基于核心素养的初中机器人教材设计思路解析.pdf

基于核心素养的初中机器人教材设计思路解析 机器人教学能够有效培养学生的动手实践能力、问题 解决能力以及创意设计能力。一直以来，笔者致力于中小学 机器人教育的普及工作，并于 2015 年初承担了河北省小学 和初中机器人电子教材 （以下简称 “冀教版”）的开发任务。 本文以冀教版八年级下册《机器人》为例，阐述初中机器人 教材的设计思路及特点。本册教材采用 Arduino 开源硬件板 和 Ardublock 图形化编程环境， 共计 20 课时，其中第 15～20 课时为可选课时。 目标定位：核心素养 学科核心素养可分为三个层次：双基层，以基础知识和 基本技能为核心；问题解决层，以解决问题过程中所获得的 基本方法和基本态度为核心；学科思维层，指在系统的学科 学习中通过体验、认识及内化等过程逐步形成相对稳定的思 考问题、解决问题的思维方法和价值观。以核心素养的三层 结构为指引，笔者试图将上述核心素养渗透于教材中，详情 见下页表 1。 内容选择：知行并举 机器人教育强调学生的自主实践，因此更适合以项目的 形式来组织教学。与项目教学相对应，项目化的教材要求每 节课以项目的形式组织，并整合完成项目所需的理论知识， 因此其本质上体现了知行并举的内容选择和组织思路。在本 册教材中，在两个层面上体现了知识与能力的整合。 一是知识的单列与项目的映射。在每个项目中，根据项 目任务分析， 形成一个专门的模块 “基础知识与基本技能” 。 此模块并非孤立存在，在后继具体的实践中将直接运用该模 块中的知识， 因此与具体的项目实践有着紧密的联系 （映射）， 只是为了方便描述和学习，将其“切片”出来作为一个重点 内容，列出了一些较具代表性的课时（如下页表 2 ）。 二是问题引入与知识内化。在“基础知识与基本技能” 模块，知识的呈现不是直白的描述，而是基于问题和实践循 循善诱，以序列小问题的分析和解决不断强化这些关键的知 识和技能的掌握。 例 1：第 8 课《声控风扇》中“基础知识和基本技能” 节选。 【基础知识】 PWM 模式控制电机的针脚分配；设置电 机模块和模拟声音传感器的功能及使用方法。 【基本技能】利用 PWM 模式和设置电机模块来控制电 机的转动；利用模拟声音传感器收集声音信号。 【问题分析与知识引入】制作声控风扇的关键是风扇的 驱动和声音的检测。扇叶安装在直流电机上，因此风扇的驱 动需要由电机控制，声音的检测则可使用模拟声音传感器。 继而在“基础知识与基本技能”中引出直流电机与模拟声音 传感器的功能及使用方法。 【知识应用】在 ArduBlock 中利用“ PWM 模式”和“设 置电机模块” 控制电机的转动， 参考程序如图 1 和图 2 所示。 在 ArduBlock 中利用串口监视器监测模拟声音传感器的输入 值，参考程序如图 3 所示。 【问题分析与知识内化】 （1）将图 1 程序中的去掉，会有什么现象？ （2 ）将图 2 程序中的电机速度 200 改为 -100 ，观察风扇 转动有何变化？ 【案例解读】在第 1 个问题中，引导学生思考针脚 4 对 测试结果的影响，以此强化学生对 PWM 模式下针脚 4 所对 应功能的理解；在第 2 个问题中，提供了教材中原有程序的 变式，若设置电机模块中的速度值为负，则电机转动方向为 反转，从而使学生能够灵活设置电机模块中的值来控制风扇 的转动。 内容组织：聚类思想 本