优化作业设计 提高仿真机器人教学的实效性

【摘 要】针对学生在仿真机器人学习中暴露出来的兴趣不浓、两极分化、缺乏主动性等问题，设计趣味性、层次性、开放性、针对性的作业，可以提高学生练习的实效性，从而有效改善仿真机器人课堂教学的效果。

【关键词】仿真机器人；作业设计

【中图分类号】G40-057 【文献标识码】B

【论文编号】1671-7384（2013）02-0065-03

仿真机器人是现阶段开展智能机器人教学的一柄利器，它的出现既解决了智能机器人教学中由于财力不足造成的硬件上的瓶颈，增强了智能机器人教学的可操作性，保证了教学活动的有效开展；同时由于仿真机器人的可移植性，使智能机器人教学不再局限于课堂，大大拓宽了学生学习智能机器人编程的空间。

尽管仿真机器人已进入小学信息技术课堂，但是在教学实践中效果并不十分理想。笔者发现，学生刚接触到仿真机器人时显得很兴奋，但随着学习的深入，一部分学生流露出了畏难的情绪，慢慢失去了进一步学习的耐心和信心，个别学生甚至游离于学习之外；还有相当数量的学生完全围着教师“转”，学习上缺乏主动性、创造性；只有少部分学生能真正融入课堂，体验学习带来的乐趣。

针对学生学习中暴露出来的兴趣不浓、两极分化、缺乏主动性等问题，又考虑到仿真机器人操作较多、实践性强、富有创造性的特点，笔者认为，应该从作业入手，通过优化作业设计，提高练习的实效性，从而有效改善仿真机器人课堂教学的效果。下面结合教学实例从四个方面谈谈具体的做法。

趣字入手，以趣促练

布鲁纳认为：“最好的学习动机，乃是学生对所学材料本身发生兴趣。”新课程标准也要求教学必须从学生熟悉的生活情境和感兴趣的事物出发，为他们提供观察和操作的机会，使学习成为学生自觉的需求。因此，教师设计的作业要善于把握学生的兴趣点、兴奋点，找准适合他们口味的作业形式，不露声色地把学生引导到作业中去，让他们兴趣盎然地完成作业。

1. 生活化作业

将仿真机器人作业的背景设计成生活化的情境，有利于学生主动融入其中，从而减少被动应付的抵触情绪，促进学生积极思考，提高解题效率。

例如，在学习“条件循环”后，笔者设计了这样一道练习题：学校将举行1分钟踢毽子比赛，可是人工计时太麻烦，体育组陈老师得知同学们在学习编写程序，所以想请大家为体育组设计一个自动计时机器人。情境呈现之后，笔者接着给学生煽风点火 ：“同学们，大显身手的机会来了，你的机器人如果被选上了，那你可是学校的名人了！”通过设计生活化的情境，将知识点和实际问题有机结合，使得学生在练习时兴趣大增，从而全身心地投入到解决问题中去。

2. 游戏化作业

虽然仿真机器人在编写程序时可以回避枯燥难懂的代码，但其图形化的模块、线块式的流程图对学生来说还是比较单调的，如果让他们一味地机械操作，时间一长就会变得“无味”。因此，设计一些形式活泼、富有趣味的游戏化作业，既能激发学生练习的兴趣，也可以提高做作业的效率。

例如，学习“机器人行走”后，笔者把练习题做了如下设计：在一个密室里有一道密码门，打开的方法是用一笔将所有的黑点连起来（图1）。请用仿真机器人模拟出该轨迹，正方形的边长自定。

“一笔画”是学生喜闻乐见的一种数学小游戏，将机器人沿轨迹行走融入寓教于乐的游戏活动中，激活了学生学习的源动力，他们在轻松愉悦的氛围中自觉地完成了操练。

3. 探究性作业

苏霍姆林斯基说过：“在人的心灵深处，都有一种根深蒂固的需要，这就是希望自己是一个探索者、发现者、研究者，而在儿童的精神世界中，这种需要特别强烈。”因此，仿真机器人作业的设计要从学生心理需求出发，激发学生的探究欲望，培养学生的探究精神。

例如，《学习机器人转向》一课，在学生学会机器人转90度的基础上，为了让他们自己探究特殊角的数值设置，笔者设计了这样一道练习题（表1）。

学生熟练掌握特殊角度的数值设置，是学会让机器人沿轨迹行走的基础，若让学生呆板地把相关数值背下来，学生不容易记，也记不牢固。实际上，当速度一定时，时间与角度之间是有一定的规律可循的。这道练习题不仅激发了学生学习的兴趣，而且让他们通过自主探究发现了知识的内在规律。

因材施教，层次分明

尽管仿真机器人是刚开始学习的新内容，严格讲，学生都是零起点，但经过近三年的学习，学生对信息技术课程的学习态度、学习兴趣不尽相同，学生现有的知识、操作能力也参差不齐。所以，学生学习仿真机器人一段时间之后，学习上的差异就逐渐暴露出来了。这就要求我们在作业设计上一定要有层次性，保证低起点、多层次，能让不同的学生都达到练习的目的。

