盧曉琦，秦 健

（陜西師范大學(xué) 教育學(xué)院，陜西 西安 710062）

基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（PBL）的VEX機(jī)器人比賽選手準(zhǔn)備過程模式構(gòu)建*

盧曉琦，秦 健

（陜西師范大學(xué) 教育學(xué)院，陜西 西安 710062）

本文通過查閱國內(nèi)外文獻(xiàn)梳理了基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)在教育中的應(yīng)用現(xiàn)狀，結(jié)合機(jī)器人在教育中的應(yīng)用，以及筆者參與2016-2017年全國大學(xué)生VEX U兩屆賽事的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的VEX U機(jī)器人競賽選手準(zhǔn)備過程的學(xué)習(xí)模式以及注意事項(xiàng)。以期為大學(xué)以及中小學(xué)開展同類機(jī)器人競賽的準(zhǔn)備過程提供參考。

PBL；VEX機(jī)器人比賽；教學(xué)模式

一、引言

PBL是一種基于建構(gòu)主義理論的情景化學(xué)習(xí)方式，使學(xué)生通過應(yīng)用知識(shí)、動(dòng)手操作的方式來學(xué)習(xí)知識(shí)，進(jìn)而加深學(xué)生對學(xué)習(xí)材料的理解，強(qiáng)調(diào)積極建構(gòu)、合作學(xué)習(xí)[1]。VEX機(jī)器人競賽由美國RECF（機(jī)器人教育與競賽基金會(huì)）創(chuàng)辦，大賽的目標(biāo)是教給學(xué)生STEM跨學(xué)科整合的知識(shí)和興趣，培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維、動(dòng)手實(shí)踐能、團(tuán)隊(duì)合作精神、領(lǐng)導(dǎo)才能和解決問題等能夠適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)的各方面綜合素質(zhì)。近年來創(chuàng)客教育背景下的機(jī)器人教育的研究也逐漸興起，而目前將創(chuàng)客教育和STEM教育所提倡的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)模式應(yīng)用于VEX機(jī)器人比賽選手準(zhǔn)備過程中的研究還比較少，且沒有代表性。以VEX機(jī)器人競賽為載體的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)更能培養(yǎng)學(xué)生的在各方面的綜合能力，例如，能夠鍛煉良好的心理素質(zhì)和卓越的領(lǐng)導(dǎo)才能。因此，將PBL應(yīng)用于VEX機(jī)器人競賽選手準(zhǔn)備過程中，為相關(guān)機(jī)器人比賽備賽過程提供參考，具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

二、PBL在教育教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.國外PBL在教育中的應(yīng)用現(xiàn)狀

通過文獻(xiàn)研究發(fā)現(xiàn)，近年來國外對于PBL的研究和應(yīng)用主要集中在基于項(xiàng)目的協(xié)作學(xué)習(xí)和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下項(xiàng)目式學(xué)習(xí)上。

2.國內(nèi)PBL在教育中的應(yīng)用現(xiàn)狀

國內(nèi)對PBL的研究主要是對PBL進(jìn)行理性辨別和在部分學(xué)科應(yīng)用。例如，結(jié)合中國的教育經(jīng)驗(yàn)，對PBL引入學(xué)校后的應(yīng)用前景和是否符合這一階段的教育現(xiàn)狀進(jìn)行思考；借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，把PBL應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)實(shí)踐中，與在線教學(xué)情境相對應(yīng)，探索網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下如何進(jìn)行相應(yīng)的PBL的教學(xué)設(shè)計(jì)；將PBL的研究范圍從學(xué)校教學(xué)擴(kuò)展到更細(xì)化的單一學(xué)科教學(xué)、具體專題的教學(xué)設(shè)計(jì)、中小學(xué)教師專業(yè)化發(fā)展等領(lǐng)域。最后，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)也已經(jīng)被引進(jìn)目前新興的創(chuàng)客教育等領(lǐng)域。

