基于云端的跨區(qū)域機器人雙線融合教學的實踐與研究

周小江 鄭澤崇 李影 江悅呈

摘要：本研究結(jié)合新冠疫情期間線上教學實際和學生的認知規(guī)律，將現(xiàn)代信息技術(shù)與課程教學相融合，結(jié)合中小學智能機器人核心能力的培養(yǎng)成果導向理念，以教育教學實踐為基礎(chǔ)，以智能化的教學資源平臺和智能終端為依托，構(gòu)建了“AI機器人編程與人工智能教材”課程智慧化教學模式，促使學生基于實際工作任務(wù)自主探究學習，培育創(chuàng)新能力、學習能力和勞動精神，同時，實現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)教育資源共享，為構(gòu)建智能化時代教育新的優(yōu)質(zhì)教育資源共享提供了新的思路和途徑。

關(guān)鍵詞：云端平臺;智慧教育;智能機器人;雙線嵌入式教學

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2022）05-0069-03

● 前言

新冠疫情暴發(fā)后，教育部發(fā)出了“停課不停學”的通知，各地教育主管部門紛紛跟進部署，各學校充分利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及信息技術(shù)平臺開展線上教學，確?！翱罩姓n堂”正常開展。筆者所在學校也先后引入了CCTALK、釘釘?shù)然咏逃脚_進行直播、錄播教學，取得了良好效果，積累了豐富的經(jīng)驗。隨著新冠疫情進入常態(tài)化，相對于傳統(tǒng)課堂，線上線下雙線融合教學課堂的優(yōu)勢愈發(fā)凸顯。

1.云端平臺的背景

2020年，深圳市入選了教育部“基于教學改革、融合信息技術(shù)的新型教與學模式實驗區(qū)”和“智慧教育示范區(qū)”名單，在此環(huán)境下，深圳市云端平臺應(yīng)運而生（如圖1）。平臺集成了大量基于人工智能、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等新技術(shù)的應(yīng)用手段，創(chuàng)設(shè)了“常態(tài)化、全學科、多主講、直播互動+智能輔助”的新型教學模式;構(gòu)建了“跨校組班、多師協(xié)同、最優(yōu)助學、線上/線下無縫融合、自由切換”的自主學習模式;形成了“全國知名專家深度參與、市教研員駐點指導、市內(nèi)名師牽頭”的嵌入式教學模式。

2.跨區(qū)域機器人線上線下融合教學的背景

本研究以深圳市新安中學（集團）第一實驗學校（以下簡稱學校）、龍崗區(qū)教師進修學校、東莞市長安二小等大灣區(qū)區(qū)域?qū)W校為例，對學校開展線上智能機器人課程跨區(qū)域雙線嵌入式教學融合教學，以及依托云端平臺，開展科創(chuàng)課程線上教學進行了探索，并以“AI機器人編程與人工智能教材”課程為例，從基礎(chǔ)知識、實現(xiàn)條件、教學目標、教學活動和教學評價五個方面來分析課堂教學模式，探索教學內(nèi)容、教學方法、評價方法的創(chuàng)新路徑。

● 基于云端平臺的線上線下教學特點

隨著科學技術(shù)的發(fā)展及新冠疫情期間“空中課堂”的檢驗，線上教學已展現(xiàn)出其獨特的優(yōu)勢。尤其是學校在加入深圳市云端學校后，融合了基于人工智能、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等新技術(shù)的應(yīng)用手段，教學上實現(xiàn)了線上線下雙線有機融合、無縫切換。圖2是基于云端跨區(qū)域雙線融合教學框架。

跨區(qū)域線上線下教學主要有以下特點：

一是打破傳統(tǒng)學校的有形邊界和物理空間。通過在線學習平臺、互動教學平臺等系統(tǒng)，實現(xiàn)一對多的遠程師生互動的教學方式，提升各入駐校間的互聯(lián)互通，建設(shè)泛在、沉浸式的智能教育學環(huán)境。

二是整合優(yōu)質(zhì)教育資源，為更多的學生群體提供優(yōu)質(zhì)教育服務(wù)。云端教室可以直接對直播課堂進行錄制，為課后師生開展教研活動提供課堂授課回放，有力支持教育教學持續(xù)深入開展。

三是云端平臺具備學生行為分析系統(tǒng)。通過行為分析攝像機捕捉學生上課狀態(tài)，及時傳送到云端學校AI超腦，通過行為分析邊緣計算中心，分別就學生行為、課堂微表情、人臉識別、學生坐姿等進行數(shù)據(jù)分析，直接生成入駐班學生課堂關(guān)注度排序等數(shù)據(jù)，直接呈現(xiàn)在課室后方的LED顯示屏上，為授課教師觀察學生上課狀態(tài)、及時調(diào)整授課進度提供有力決策依據(jù)。

● 基于云端平臺的跨區(qū)域雙線融合教學實踐

在“AI機器人編程與人工智能教材”課程智慧教學模式下，本研究開展了為期半年的跨區(qū)域線上線下嵌入式教學實踐。通過線上的跨區(qū)域同步課程學習，培養(yǎng)學生的編程與計算思維，并在以下三個方面給機器人教學基礎(chǔ)薄弱的區(qū)域的學生與教師帶來極大益處：首先是解決問題的能力，即掌握計算思維的學生能更好地知道如何克服突發(fā)困難，并且盡可能快速地給出解決方案;其次是創(chuàng)造性思考的能力，即掌握計算思維的學生更善于研究、收集和了解最新的信息，并運用新的信息來解決各種問題和實施各項方案;最后是獨立自信的精神，即掌握計算思維的學生能更好地適應(yīng)團隊工作，并能在獨立面對挑戰(zhàn)時表現(xiàn)得更為自信和淡定。

