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  信息科技
 
 

虚拟机器人微课程的设计与开发

九亭中学杨勇    2017-10-10 07:48:00


【摘要】 虚拟机器人是近年来兴起且深受学生喜爱的一门拓展类课程,微课程是微时代在线学习或移动学习的重要学习资源。虚拟机器人教学中借助于微课程可以帮助学习改变学习方式,提高学生学习的主动性和学习效率。文章梳理了微课程的基本概念,明确了微课程的的内涵与特征,提出了微课程设计的思路与流程,并结合虚拟机器人教学的具体实例介绍了微课程的制作方法,并尝试提出微课程的评价指标体系。

 

【关键词】 虚拟机器人 微课程 设计 开发 评价

一、引言

虚拟机器人是近年来兴起且深受学生喜爱的一门拓展课程,它是依托计算机和网络,利

用虚拟现实技术在计算机上进行的机器人设计、组装和图像化编程,从而在虚拟场景中让机器人完成有关任务。在学校开展虚拟机器人教学有助于提高学习的逻辑思维能力和创新思维能力。

笔者从2011年开始进行虚拟机器人教学,经过三轮完整的拓展课程教学实践,积累了一些教学经验,并开发了虚拟机器人校本教材。从学生的反应来看,学生非常喜欢这门课程,参加区级比赛也获得了优异的成绩,但是从笔者有着十多年教龄的教师看来,这些远远不够,教与学的过程都存在了很多局限与不足之处,具体表现在传统的课堂教学方式无法满足时代对人才培养的要求,学生的学习还是严重依赖于教师的教。因此,笔者尝试将微课程引入到虚拟机器人教学中,引导学生改变学习方式,促进学生主动学习和探究学习,培养创新思维能力。

本文旨在梳理微课程的基本概念,明确微课程内涵和特征,提出微课程设计的思路与设计模板,介绍虚拟机器人微课程的制作方法,并尝试提出微课程的评价指标。

二、微课程概述

微课程是指在较短的时间内,以阐述某一知识点为目标的一种微型教学视频。2008年,美国新墨西哥州圣胡安学院的高级教学设计师戴维·彭罗斯(David Penrose)提出了微课程”(Microlecture)的概念,他认为普通课堂中讲授的几十分钟内容可以压缩成60秒内的“知识脉冲”(Knowledge Burst)作用于学习者,核心知识概念将构成微课程的主体,伴随微课程的是结构化的任务活动,通过对这些核心概念的深入探索而完成课程材料的学习。

国内率先提出“微课”应用研究的是广东省佛山市教育信息中心主任胡铁生。在他看来,45分钟的课堂讲授主要围绕几个核心知识点展开,根据认知科学规律,学生保持注意力的有效学习时间普遍较短,于是提出将教学中的重点、难点、疑点等核心知识点制作成片段化的视频资源,有利于师生个性化的教学和个性化的学习。

微课程的学习在我国还处在探索阶段。黎加厚教授及其研究生团队自2012年下半年开始,就在上海闵行区浦江第一小学等几所学校进行微课程教学应用的实践探索,开展了“微课程助推教学改革”的教研创新活动。常州市博爱教育集团重点打造推出了“博爱微课程学院”。微课程相关的专题网站也如火如荼的建立起来,代表的有国家开放大学建设的五分钟课程网和专注于中学生学习的微课网等。

三、微课程的特征

1、教学时间短。根据人类的认知特点和注意力保持规律,学习者在课堂上的注意力集中时间普遍较短,因此微课程的设计时长应该在5-8分钟,一般不超过10分钟。相对于以往40分钟的课堂讲授,短小的课时更加有利于进行高效的知识建构。

2、教学内容微型化。传统课堂教学注重知识的系统化和完整性,对于知识的展开需要进行足够的铺垫和准备。相比之下,微课程主题更加突出,直接聚焦教学中的重难点,并且通过合理的设计对知识内容进行切割,将学习目标细化,不断实现微小的进步。

3、使用灵活。微课程主要有微视频组成,体积较小,非常适合在移动终端设备上观看,实现随时随地的学习。此外,以单一知识点为单位的视频可以满足学习者个性化定制的需要,并且能为翻转课堂的开展提供支撑。

4、资源构成的情境化。以微视频为主的教学资源包整合了课件素材、习题反思、点评反馈等多元化的教学资源,构成了一个主题鲜明、类型多样、结构紧凑的“主题单元资源包”,营造了一个真实的“微教学资源环境”,有利于促进学习者隐性知识等高阶思维能力的提高。