綜上所述，國內(nèi)外的研究更多關(guān)注網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，混合學(xué)習(xí)中的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)等等，可見PBL教學(xué)模式是對傳統(tǒng)教學(xué)模式的一個(gè)很好的補(bǔ)充和優(yōu)化。

三、VEX U機(jī)器人比賽簡介

VEX機(jī)器人大賽是由美國機(jī)器人教育與競賽基金會(huì)（RECF）發(fā)起并創(chuàng)辦。以2016-2017年VEX機(jī)器人比賽為例，此次比賽的主題為“星光璀璨”。比賽規(guī)則要求參賽隊(duì)要憑借自己的想象力和創(chuàng)造力搭建機(jī)器人、撰寫工程筆記、并完成自動(dòng)程序和手動(dòng)程序的編寫。搭建成型的機(jī)器人大小和所用零件必須在規(guī)則之內(nèi)，并能完成規(guī)則指明的各種挑戰(zhàn)和對抗。在備賽過程中，通過團(tuán)隊(duì)成員之間的協(xié)作、研究、搭建、編程、調(diào)試、練習(xí)，一直到參與比賽。整個(gè)過程融合STEM理念，以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的方法開展。最終實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目預(yù)期目標(biāo)。培養(yǎng)跨學(xué)科的綜合技能。

四、基于PBL的VEX機(jī)器人比賽備賽過程的模式構(gòu)建

1.PBL的一般模式

通過文獻(xiàn)研究，目前國內(nèi)外很多學(xué)者都提出了PBL實(shí)施的過程模式。鐘志賢、劉景福等人認(rèn)為，構(gòu)成PBL的四大要素分別為：內(nèi)容、活動(dòng)、情境和結(jié)果。PBL的學(xué)習(xí)模式主要由確定項(xiàng)目、制定計(jì)劃、任務(wù)探究、產(chǎn)品創(chuàng)作、成果交流和評價(jià)等六個(gè)基本流程組成。嚴(yán)寒冰提出在信息化教學(xué)中實(shí)施PBL，主要由規(guī)劃項(xiàng)目、任務(wù)分工、制定計(jì)劃、合作探究、創(chuàng)作作品、匯報(bào)交流和總結(jié)評價(jià)等步驟組成。張文蘭等人提出了網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下基于課程重構(gòu)理念的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)模式分為三個(gè)階段項(xiàng)目設(shè)計(jì)，包括項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)構(gòu)建和國家課程重構(gòu)；項(xiàng)目實(shí)施階段主要是確定項(xiàng)目、制定計(jì)劃、任務(wù)探究、作品創(chuàng)作；項(xiàng)目評價(jià)階段包括成果交流和總結(jié)評價(jià)。

根據(jù)以上學(xué)者的研究成果，結(jié)合自己的一些理解，總結(jié)出PBL的一般模式如圖1所示。

圖1 PBL的一般模式

2.基于PBL的VEX機(jī)器人備賽過程模式

根據(jù)PBL的一般模式，考慮到PBL的六個(gè)關(guān)鍵特征，結(jié)合VEX機(jī)器人的學(xué)習(xí)，構(gòu)建了如圖2所示的基于PBL的VEX機(jī)器人競賽選手準(zhǔn)備過程模式。

圖2 基于PBL的VEX機(jī)器人競賽選手準(zhǔn)備過程模式

基于PBL的VEX機(jī)器人的備賽目標(biāo)是通過備賽過程中的學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的動(dòng)手操作能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力；激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和領(lǐng)導(dǎo)才能。競賽選手準(zhǔn)備過程模式中包括三個(gè)階段。即前期、中期和后期。前期主要分析比賽的可實(shí)施性和有用性和做好賽前規(guī)劃；中期部分也就是備賽過程中最重要的部分，這一部分主要根據(jù)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的一般模式來制定各個(gè)階段的任務(wù)。這個(gè)階段還包括線下的通過微信、QQ等網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的交流討論和借助賽事官方網(wǎng)站等各個(gè)學(xué)習(xí)平臺(tái)的學(xué)習(xí)；后期的總結(jié)反思也是此次備賽的重點(diǎn)，并且可以將大家的總結(jié)反思以及備賽過程中的視頻資料等打包，作為下一次備賽的新的案例。模式中期部分部分學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)解釋如下：

