中學機器人教學有效性的行動研究*——以長安第一中學為例

楊毅 秦健 佀新學

陜西師范大學新聞與傳播學院 西安 710062

中學機器人教學是為了培養學生創造力和想象力的有效活動。在日本、德國、美國和澳大利亞等發達國家，中小學已經將機器人教育列入科學技術課程的學習內容，廣泛開展機器人課程和競賽活動，被眾多學生稱之為“快樂的學習方式”[1]。我國在2003年頒布的普通高中新課程標準將“簡易機器人制作”列入通用技術課程的選修內容，使得我國的機器人教育在大眾化、普及化層面上又上了一個新的臺階[2]。

但目前機器人教育大多唯比賽是從，學生很難得到系統的教學培養。筆者通過與長安一中合作開展機器人教學，探討促進機器人教學在中學的發展。

1 研究的目的、對象、方法

1.1 研究目的

通過行動研究，體會機器人教學過程，促進中小學機器人教育教學的有效開展。

1.2 研究對象

陜西省西安市長安區第一中學（簡稱長安一中）高一年級學生，共21人（課外興趣學習小組）。機器人教學任課教師均為陜西師范大學在校本科師范生。

1.3 研究方法

1）行動研究法，是指由與問題有關的參與人員共同參與研究和實踐，對問題情境進行全程干預，并在此實踐活動中找到有關理論依據及解決問題的方法。行動研究的過程是一個螺旋上升的發展過程。每一個螺旋圈都包括計劃、行動、觀察和反思等4個相互聯系、相互依賴的環節[3]。

2）問卷法，主要用于第二輪行動研究，目的在于了解學生學習情況和學習態度，為進一步優化教學做準備。

3）訪談法，用于整個研究過程中，通過訪談獲取學生對課程教學的需求和建議，以及對知識的掌握情況等方面的信息。

2 研究背景

針對中學機器人教育現狀，在已有機器人研究基礎之上，陜西師范大學決定通過實驗室與長安一中合作開展“科普進校”活動，進行機器人基礎教學，讓學生了解機器人基礎知識，學會搭建的一般過程，并能夠進行簡單的設計與創作。同時，也希望通過此次合作，推動機器人教育在中學的開展。

表1 第一輪行動研究的內容

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表3 第二輪行動研究第一次的教學內容

表4 第二輪行動研究第二次的教學內容

整個教學在通用技術實驗室開展，實驗室配備有多媒體教學儀器、6臺學生用計算機和多張實驗桌。

3 行動研究方案的設計

本次行動研究共分為三輪，下面是具體設計。

第一輪行動研究方案

1）研究的目標：了解學生和教學環境等相關情況，驗證和完善教學計劃表。

2）研究的教學內容如表1所示。

3）計劃：①根據需求設計提問；②制作教學設計、講課PPT，準備器材和搭建圖紙等相關教學資源；③實時記錄學生活動。

4）行動：①時刻關注學生的動態，記錄學生語言行為、動作行為和態度；②認真分析課堂教學資料，及時總結，更新教學內容。

5）觀察：①觀察教師的語言表達和行為；②觀察學生反應、回答問題情況；③觀察學生實踐操作情況。

6）反思。

①對教師提問的觀察與反思。問題記錄如表2所示。通過學生的回答，發現學生對機器人知識基礎不了解，因此，教學內容的設置應該偏向基礎化，并利用多媒體資源進行輔助講解。同時，學生對機器人學習興趣濃厚，應當有效地維持和進一步激發，從而促進教學的最優化。

②對搭建機器人過程中教師和學生行為的觀察和反思。教師在學生搭建過程中，借解疑答惑的契機講解相關知識點，有助于他們對知識點的理解。不過學生對各個構件不甚了解，按照自己的想法胡亂搭建，更是對相近的構件不加區分就胡亂使用，從而出現少零件致搭建不成功等場面混亂現象。同時，通過觀察和學生的反饋，發現小組內部分工不合理，主要表現在實踐環節，人均動手機會少，分工不明確，從而造成場面混亂。

第二輪行動研究方案

1）研究的目標：驗證第一輪研究修改后的教學計劃是否合理，進一步完善教學流程。

2）研究的教學內容：第二輪行動研究分兩次進行，分別如表3、表4所示。

3）計劃：①制作教學設計、講課PPT，準備器材和搭建圖紙等相關教學資源；②實時記錄學生學習和動手情況。

4）行動：①時刻關注學生動態，記錄學生語言行為、動作行為和態度；②認真分析課堂教學資料，及時總結，更新教學計劃表。

5）觀察：①觀察教師和學生的行為；②通過對學生作品的觀察，檢驗學生對知識的掌握情況；③觀察學生小組合作是否有效。

6）反思。

①對小組活動的觀察與反思。對小組進行二度劃分，一組搭建，一組編程。搭建小組又將整個模型模塊化，增加了人均動手機會，提高了效率。但仍有學生在一旁觀望，部分學生不按任務要求操作，隨意“創新”，編程時也想當然地進行各模塊的拼接，問題百出。同時，學生缺乏耐心，出現問題就爭執，缺乏思考。因此，教師應當時刻關注學生動態，督促學生，解疑答惑。

