基于任務(wù)驅(qū)動的高中科創(chuàng)社課程設(shè)計研究

王威 劉龍

摘 要：以淮南市“智慧教育”中智慧校園創(chuàng)客實驗室建設(shè)為契機，成立學(xué)?？苿?chuàng)社團，通過社團的教學(xué)實踐與創(chuàng)客理論研究，發(fā)現(xiàn)以項目制作為主線、教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體的“任務(wù)驅(qū)動”教學(xué)模式能較好地運用在科創(chuàng)社團的創(chuàng)客教學(xué)活動中。

關(guān)鍵詞：任務(wù)驅(qū)動；創(chuàng)客教育；機器人

一、課程理念

“創(chuàng)客”一詞來源于英文單詞“Maker”，是指出于興趣與愛好，努力把各種創(chuàng)意轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實的人。目前，創(chuàng)客教育以變創(chuàng)意為現(xiàn)實、勇于創(chuàng)新為目的，正在逐步進入中學(xué)創(chuàng)客空間或者社團活動當(dāng)中。參與的學(xué)生與教師通過任務(wù)驅(qū)動、探究學(xué)習(xí)、在線課程等方式，在模仿與創(chuàng)新中設(shè)計出一定的作品，并把自己的成果分享出去，從而體驗創(chuàng)造的快樂。

本課程以9G舵機以及超聲波測距儀的使用為基礎(chǔ)，通過3D打印材料制作OTTO機器人為任務(wù)驅(qū)動，開展創(chuàng)客教育活動。所謂“任務(wù)驅(qū)動”是一種建立在建構(gòu)主義教學(xué)理論基礎(chǔ)上的教學(xué)法，“任務(wù)驅(qū)動”就是在學(xué)習(xí)創(chuàng)客制作的過程中，學(xué)生在教師的幫助與指導(dǎo)下，緊緊圍繞一個制作項目，在明確的項目任務(wù)驅(qū)動下，通過對學(xué)習(xí)資源或在線課程的積極應(yīng)用，進行自主探索和相互間協(xié)作的學(xué)習(xí)。在完成既定任務(wù)的同時，引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生一種學(xué)習(xí)實踐意識。在教學(xué)過程中，師生打破傳統(tǒng)的教師主導(dǎo)式教學(xué)方式，構(gòu)建一種新的“平等”關(guān)系，這與創(chuàng)客教育主張的“自由”不謀而合。因此，我校科創(chuàng)社團課程的教學(xué)設(shè)計環(huán)節(jié)遵循這種關(guān)系，為教與學(xué)的順利實施提供依據(jù)。

二、教學(xué)內(nèi)容

一個好的創(chuàng)客教學(xué)案例，教師應(yīng)從創(chuàng)意設(shè)計、需求分析、編程實現(xiàn)和拓展創(chuàng)新進行整體考慮。作者在完成Arduino基礎(chǔ)教學(xué)的基礎(chǔ)上，結(jié)合學(xué)生對現(xiàn)有知識的掌握程度，不斷深入推進創(chuàng)客課程模塊的教學(xué)。而本節(jié)課OTTO機器人制作則是任務(wù)驅(qū)動教學(xué)的一個樣本。

OTTO是一個完全開源的互動機器人，用3D打印制作機器人外形，通過幾乎無焊接的簡單電子連接，通過最簡單的代碼進行操作控制。OTTO機器人制作過程主要涉及：利用Cura 3d切片軟件對OTTO機器人STL文件進行切片、3d打印機的使用、在Arduino開發(fā)板的基礎(chǔ)上使用9G舵機、超聲波傳感器、OTTO機器人的組裝與編程。通過任務(wù)探究培養(yǎng)學(xué)生的觀察力和思考力以及發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。提升學(xué)生勇于探索、大膽設(shè)計、積極合作的學(xué)習(xí)態(tài)度，并分享成功帶來的喜悅。

三、如何設(shè)計任務(wù)驅(qū)動教學(xué)

1.情景創(chuàng)設(shè)