（1）確定比賽主題

PBL的主題是整個(gè)教學(xué)過程的開始，PBL主題設(shè)計(jì)的是否適當(dāng)，與PBL學(xué)習(xí)的最終效果密切相關(guān)。而VEX機(jī)器人備賽過程中的學(xué)習(xí)則是以VEX機(jī)器人每個(gè)賽季的比賽主題為整個(gè)項(xiàng)目的焦點(diǎn)。教師可以根據(jù)這個(gè)主題帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)本賽季的比賽規(guī)則，設(shè)計(jì)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)問題，引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（2）以往案例、視頻觀看與分析

在完成任務(wù)和解決問題的過程中，學(xué)生必須具備一定的基礎(chǔ)知識(shí)，掌握完成本次任務(wù)的基本技能和技巧，才能將學(xué)到的知識(shí)綜合運(yùn)用起來。在學(xué)生解決問題過程中，教師可以借助以往的視頻、案例等組織一次相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)的培訓(xùn)，或者在學(xué)生遇到問題時(shí)給予一定的指導(dǎo)與幫助。幫助學(xué)生分析問題存在的原因，組織學(xué)生觀看以往視頻、案例，觀看過程中引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)。在VEX機(jī)器人學(xué)習(xí)中，教師需要組織學(xué)生觀看學(xué)習(xí)以往比賽的視頻和案例，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)械結(jié)構(gòu)、編寫程序方面的知識(shí)。精彩的比賽視頻可以加強(qiáng)學(xué)生的備賽信心。

（3）制定計(jì)劃、確定方案

在明確項(xiàng)目任務(wù)的主題和目標(biāo)且掌握了機(jī)器人學(xué)習(xí)的基本知識(shí)之后，教師需組織學(xué)生共同研討，根據(jù)比賽主題和目標(biāo)和備賽時(shí)間節(jié)點(diǎn)等各方面情況制定整個(gè)備賽各個(gè)階段的任務(wù)計(jì)劃，根據(jù)比賽規(guī)則和機(jī)器人需完成的任務(wù)確定大體的機(jī)型。

（4）討論分組，協(xié)作完成

明確搭建的機(jī)型之后，教師組織學(xué)生根據(jù)自己的偏好和每個(gè)同學(xué)的特點(diǎn)進(jìn)行分組。PBL中的一般以4－6人為一個(gè)學(xué)習(xí)小組，小組各成員中應(yīng)能充分發(fā)揮個(gè)人的優(yōu)勢，共同協(xié)作提出解決問題的最佳方案。VEX機(jī)器人比賽中需要有搭建、編程、操控、工程日志、策略、填充6個(gè)任務(wù)，搭建是所有成員共同協(xié)作完成，但也有主搭建手，工程日志、策略和填充可以分給一個(gè)人來完成。所以至少4個(gè)人一個(gè)小組。組內(nèi)各成員需分工明確，每個(gè)人都有主要負(fù)責(zé)的部分，但每個(gè)任務(wù)都需要組內(nèi)成員的共同合作才能完成。

（5）作品制作完成，交流展示練習(xí)。

在PBL中，學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果以多種方式呈現(xiàn)。VEX機(jī)器人作品完成后，可以進(jìn)行組間和組內(nèi)的成果交流，互相學(xué)習(xí)，改進(jìn)機(jī)器。