②對問卷結果的分析與反思。問卷回收率為61.9%，有效率100%。對問卷進行分析，得到分析結果。

a.影響學生學習的主要因素：“練習時間太少”占61.54%；“教學軟硬件太少”占46.15%；“學習資源不足”占76.92%。還有一些其他的原因，如“沒有書面教學內容”“基礎不夠”“缺少本節課的大致講義”等。

b.學習方式認可度：76.92%的學生認為這種教學方式很好，15.38%的學生認為一般，7.69%的學生認為非常好。

c.教學內容掌握情況：46.15%的學生能夠掌握教學內容，38.46%的學生掌握一般，15.38%的學生掌握不好。

反思：以上結果表明教學方法適當，教學效果較好，不過由于缺乏必要的教學資源和軟硬件設施，影響了部分學生的學習；同時應當加強“做中學”和“學中做”，準備在接下來的教學中采用DJP教學方法，制作學案，幫助學生學習。

第三輪行動研究方案

1）研究的目標：總結教學計劃和完成教學流程圖。

2）研究的內容，如表5所示。

3）計劃：①制作教學設計、講課PPT，準備器材和搭建圖紙等相關教學資源；②實時記錄學生學習和動手情況；③總結完善教學流程。

4）行動：①時刻監視學生的動態，記錄學生語言行為、動作行為和態度；②認真分析課堂教學資料，及時總結，完善教學計劃。

5）觀察：①觀察教師和學生的行為；②觀察學生作品，檢驗學生知識掌握情況；③對小組合作的觀察。

6）反思。

①對師生活動的反思。教師能夠很好地組織教學活動，教學準備充分，有效地解決各種突發情況，整個教學有條不紊。學生有了一定基礎，實踐過程得心應手，不僅可以出色完成學習任務，還能有一定的創新。

②對試驗設計報告的反思。利用試驗設計報告，可以引導學生學習。同時，20分鐘的模型設計制作可以充分發揮學生的創造能力，變機械為主動，增加了學生自我發揮的空間。

③對作品評價表格的反思。利用評價表格，讓評價規范化。無論自評還是小組互評都有根有據，這樣可以激發學生的競爭意識，促進教學的開展。

表5 第三輪行動研究的內容

圖1 教學流程圖

④對課程測試題的反思。通過及時的測試，一定程度上可以反映教學的質量，測驗學生的學習狀況，對教學反思和教學優化有一定的幫助。

4 結論和建議

通過系統的學習，學生掌握了機器人基礎知識，對樂高教育機器人也有了一定的了解和掌握，達到了預期目的。研究者和教師在完成教學任務的基礎之上，也增加了機器人教學實踐經驗。

4.1 教學內容結構清晰，難度遞增，教學活動形式多樣

機器人教學應當從生活出發，每節課的教學內容不宜過多，要以學生為主，給學生足夠的想象空間。教學難度事宜，保證每位學生都能按時完成任務，從而可以很好地維持和激發學生學習興趣。

4.2 教學活動豐富多彩，貼近生活，但又高于生活

機器人教學就是以任務為基礎，教師在引導學生完成任務的同時，教會學生思考，學會創新。不用思考的教學是失敗的，沒有創新意識的學習不是機器人教學。

1）機器人教學活動的選擇要與社會息息相關，讓學生在做活動的過程中體會科學知識促進技術的革新，技術的前進又推動著社會的進步。讓學生明白科學、技術和社會三者是息息相關的，讓他們了解到現在所進行的機器人學習是非常有意義，從而可以很好地激發學生學習興趣。

2）機器人教學活動的選擇以學生為主，動員學生參與活動，探究發現問題、解決問題；教師只是引導者、幫助者。

3）教學活動的選擇應當有合適的教育理念——STS教育理念和樂高4C教育理念。不管是哪種教學活動，都應當有堅定的教育理念。STS教育理念可以很好地應用到機器人教學中，將這種理念應用到教學活動的設計中，可以促進學生對社會、技術和科學的理解，有利于培養新型人才，促進社會和諧發展。同時，樂高4C教育理念（聯系、建構、反思，延續）很好地體現了“做中學”和“學中做”的教學新思想，有利于培養學生的邏輯思維。

4）教學方法以任務驅動為主，以DJP（導學講評式教學）教學為輔，幽默詼諧的語言和生動有趣的比喻做鋪墊。

5）教學流程，如圖1所示。

6）制定完善的器材使用管理制度。

7）建立合理的教學評價指標體系，既有教師的評價，又有學生的自評和互評，并填寫相關的評價表格。

5 結束語

經過三輪行動研究，在不斷地計劃、行動、觀察和反思中，探索和構建了一套合適的教學流程，積累了與中學合作的經驗，以及機器人教學的實踐經驗，為以后的研究工作奠定了基礎。當然，本次研究還存在很多局限性和不足之處，會在今后的工作中不斷改進，同時也希望各界人士批評指正，多多給出建議。

[1]姚艷秋,王曉光.中學機器人教學的一些認識與實踐[J].吉林省教育學院學報,2005(2)：90-92.

[2]王改霞,樸姬順.國內機器人教育研究發展綜述[J].中國教育信息化,2012(12)：14-17.

[3]謝幼如,余紅,尹睿.基于專題網站的開發性學習模式的行動研究[J].電化教育研究,2004(1)：52-56.