越多、用时越少,得分越高.在虚拟场景任务中,除了要掌握机器人编程和对物理、力学平衡等知识的应用外,还要考虑如何面对一个多任务的项目,在有限时间内通过合理高效的策略取得最好的成绩.
自本校尝试将“萝卜圈”虚拟机器人引入常规课堂和第二课堂,经过一学年的“萝卜圈”虚拟机器人教学实践,本学科组发现其对培养学生的创造力方面与实体机器人有共通之处,也促使机器人社团在各类机器人竞赛中小有建树.本校机器人创客社团参加国家、省、市各级机器人创客类赛中,共获市级以上奖项45项,其中国家级赛事31项、级赛事获奖3项、市级赛事获奖9项.
二、以《奔跑吧,小车》为例,谈“萝卜圈”虚拟机器人的初教与初学
1.《奔跑吧,小车》教学内容简释
本校开发的《信息技术》校本教材——《虚拟机器人》初级篇,共分为4章《感受“萝卜圈”的魅力》、《大发现之旅》、《我们出发啦》、《出色的“萝卜小子”》,每章分为3个课时.
《奔跑吧,小车》是《虚拟机器人》第二章第6课的内容.主要学习驱动模块中“电机”、“延时”和“停止所有电机”模块的使用.通过有趣的“萝卜小子”完成直行和转弯的任务贯穿其中,在玩中学,在玩中练,在玩.此外,通过剖析完成任务需实现的功能,让学生初步熟悉编程方法,锻炼学生的程序思维,为进一步的编程学习打好基础.
2.本课内容的三维教学目标
2.1知识与技能目标
了解“萝卜圈”软件的界面构成；掌握驱动模块中“电机”、“延时”和“停止所有电机”模块的用法；能综合运用以上模块编写程序及设定模块参数值.
2.2过程与方法目标
通过模仿法,在理解小车运动程序的基础上,编写小车完成前进任务的程序；通过对比法,找出小车完成转弯动作的规律及模块参数的修改；通过生生交流、师生交流、小组合作形式,建构自主、合作、竞争的学习过程.
2.3情感态度与价值观目标
让学生在自主解决问题的过程中感受成功的快乐；通过小组协作和主题研究活动,培养学生协作学习的意识和勇于探索创新的精神.
3.对学生学情的分析
本课教学对象初定为五年级至七年级的学生,该阶段的孩子已经开始从具体形象思维逐步向抽象逻辑思维过渡,通过有趣的任务情境能激发学生主动学习的热情,通过分析、综合、比较、抽象、概括等思维活动,能促进学生逻辑思维的发展与完善.学生刚接触过“萝卜圈”软件不久,书本中“萝卜小子”前进和转弯的例子生动有趣,能很大程度上激发学生的学习兴趣.
4.教学重难点简述
教学重点是掌握驱动模块中“电机”、“延时”和“停止所有电机”模块的用法；教学难点是程序模块的分析及参数的变化.
5.教学策略的选择
新课标指出教师是学习的组织者、引导者与合作者,而信息技术教学大纲明确指出：知识及技能的传授应以完成典型“任务”为主.因此,本节课设计的主要教学方法有“创设情境法”、“任务驱动法”、“自主探究”等.
为了着重培养学生的思维能力,让学生具备初步程序思维,主要采用“发现问题”——“分析问题”——“实践想法”——“优化策略”——“知识迁移”——“解决问题”等六步法来启发学生的思维.
6.教学过程的阐述
6.1视频导入,激发学习热情；展示第一个任务,分析问题.
播放萝卜圈虚拟机器人的精彩短片.引出本节课的主角——机器人小车.分小组,准备进行机器人小车的比赛.
介绍萝卜圈虚拟机器人的平台：任务栏里选择“奔跑吧,小车”场景.
问题1：小车动不了,要给他一个指令,也就是编程.
学生观察萝卜圈的场景和编辑程序的界面,发现编程界面是以模块化来构成的.
问题2：在开动赛车之前,请同学们联想一下,要让这个赛车到达目的地走一段距离,在数学里面有一个关于“距离”的公式是什么？如何在萝卜圈里面运用这个公式,让小车前进呢？
生：距离等于速度×时间.
师（补充）：速度用电机模块的值来表示.