（6）評價(jià)、總結(jié)與反思。

評價(jià)主要以過程性和多元化評價(jià)為主。對于VEX的學(xué)習(xí)評價(jià)與總結(jié)的方式，教師和學(xué)生可以在每天晚上進(jìn)行一次反思，也可以通過階段性的任務(wù)完成情況來進(jìn)行評價(jià)與總結(jié)。建議完成當(dāng)天任務(wù)后，每人交一篇反思。并且教師要對每個(gè)人的反思及時(shí)進(jìn)行反饋和改進(jìn)?？偨Y(jié)性評價(jià)主要以學(xué)生在比賽時(shí)的表現(xiàn)和比賽獲獎(jiǎng)情況，以及最終各個(gè)小組在此次比賽過程中形成的新的案例和經(jīng)驗(yàn)等資源包。

以上便為基于PBL的VEX機(jī)器人備賽過程的模式。前、中、后各個(gè)備賽階段缺一不可，也沒有重要程度之分。每個(gè)階段以及階段中的各個(gè)項(xiàng)目任務(wù)的完成都可以為下一個(gè)階段的開展實(shí)施做鋪墊。同時(shí)微信等網(wǎng)上交流平臺(tái)為備賽過程中知識(shí)的學(xué)習(xí)、交流和人員管理等方面都起到了很大的作用。

五、基于PBL的VEX機(jī)器人備賽過程中的建議

根據(jù)PBL的特征和教學(xué)過程中需注意的問題，并結(jié)合此次參與VEX機(jī)器人比賽的經(jīng)驗(yàn)。對基于PBL的VEX機(jī)器人備賽過程提出如下幾點(diǎn)建議：

1.將項(xiàng)目分解成螺旋上升式的小任務(wù)

VEX機(jī)器人的備賽過程中，以每次的比賽主題為一個(gè)大項(xiàng)目。教師在引導(dǎo)學(xué)生完成項(xiàng)目時(shí)，要將項(xiàng)目分解為一個(gè)接一個(gè)由簡到繁的螺旋式上升的小任務(wù)，有利于學(xué)生對知識(shí)的意義建構(gòu)，并為學(xué)生完成每個(gè)任務(wù)時(shí)搭建相應(yīng)的腳手架，引導(dǎo)學(xué)生完成每個(gè)小任務(wù)，進(jìn)而達(dá)到相應(yīng)的學(xué)習(xí)效果。

2.創(chuàng)設(shè)良好的學(xué)習(xí)環(huán)境

VEX機(jī)器人備賽環(huán)境中需具備的客觀要素就是一個(gè)專門的足夠大的實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室區(qū)域大致分為比賽場地區(qū)、搭建區(qū)、編程區(qū)、工具區(qū)等四個(gè)區(qū)域。其中比賽場地區(qū)大小必須與比賽現(xiàn)場的場地大小一致，提高了自動(dòng)賽程序編寫的準(zhǔn)確性；搭建區(qū)，需在適合高度的圓形或者方形桌子上，使得組內(nèi)成員可以共同參與搭建；編程區(qū)主要就是配備相應(yīng)的計(jì)算機(jī)，一邊學(xué)生理論和動(dòng)手實(shí)踐；工具區(qū)需要有足夠的分格的盒子，因?yàn)閂EX機(jī)器人搭建所需的零件和工具，類型眾多。所以需要分類，以節(jié)省時(shí)間。

3.充分利用技術(shù)工具支持學(xué)習(xí)

備賽過程中，運(yùn)用微信、QQ等互動(dòng)交流平臺(tái)可以加強(qiáng)學(xué)生的交流互動(dòng)、頭腦風(fēng)暴；同時(shí)還可以很方便的進(jìn)行管理比如每天通知到達(dá)時(shí)間，第二天的具體任務(wù)；還可以將自己的反思上傳，大家共同評價(jià)、共同進(jìn)步；最重要的是可以進(jìn)行知識(shí)的分享。

4.引導(dǎo)學(xué)生更好的協(xié)作學(xué)習(xí)