創(chuàng)客教育任務(wù)驅(qū)動法的實施，首先要創(chuàng)設(shè)與當(dāng)前學(xué)習(xí)主題相關(guān)、盡可能真實的學(xué)習(xí)情境，激發(fā)學(xué)習(xí)者主動進行探究的欲望。教師引導(dǎo)學(xué)習(xí)者帶著真實的“任務(wù)”進入學(xué)習(xí)情境，使學(xué)生的學(xué)習(xí)直觀化和形象化。情景創(chuàng)設(shè)的任務(wù)，除了真實、有趣，還要具有綜合性。本課題以學(xué)生對機器人的神秘感為抓手，設(shè)計了一個真實、有趣，同時又具有綜合知識運用的OTTO機器人制作創(chuàng)客教育項目。在教學(xué)時首先展示教師制作的OTTO機器人，明確告知學(xué)生，通過本次課程的學(xué)習(xí)都能親自制作一個會動的OTTO機器人，以這樣的問題情景激發(fā)學(xué)生的興趣。

2.任務(wù)分析

教師把制作OTTO機器人的任務(wù)呈現(xiàn)在學(xué)生面前后，先讓學(xué)生觀察機器人組成和腿腳運動動作，然后相互討論。在原有Arduino編程知識的基礎(chǔ)上，提出完成任務(wù)需要解決的問題，教師引導(dǎo)學(xué)生由易到難逐步理清問題。對于要解決的問題，教師不要直接告訴學(xué)生如何解決，而是向?qū)W生提供一些解決問題的思路與方法，去哪里獲取OTTO機器人的相關(guān)資料，這樣使學(xué)生認識到OTTO機器人的制作涉及了3D打印外殼、舵機運動學(xué)、距離傳感器、程序控制等知識。在獲得比較清晰的研究思路后，學(xué)生開始分制作模塊進行自主探究。

3.完成任務(wù)

OTTO機器人的制作模塊雖多，但相對獨立。在任務(wù)探究過程中，要充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，讓學(xué)生大膽地嘗試完成任務(wù)，不要害怕失敗。教師作為活動的指導(dǎo)者，建議科創(chuàng)社學(xué)生4～6人一個小組，小組內(nèi)分工合作把一個復(fù)雜任務(wù)分解成若干子任務(wù)，分別重點探究3D打印外殼和程序設(shè)計與制作。對3D打印感興趣的成員著重研究如何制作機器人外殼；對編程感興趣的小組成員，通過探究舵機的使用與編程設(shè)計，利用4個舵機先把OTTO機器人的腿和腳最基本動作制作出來。在學(xué)生體驗到階段性成功之后，再引導(dǎo)學(xué)生完善機器人功能，比如通過距離傳感器，實現(xiàn)遇到障礙物自動停止等動作。在這個探究過程中教師要不斷鼓勵學(xué)生，及時為學(xué)生提供幫助，引導(dǎo)學(xué)生參與機器人制作設(shè)計的整個過程，從而激發(fā)學(xué)習(xí)創(chuàng)客課程的興趣。

4.總結(jié)提升

整個OTTO機器人的制作過程，培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力、主動探究能力、動手制作能力和團隊協(xié)作能力。學(xué)生通過分組完成機器人外殼制作和機器人編程之后，就會形成一個自己的作品。任何一個作品都有美觀、合理、協(xié)調(diào)之分，在課堂教學(xué)過程中，教師要對學(xué)生完成任務(wù)的結(jié)果及時給予不同的評價，不僅有利于教師掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)活動情況，也能為學(xué)生進行下一步任務(wù)的改進進行指導(dǎo)。

在高中科創(chuàng)社團的創(chuàng)客教育中使用“任務(wù)驅(qū)動”法教學(xué)時，在任務(wù)的設(shè)計時要充分考慮到學(xué)生的特征?！叭蝿?wù)”的設(shè)計只有符合社團成員的特征需求，才能使課堂效果事半功倍。在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生探究時，根據(jù)任務(wù)難度由易到難、循序漸進地完成，從而使學(xué)生對獲取知識的思路、方法，然后通過學(xué)習(xí)認知的遷移形成自己的知識。

參考文獻：

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