传统课程与微课程教学活动各要素对比情况如下:

1 传统课程与微课程活动要素对比表

 

传统课程

微课程

教学内容

全面系统

聚焦于单一知识点

学习方式

课堂讲解

视频点播

教学时间

一般40分钟左右

不超过10分钟

参与性

消极被动

积极主动

个别化程度

四、虚拟机器人微课程的设计

微课程首先应具备课程属性,需要包含必要的课程要素,如教学目标、教学内容、教学活动(学习活动)、教学资源(学习资源)、教学评价(学习评价)等。良好的教学设计有助于更好地指导微课程的开发。微课程的设计也需要从学习者需求分析、选题设计、教学目标制定、教学内容与过程结构设计、教学资源等方面进行设计。本文结合虚拟机器人教学内容中的其中一个单元“虚拟机器人的射击”来说明微课程的设计思路与流程。

1、 学习者需求分析

虚拟机器人的射击是在学生掌握基本机器人的搭建、一些常用传感器和驱动器使用之后,在完成路径以外的得分点的得分任务时需要掌握的机器人特定功能。本章节需要掌握的模块主要包括:可断开模块、弹射模块、滑杠模块。如果单独分开来学习每个模块,不利于学生在这些知识点之间建立联系,也不利于激发学生的学习兴趣和建构知识,因此笔者设计了一些独立的小任务来学习这3个模块,分别对应3个微课程:单次设计、多次射击、特定角度设计。

在筹划微课程的设计时,最好能从学习者的需求出发,从知识点的建构逻辑出发,对整个微课程进行系统设计,而不仅仅考虑单一微课程的设计。在考虑每个微课程的独立性的同时,要考虑与其上层知识模块的逻辑关系,兼顾其系统性和完整性。

2、选题设计

微课程的选题要精练,教学内容要明晰,或针对课前导入,或针对关键概念教学,或针对难点突破,或针对课后拓展延伸,可以是知识讲解、教材解读、题型精讲、考点归纳,也可以是方法传授、教学经验等技能方面展示。虚拟机器人的射击微课程通过展示虚拟机器人完成的3个小任务来引导学生的学习,最终掌握可断开模块、弹射模块、滑杠模块的意义和各种组合使用方法。笔者并不是以各模块来选题而是将题目定为:单次射击、多次射击、特定角度射击。

3、教学目标的制定

微课程的特征是学习时间短,围绕一个核心知识点。微课程的教学目标是把一个关键的知识点讲解清楚即可。这里要区别于整节课的完整的教学目标的制定,通常情况下,提出知识与技能、过程与方法这二维目标即可,对于情感态度与价值观可不作要求。同时要注意目标的表述要微型化,要用简洁明了的语言来表述。如单次射击微课程的教学目标制定如下:

4、教学内容的设计

首先要解决的问题是如何将知识点进行合理的切割,即知识点的微型化处理。在内容选择上应主题鲜明,不追求内容的系统化覆盖,选择短小精悍且包括的知识点材料。每一组块的微课程都能独立承担单一、完整的知识点内容。但是这种半结构化的教学内容并非碎片化、烦乱无序的,而是要依据某一学习主题将教学内容转化为一系列的微课程,这样才不至于破坏原有教学内容的完整性,才能更好地增强学习者的粘度。如虚拟机器人射击微课程设计为单次,多次,特定角度射击,知识点由易到难,由简单到复杂。层次递进,如多次射击既需要用到单次射击中学习的可断开模块与弹射模块,又增加了滑杠模块,解决了多次射击的实际问题。

5、教学过程结构设计

微课程的教学过程要简短完整,教学过程要包括教学问题的提出、教学活动的安排、学生协作探究解决问题等环节。

1)快速引入课题,并能吸引学生。可以开门见山进入课题,或者设置一个疑问,悬念等引入课题。

2)内容讲授线索要清晰。围绕微课程的讲授中,要尽可能围绕一条线索展开,在这条线索上突出重点内容,显露主干内容,剪掉可有可无的举例,证明等侧枝旁叶。

3)总结收尾要快捷。一节课的小结是必不可少的,好的总结可以对讲授的内容起到提纲挈领的作用,可以加深学生对所学内容的印象,减轻记忆负担。

6、教学资源设计

微课程以教学视频为主线整合教学设计(包括教案和学案)、多媒体教学素材和课件、教师课后的教学反思、练习测试、学生的反馈及专家的点评等相关教学支持资源,构成了一个主题鲜明、结构紧凑、类型多样的“主题单元资源包”,营造一个“微教学资源环境”。