PBL的學(xué)習(xí)過程中，要引導(dǎo)學(xué)生合作完成任務(wù)，發(fā)揮各自長處。老師和學(xué)生、學(xué)生和學(xué)生之間形成學(xué)習(xí)共同體，探索解決問題的最佳方案。VEX機(jī)器人備賽時(shí)以4-6人為一個(gè)小組。小組成員分工明確，但又要相互配合默契，協(xié)作完成每一項(xiàng)任務(wù)。VEX機(jī)器人備賽的搭建、編程、操控等每一個(gè)任務(wù)都有一個(gè)主要的負(fù)責(zé)人，但每個(gè)人也需要兼顧其他每一項(xiàng)任務(wù)。同時(shí)還有一個(gè)大隊(duì)長，負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)管理整個(gè)備賽過程。

5.引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)反思

PBL學(xué)習(xí)過程中，在完成每一個(gè)小任務(wù)時(shí)，教師和學(xué)生都要學(xué)會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的總結(jié)、反思，形成生成性學(xué)習(xí)資源，并通過反思，不斷改進(jìn)，完成最終項(xiàng)目目標(biāo)。在VEX機(jī)器人學(xué)習(xí)備賽過程中教師也要組織學(xué)生進(jìn)行反思，一日一小反思，一周一大反思。讓學(xué)生在反思中鞏固學(xué)到的知識(shí)，通過反思創(chuàng)造逐漸新知識(shí)并達(dá)到深度學(xué)習(xí)的目的。

6.引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)分享

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的最終階段要求學(xué)生要?jiǎng)?chuàng)造出一件能解決實(shí)際問題的產(chǎn)品，是項(xiàng)目式課堂學(xué)習(xí)的成果，是可以向他人分享的。同樣，在VEX機(jī)器人學(xué)習(xí)中，也要引導(dǎo)學(xué)生將自己的作品和創(chuàng)意展示、表達(dá)出來，與他人分享交流，共同進(jìn)步。

六、結(jié)束語

基于PBL的VEX機(jī)器人競賽選手準(zhǔn)備過程中模式的構(gòu)建與應(yīng)用，為相關(guān)機(jī)器人比賽備賽過程提供參考，對于教師與學(xué)生都具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。對機(jī)器人教育領(lǐng)域的研究以及PBL在教育中的進(jìn)一步應(yīng)用都有深遠(yuǎn)的意義。

[1]Sawyer,R.K.(2014).The Cambridge Handbook of the Learning Sciences:Cambridge University Press.(p.324-341).

[2]張文蘭,張思琦,林君芬等.網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下基于課程重構(gòu)理念的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)與實(shí)踐研究[J].電化教育研究,2016(2):38-45+53.

[3]陳鵬.基于創(chuàng)客項(xiàng)目的學(xué)習(xí)模式探究[J].現(xiàn)代教育技術(shù),2016(11):13-19.

[4]林仕康.高中通用技術(shù)基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)教學(xué)模式研究[D].上海師范大學(xué),2012.

[5]黃華林.中國青少年機(jī)器人競賽注意事項(xiàng)及解決策略實(shí)踐研究[J].大視野,2015,(2).

[6]Fernandes,S.Mesquita,D.Flores,M.A,&Lima,R.M.(2014).Engaging students in learning:findings from a study of project-based education.European Journal of Engineering Education,39(1),55-67.

[7]Atwood,T.:560 Indiana teachers receive VEX robots&training Thousands of additional students learning robotics&competing.Robot Magazine(July/August 2008).

（編輯：王曉明）

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1673-8454（2017）17-0079-03

全國教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃2015年度教育部重點(diǎn)課題“機(jī)器人在中小學(xué)創(chuàng)客教育中的應(yīng)用研究”（課題批準(zhǔn)號(hào)：DHA150287）；高?？茀f(xié)戰(zhàn)略性課題研究和示范活動(dòng)資助項(xiàng)目“中小學(xué)機(jī)器人與創(chuàng)客教育系列科普活動(dòng)示范項(xiàng)目”（項(xiàng)目編號(hào)：1202060031）。