问题3：这辆小车有几个电机？这几个电机有什么不同？
生：小车有4个电机,1、2号端口对应的是左边的电机,3、4号端口对应的是右边的电机.
师（补充）：分别对应了4个端口,1、2号端口对应的是？3、4号端口对应的是？
问题4：除了电机外,还要有什么？
学生能联想起刚才的数学公式中的“时间”.
师（补充）：时间用“延时”模块来表示.
问题5：“延时”模块的数值单位是什么？
师：请注意,它的单位是毫秒（ms）,1000毫秒才等于1秒.
【设计意图】精彩的短片导入,能激发学生的学习兴趣,促使学生积极探究.本环节引出第一个基础任务,主要让学生进行数学公式到程序的转换,提出问题,分析解决方案.
6.2微课自主学习,完成基础任务
引导学生学习编写机器人前进程序的微课,也可以参考教材中的内容,或大屏幕上的要点提示.提醒学生提交成绩.鼓励小老师帮助组内成员,小组完成后可以帮助其他组的同学.
【设计意图】运用微课,让学生进行重点知识的学习,培养学生的自学能力；小组间比拼,鼓励学生勇当小老师.
6.3难度挑战：尝试修改程序,完成难度任务；修改优化程序,冲向终点提高分数.
师：你们还想不想挑战更高难度的任务呀？那我们就看看第二个任务——转过那个拐角.（运行“转过那个拐角”场景）发生了什么？是什么原因？
生：小车没有转弯.
师：（打开编写程序界面）这个长长的程序有几段啊,为什么？
生：先是直行的程序,然后是转弯的程序,最后再直行到终点.
师：如果要让机器人顺利转过那个拐角,该怎么修改他的参数？
生：将左边电机的动力加大,右转弯.
师：刚才同学们猜想出了完成任务的秘籍,要想让小车转弯,就要让左边电机和右边电机的动力不同,试试看,能不能突破难点？
提醒成功的同学提交成绩,并将电机的参数值记录在学案上.鼓励学生修改参数来提高分数,并帮助其他同学完成任务.
【设计意图】小组合作探究得出答案,培养学生的合作意识.鼓励学生不怕犯错误的探索精神.争取提高分数,培养学生知识迁移及运用的能力.
6.4任务成绩展示与课堂小结
展示第二个任务成绩及排名.
师：谁来分享一下,你是怎么完成的？
生：直行速度加快,延时要减少.
师：老师还有一个问题,有些同学转弯的时候,转是转了,但还没有转过去,那怎么办呢？
生：左边电机加大的同时,右边电机也减小一点,这样转弯的幅度就会更大一点.
【设计意图】让学生体会成功的喜悦.教师通过问题引导学生对本课重点和难点进行小结.
6.5播放拓展视频,鼓励课后探究
开拓学生的视野,激发学生联想拓展内容与本课任务的不同之处,鼓励学生课后探究.
【设计意图】激发学生对“萝卜圈”虚拟机器人深入研究的兴趣.
三、小结：玩中练,玩——“萝卜圈”虚拟机器人培养学生创造力的体现
让学生在玩乐中练习,在变式中创新.在“萝卜圈”虚拟仿真系统中开展智能机器人学习,可以模拟实物机器人的一切功能和动作：在场景中构建机器人,编写与实际机器人完全相同的驱动程序,控制机器人在特定环境中按指定规则完成特定的任务.借助于软件和平台,通过虚拟现实技术,将机器人教育的各个应用细节进行高度的三维仿真；同时,基于软件平台和网络的应用模式降低了学习机器人的硬件门槛,有利于摆脱时间、场地、器材等的限制,方便学生开展自主学习.“萝卜圈”虚拟机器人的搭建机器人的过程可以训练学生的三维空间想象力,和模型的创意设计能力,可视化的程序模块更方便培养学生的编程思维能力,这些不仅可以为各种机器人比赛打下基础,而且对于培养大部分学生的创造力有良好的促进作用.
[ 参 考 文 献 ]
[1]朱晓胜.机器人教学的探索与实践[J].科学大众,2013,(3):6-6.
[2]曾景佳.例谈信息技术课堂教学目标的实现[J].课外阅读,2012,(9):75-75.
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