五、虚拟机器人微课程的开发

一个优秀的、完整的微课程包括:简洁、美观的PPT制作、主题明确的微课程名称、有片头、有逻辑的课程内容、有概况引导的片尾等。

1、具体的制作技术要求:
① 录制的电脑分辨率调整为宽屏16:9的分辨率,录制屏幕的不低于1280*720

128kps~2Mbps、帧率≧25FPS

② 时间控制在10分钟以内。

③ 微课程讲解时,语言通俗易懂、深入浅出、详略得当。

④ 在讲解过程中使用课件,PPT尽量做到简洁、美观大方。

⑤ 要有片头、片尾,显示微课程名称、作者、单位等信息。

⑥ 频格式为FLVMP4,视频尺寸不低于1280*720

⑦ 教师尽量不出现在画面中,以免干扰学生的注意力。

⑧ 音频采样率44.1K、比特率64-320、音画同步<100MS,音频格式AAC,MP3等。

2、微课程的制作

常用的微课程录制方法有手机拍摄、摄像机拍摄、录制屏幕等。笔者推荐的是录制屏幕方法。这种方法录制画面清晰,直接生成音视频文件,便于后期制作。

   1)、录制软件的选择

常用的录制屏幕的软件有Camtasia Studio、屏幕录像专家、超级捕快等。这里笔者推荐的是Camtasia Studio这个软件安装方便,容易上手。同时,当电脑安装此软件后,在PPT软件中会自动生成一个插件,当打开PPT文档的时候,可以单击此插件按钮就可以录制PPT播放的视频。

2)、视频素材的采集

Camtasia Studio软件除了很方便的采集PPT播放视频,还可以用来录制屏幕的整个操作流程。录制的时候可以自由选择录制的分辨率,在采集视频的同时可以同时采集讲授者的语音。这里建议,PPT等课件的录制和屏幕的录制分开来采集,这样方便后期的剪辑。

3)、音频素材的采集

音频除了用Camtasia Studio采集电脑屏幕的时候同时采集外,还可以单独使用其他软件来采集,如GoldWave。笔者建议教师的讲授过程中的语音使用和屏幕一起录制,这样有利于后期的剪辑,此外的声音可以使用GoldWave软件单独录制。

4)、音视频编辑

音频的编辑可以使用GoldWave软件,这个软件使用起来非常方便,对于教师的讲授过程中的声音,Camtasia Studio软件本身可以编辑声音,它自带了声音的轨道,用户可以自由的编辑声音。

5)、生成微课程
    
当微课程编辑完成后,需要保存原文件,这样方便后期的修改和再生成,生成的时候注意选择恰当的格式,这里推荐MP4格式,这种格式适用于大多数的播放器。

六、虚拟机器人微课程的评价

课程不仅是静态的课程文本,更重要的是动态的课程活动,课程评价就是对课程活动的

组成要素及其各个过程环节给予价值判断的过程。

目前,对于微课程的评价还没有完全统一的标准,学界对于微课程的定义、微课程的形式、微课程的适用场合等都存在着一定的争议。笔者这里就自己的虚拟机器人学科教学中所制作的微课程,结合微课程课堂教学实践效果,总结出一套自己的微课程评价指标体系,希望能起到抛砖引玉的效果。

2 微课程的评价指标体系

一级指标

二级指标

参考权重

教学设计

15%

选题“小(微)而精”

5

教学设计合理

10

教学内容

20%

科学正确

8

逻辑清晰

8

资源齐备

4

教学过程

35%

切入课程简洁

5

讲授线索清晰

15

总结有效

5

板书简约、合理

5

语言得体

5

作品规范

10%

结构完整

5

技术规范

5

教学效果

(20%

形式新颖、趣味性强

5

教学目标达成

10

易于推广应用

5

 

 

参考文献

[1]李小刚等.微型学习视野下的微课程设计与教学应用研究.现代教育技术,2013,(5):23-27.

[2]黄建军、郭绍青.论微课程的设计与开发.现代教育技术,2013,(5.

 

 
文章附件:

文章作者:九亭中学杨勇
文章出处:松江区教育学院研训部

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