基于项目式学习法的虚拟机器人实验教学探究

饶蔬缘

【摘要】项目式学习法是一种以学生为中心，探究现实生活中真实的问题，从而获得知识和技能的一种系统性的教学模式。IRobotQ3D虚拟机器人提供3D仿真虚拟场景，学生搭建机器人、编程，完成相关任务。本文借助“无人驾驶”项目实验案例阐述基于项目式学习法的虚拟机器人实验教学，此方法不仅能让学生掌握无人驾驶编程技能，还能有效提高学生编程能力、计算思维能力、与人合作的能力、统筹规划的能力以及解决问题的能力。

【关键词】项目式学习法;虚拟机器人;教学

一、项目式学习法

项目式学习法是一种强调以学生为中心、协作学习和自主探究，教师引导学生探究现实生活中真实的问题或精心设计产品，让学生获得知识和技能的一种系统性的教学模式。在传统的实验课教学中，教师经常采用“半成品加工”和“任务驱动”的教学方法。这两种教学方法能让学生掌握实验操作，但不利于培养学生综合能力。项目式学习法以真实项目吸引学生，并刺激学生的学习兴趣，提升他们做实验的动力;让学生互相协作，锻炼他们与人合作的能力;让学生自主探究实验并完成实验，能提高学生自主学习的能力、对事物统筹规划能力与解决问题的能力。

二、IRobotQ3D虚拟机器人

虚拟机器人适用于STEAM教育，在普及人工智能知识方面也起了重要作用。本实验利用的是萝卜圈IRobotQ3D虚拟机器人平台，学生在3D仿真虚拟场景中搭建机器人并进行程序设计，让机器人完成相关任务。传统代码编程对于高中生而言，语言生涩难懂，学生学习时抗拒心理严重。而IRobotQ3D虚拟机器人的编程是可视化编程，实时测试，过程有趣，可激发学生的学习兴趣。另外，使用虚拟机器人，能避免实体机器人所需的部件消耗与维护管理方面的高昂费用。

三、基于项目式学习法的虚拟机器人实验教学探究的优势

虚拟机器人模拟真实场景，符合项目式学习中提供真实场景这个要素，学生对学习虚拟机器人充满兴趣。教师引导学生利用思维导图进行项目规划，利用活动平台发布教学资源，供学生自主探究，分工协作。学生掌握虚拟机器人的实验操作，进行项目实施，最终对成果进行分享交流。采用项目式学习法能让学生高效掌握虚拟机器人的技术和技巧。基于项目式学习法的虚拟机器人实验教学，能培养学生计算思维能力，开展自主学习，协同合作，助力终身学习能力的提高，体现信息技术学科核心素养。

四、基于项目式学习法的虚拟机器人实验教学案例

以下以“无人驾驶”实验教学为例，阐述如何利用项目式学习法进行IRobotQ3D虚拟机器人实验教学。在无人驾驶这个项目中，很多小功能是一步一步完成的，作为一个实验课，不能先做完所有项目探究，再进行项目实施，所以，在教学第2课到第5课时，项目探究和项目实施都是穿插进行。具体流程和涉及知识点归纳如表1：

1.构建真实场景，合理划分小组

项目式学习法以真实项目吸引学生的学习兴趣，提升他们做实验的动力。

在第1课设立情境，选定主题，教师展示现实无人驾驶技术，引入萝卜圈IRobotQ3D虚拟机器人无人驾驶项目。教师根据学生以往的学习情况，合适搭配，分好小组，选定认真负责的组长。学生分小组讨论，对比现实无人驾驶技术，研究无人驾驶的功能需求，填写简易需求报告。

学生在教师指导下，进行可行性分析，去除萝卜圈不能实现的复杂设想，抽出基本功能，诸如：（1）让车辆机器人自动行驶;（2）到达路口按路线设定直行、左转或者右转;（3）避让行人车辆，等等。让学生将复杂问题分解成小问题，有助于提高他们的抽象思维能力。

2.鼓励发散思维，完善项目规划

项目式学习法提倡学生绘制思维导图，做好项目规划，提升他们对事物的统筹规划能力。

在第1课功能讨论完毕后，学生绘制思维导图，以小组为单位进行任务分配、进度安排、选定工具和方法、设想预期结果等。小组要进行集体讨论，结合每个成员的优势和特点进行分工。教师要对每个小组的项目方案进行评估和反馈，整改不合理的小组策划方案。这个环节主要让学生把握整个项目的轮廓，让每位学生明确自己的目标，参与到实验中。

3.构建资源平台，进行项目探究

项目式学习法强调以学生为中心、协作学习和自主探究，提高学生自主学习的能力。

教师要在课前整理好每节课所需的学习资料，构建好学习支架。教师把萝卜圈无人驾驶实验所需的课件、微课视频、项目实验报告表格等资料整理好，存放到学校的资源平台上，供学生进行项目探究。学生可以在平台上观看视频，下载文件和提交文件。如图1所示：

虽然教师提供了丰富的学习资源，但是本校学生的学习能力还不能完全自主解决所有问题。所以，教师需要花几分钟讲解操作重点难点，强调项目目标和知识框架，并在学生学习资源的时候，巡回指导。

4.鼓励拓展方法，指导项目实施

项目式学习法要求学生合作进行项目实施，完成实验，此环节能提高学生的协作能力、创新能力和解决问题的能力。项目实施阶段要求学生在机器人仿真平台中搭建机器人，设计算法，编写程序，撰写实验报告，完成无人驾驶项目实验。学生可以先实现简单功能，测试后再改进，延伸到复杂功能。此环节要发挥小组长作用，督促小组成员按时完成实验任務。教师应及时跟进，调整流于形式、沟通不好的小组。

教师鼓励学生拓展方法，例如，在第3课时走到路口、路口转弯实验中，要让机器人在在路口中央停下来，为转弯做好准备，学生可以按课程教学所讲的，检测左前方、右前方的距离传感器的数值，当一侧大于2000时停住，如图2所示;也可以拓展为更简单熟悉的方法，直接定时前行一段距离，停在路口中央，如图3所示。

5.进行成果展示，构建有效评价

项目学习法需要进行项目成果展示和活动评价，提高学生与人沟通的能力。萝卜圈虚拟机器人可以组织学生进行机器人竞赛活动，有效活跃课堂气氛。项目成果展示阶段，每个小组将搭建好的机器人与程序导入到无人驾驶任务场景中进行比赛。小组比赛完，要进行交流与相互评价，填写评价表。

比赛成绩可作为评价的重要依据，但并不是全部。教师应构建有效评价，将过程性评价与终结性评价相结合。教师在实验过程中要观察记录每个小组的学习状态、实验情况，填写记录表。终结性评价包含比赛成绩、教师评价和小组互评。项目结束后，学生需要对项目式学习进行总结和反思。

五、结语

基于项目式学习法的虚拟机器人实验教学模式，能为学生构建一套完整的学习体系。在培养学生技能层面，这种方法能让学生更好地掌握IRobotQ3D虚拟机器人无人驾驶的知识点，有助于提升其编程能力、逻辑思维能力以及计算思维能力。在培养学生能力方面，这种方法提高了学生与人合作的能力、自主学习的能力、对事物统筹规划能力以及解决问题的能力。

基于项目式学习法的虚拟机器人实验教学模式的实施，有很多优点，在实施的过程中也存在着很多问题和困难，但是不必担忧，因为有不足才有进步的空间。既然它对学生成长有利，就值得教师不断地探索与改进。

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责任编辑  杨  杰