例如，学习“多次循环”后，为了照顾全体学生练习的需要，笔者设计了一组有梯度的练习题：在仿真界面留下下列图案（图2），等边三角形的边长自定。

这组练习题的三个图案都由图3衍变而来，练习内容由易到难、由浅入深，循序渐进地逐步深化。第一题是基础题，只需运用一次循环，确定机器人初始角度后，学生完全可以根据画正方形的范例依葫芦画瓢；第二题是提高题，需要运用循环嵌套，但是图案形式简洁，学生马上就能发现其中的规律；第三题是发展题，图案形式变得复杂，也需要运用循环嵌套，但其中的“循环体”不太好找，首先要确定机器人的位置，同时还要结合正多边形的知识计算出转角的度数，对学生具有一定的挑战性。通过设计多层次的作业，让学生在练习过程中逐步达到“会——熟——活”的标准，同时也避免了练习中出现学生“吃不动”、“吃不饱”的现象，让全体学生都有合口的“饭菜”。

力求开放，凸现主体

传统的教学方式往往倾向于教师就一个给定的问题，告诉学生一个既定的答案。长此以往，学生就会产生这样的错觉：解决问题的途径只有一个。由此导致的结果是，学生的创造性得不到恰当的开发，他们只会接受已有的知识体系，而不是主动去探索、去发现新的知识。因此，教师必须转变观念，在设计作业时，要尊重学生的个体差异，给予学生自由选择的权利和自我发挥的空间，激发学生的自主意识和创造热情。

仿真机器人虽然只是一个软件，但其强大的功能、高度的仿真性不亚于实物机器人，它提供开放性的问题解决方案，使学生可以用不同的方法达到同一个目标，所以，在作业设计上也要充分考虑到开放性的特点。

1. 问题解决的方法开放

例如，学习“机器人行走”后，笔者设计如下练习题：在仿真界面留下如图4所示的“三菱”图案，菱形的边长自定。你能找到几种不同的方法？

这个“三菱”形是一个特殊的图案，学生通过观察不难找到解题方法，但解决问题的途径远不止一条，设计这道题目的目的就是通过一题多解训练学生的思维分析能力，同时让他们明白只要方法得当，“条条大路通罗马”。从作业的效果来看，学生思维活跃、参与度高、目标达成度高。

2. 问题解决的结果开放

例如，学习“机器人检测应用”后，笔者设计了这样一道练习题：小明最近很烦恼，因为家里的闹钟坏了，所以上学老是睡过头，请你帮他设计一个具有闹钟功能的机器人。这道题目是对学生所学知识的综合运用，因为没有指定传感器等模块，他们便有了自由发挥的余地。经过学生的精心创造，“形态”各异的闹钟机器人诞生了。有的学生应用“亮度检测”，设计了根据亮度叫人起床的闹钟；也有的学生应用“声音检测”，设计了根据声音叫人起床的闹钟；还有的学生构思新颖，应用“条件循环”、“延时等待”、“计算”设计出了定时功能的闹钟。学生的主体性、创造性都得到了激发，练习的效果自然就达到了。

突出重点，有的放矢

仿真机器人以计算机仿真的形式融合了机械、电子、传感器、人工智能等领域的技术，涉及内容十分丰富，同时它与数学、科学等学科也有着紧密的联系。所以，仿真机器人的操练不同于一般信息技术课上某个软件、某一功能的具体应用，大多是综合性的，学生需要根据问题情境，灵活选择应用模块，通过不断调试完善程序，从而获得合理的问题解决方案。在这一过程中，往往会涉及很多方面的知识和操作技能，有些是学生已学的，有些是学生新学的。但毕竟课堂上的练习时间有限，要让学生在练习中“面面俱到”，不太现实，相反因为“喧宾夺主”花费过多的时间，又容易造成学生重难点内容练习时间不足，练习效率低下。

因此在作业设计时，教师可将作业中不太重要或者不需要学生操练的内容预先完成，而仅留下需要强化练习的重难点。这样既提高了练习的针对性，又可以节约学生练习的时间。

例如，学生在练习“机器人走正多边形轨迹”时，考虑到他们已经对“多次循环”的结构比较熟悉，所以练习时笔者直接将搭建好的VJC流程图文件提供给学生，让他们重点训练模块中“循环次数”、“速度”、“时间”等几个参数的设置。通过对数值的对比，学生探索出了机器人走正多边形的一般方法，练习的效率大大提高了。

再如，学生在仿真机器人操练中的仿真环境，教师也可以事先编辑好文件，练习时学生只要加载或导入相关环境即可。这一操作看似不起眼，却可以为学生省下不少的练习时间。

玩是学生的天性，仿真机器人就是一个好玩的软件。如果教师能从趣味性、层次性、开放性、针对性的角度去设计仿真机器人的作业，相信学生一定也会玩出精彩创意和智慧火花！

（作者单位：浙江桐乡市实验小学教育集团凤鸣小学）