1.跨區(qū)域線上線下教學培養(yǎng)實例

面對新冠疫情，作為教育主戰(zhàn)場的校園是防疫的重點，因此線上教育應(yīng)時而生，教師均成了“主播”。但機器人教學不同于常規(guī)的基礎(chǔ)學科教學，機器人知識是跨多學科知識的綜合，機器人具有明顯的跨界、融合特征，融合了自動控制、人工智能、機械設(shè)計、人機交互、網(wǎng)絡(luò)通信、仿生學等多學科技術(shù)。單一的線上授課，脫離實踐操作，而機器人線上教學能很好地兼顧趣味性、多樣性、延展性、創(chuàng)意性，機器人線下實踐能夠彌補學校教育中缺乏的對學生動手能力和操作能力的實訓，有助于培養(yǎng)學生綜合素質(zhì)。

例如，在《節(jié)能路燈》一課的教學中，第一階段，教師在線上先讓學生確立學習目標，熟知各元器件，能夠用積木搭建路燈的基本模型（如下頁圖3）與正確連接元器件，并進行創(chuàng)意設(shè)計與構(gòu)思等跨區(qū)域線上同步教學。

第二階段，各區(qū)域?qū)W校線下分別進行程序編寫與設(shè)計（如圖4）、節(jié)能路燈的實踐操作，并進行各區(qū)域線上共享研究成果。在教學組織上，采用線上線下相結(jié)合的融合教學，課堂教學以達到傳授基本的知識為目的，以適當?shù)难杏憰r間培養(yǎng)學生認識問題和解決問題的能力。線上以項目練習、實踐操作加深學生的理解，強化學生知識體系。通過布置任務(wù)讓學生主動去學習知識、思考問題，并運用知識去設(shè)計方案以解決問題。

2.跨區(qū)域機器人線上線下教學模式優(yōu)勢

（1）教學模式的突破

線上線下嵌入式教學的實施，將基于互聯(lián)網(wǎng)的云課堂與傳統(tǒng)課堂相結(jié)合，使得課程的教學活動擴大到線上線下，突破了內(nèi)容、時間、空間、人數(shù)的限制，構(gòu)建了線下與線上優(yōu)勢互補共存的柔性課程。一方面，可以均衡不同地區(qū)的教育不均衡，特別是機器人教學，學校與學校之間、區(qū)域之間極不均衡，通過跨區(qū)域機器人線上線下教學，可以讓機器人教育不發(fā)達的區(qū)域共享到機器人教學;另一方面，教師既能在線下利用線上資源和手段有效組織教學，又能在線上根據(jù)學生情況構(gòu)建自主學習課程，并初步構(gòu)建“互聯(lián)網(wǎng)+教學做”一體化的教學模式。

（2）學習模式的優(yōu)勢

通過“互聯(lián)網(wǎng)+教學”，各區(qū)域可以在機器人工作室的背景下進行跨區(qū)域的遠程教學與交流，充分發(fā)揮名師的引領(lǐng)作用。一方面，在課程與課堂實施中每個學生都可以根據(jù)自己的專業(yè)特點、學習背景、興趣愛好參與相關(guān)課程的學習;另一方面，不同學校的教師可以進行交流學習，形成“全國知名專家深度參與、科技名師駐點指導、區(qū)域名師牽頭”的嵌入式同研同培教研模式，有力推進科技教育優(yōu)質(zhì)資源共建、共享。

（3）課程設(shè)計的新路徑

線上線下的嵌入式教學是基于云端平臺的新模式教學。通過優(yōu)化線上線下的教學模式，促進課程設(shè)計的重新調(diào)整，整合教研組的優(yōu)質(zhì)教育資源，全方位融合線上線下教學，為更多不同區(qū)域的愛好機器人的學生群體和教師群體提供優(yōu)質(zhì)教育服務(wù)，利用智慧手段開辟推進基礎(chǔ)教育優(yōu)質(zhì)均衡發(fā)展的新路徑。

● 結(jié)語

通過實踐研究，學校一方面在常態(tài)化、全學科、多主講、直播互動+智能輔助等新型教學模式背景下，基于“互聯(lián)網(wǎng)+”打造智能化、交互化、泛在化的教學資源平臺，構(gòu)建了面向跨區(qū)域?qū)W生的線上線下雙線融合教學模式;另一方面結(jié)合學校在線課堂的優(yōu)勢，通過線上線下的學習，培養(yǎng)學生主動思考和學習的能力，從而使課堂教育更具有啟發(fā)性、開拓性。同時，實現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)教育資源共享，為優(yōu)質(zhì)教育資源共享提供了新的思路和途徑。

參考文獻：

[1]周天涯.基于MOOC的混合式教學模式研究[D].南京：南京郵電大學，2016.

[2]周沖.基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的混合式教學分析[J].陰山學刊：自然科學版，2017（02）：1-3.

[3]劉斌.基于在線課程的混合式教學設(shè)計與實踐探索[J].中國教育信息化，2016（11）：81-84.

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