基于創客教育理念的機器人教學設計框架建構

李燕飛+楊延+鄭建雙+侯德強

摘要：本文從創客教育的特征及內涵入手，通過分析、設計、開發、實施、評價等環節探索框架以及框架結構各要素間的內在關系，以期增強其實踐指導能力，力圖使基于創客教育的機器人教學設計框架能真正服務于具體教學實踐。

關鍵詞：創客教育；機器人教學；教學設計

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2017）24-0080-03

● 引言

機器人教育作為一種新的教學載體，在教學設計、課程教學資源開發、教學模式等方面仍處于摸索階段。已有的文獻大多也只是從經驗層面進行探討和反思，缺乏豐富的案例與理論支撐，相關研究還相當薄弱，亟待深入挖掘。創客教育作為一種新的教育形態，雖未形成較為統一的概念界定，但它所潛藏的教育價值已經獲得了教育工作者的高度認同。筆者將創客教育理念引入機器人教育就是希望學生能通過機器人套裝和編程來快速展現自己的想法，實現所想即所得的效果，大大縮減其從想法到實際作品之間的時間周期。與以往機器人教學不同，它更注重學生發揮自己的想象，主動去創造，而不是通過解決某個他人提出的挑戰而展開探索。目前，國內已有相關實踐及探索研究，不過這些研究基本屬于探討和反思型，基于創客教育理念的教學設計模型、評價策略等的研究較少。

● 創客教育的特征及內涵

創客教育強調體驗和實踐，是一種融入信息技術，秉承“開放創新、探究體驗”的教育理念，是以“創造中學”為主要學習方式和以培養各類創新型人才為目的的新型教育模式。[1]創客教育旨在創設為學生發揮創意提供公平的機會和自由的環境，以問題和項目化的方式引導學生“做中學”，培養他們的創新思維、動手能力、參與分享意識、工程思維等創客素養。[2]

● 基于創客教育理念的機器人教學設計框架建構

1.創客教育機器人教學主題活動的前期分析

為了增加學生對主題的可選擇性，教師須根據知識點的吻合度、所用器材的相似度及主題內容的關聯度這三個方面綜合確立主題。

（1）教學目標分析

教學目標是教學活動要達到的效果，在教學過程中既要關注顯性的“知識與技能目標 ”，也要重視“態度與價值觀目標”等隱性目標，更關鍵的是要能將這些顯性和隱性的教學目標轉化為可操作的教學行為，能讓學生在過程中親歷設計過程。

（2）學習者分析

學習者分析重點需要關注學生積木結構搭建及簡單的動力機械的基礎及其他知識基礎，同時需要分析學生的閱讀能力、理解能力及信息素養。教師只有通過對這幾個方面進行考察，才能設計出更符合學生實際能力水平的學習活動。

（3）教學活動環境分析

教學活動環境需考慮是否有白板、電腦、投影儀等多媒體教學設施。活動臺、長桌、材料柜等物品可方便在活動過程中開展面對面的協作與交流及存放教學器材。教學材料需根據實際教學環境中所提供材料的可重復利用度及擴展度來設計作品等的復雜度。

（4）教師情況分析

活動中需要考慮是否有助教，在主題活動中主講教師負責主要活動的組織、知識講解及疑難解答，助教主要職責是課前協助主講教師策劃活動，在活動中觀察、引導學生順利完成機器人創作。

2.創客教育機器人教學主題活動的設計

創客教育理念指導下的教學活動設計既關注學生的設計過程體驗，又重視學生的創作能力培養。基本能力的培養是表達想法的基礎，而創新思維又是基本能力的升華。教師要在活動過程中引導學生按照“觀察—模仿—微創新—原創”的方式梯度發展。

（1）創設問題情境，確定并進入主題

創客教育中強調問題來源于生活，學生通過教師提供的情境提出問題，學生基于需求問題體驗設計的過程。教師要在選擇媒體資源的時候，設立一些擬定好的問題作為學生所提問題的補充，問題要盡可能有針對性，與后期設計過程相關。

（2）以模仿為起點，梯度推進學生創新

在主題活動中，教師要引導學生基于效果圖開始制作，最終將二維的平面圖轉變為三維的立體模型。必要時，教師再提供詳細的步驟圖，避免限制學生思考的情況發生。在設計過程中，教師要根據學生的差異機動調整指導策略，當基礎薄弱的學生遇到問題時，教師要啟發學生查找資料或互相討論找到化解問題的方法，并引導他們將問題記錄在機器人制作記錄卡上。對模仿能力較強的學生，教師要增設問題促使他們思考。搭建完成后，學生可以利用作品自由活動。最后，教師需要引導學生對作品進行再設計，這個過程是學生知識和能力的升華階段。

（3）創作故事，賦予作品以意義

在微創新過程中，學生的想法差異較大，作品只是學生表達想法的一個媒介，學生能闡述作品的價值極其創作的意義也至關重要。

（4）展示與分享

在這個階段，每個學生或小組分別展示作品，并介紹自己的機器人的優點在哪里，最喜歡的地方……教師可以依據作品標準對學生的作品做出點評，并展示拍照存入檔案。

3.創客教育機器人教學主題活動的資源開發

在教學活動中，學生要能借助機器人和編程等信息技術手段將想法迅速轉變為原型或模型。因此，教師需要為學生的學習提供支持，輔助他們的想法和創意順利轉化。

（1）主題學習資源的開發

為了激發學生的興趣，教師需要準備與主題相關的多媒體資料，方便學生快速融入學習情境；在學習過程中，教師需要提供搭建教程和搭建動畫，以便學生在遇到困難時參照；在原創作品搭建階段，教師需要準備與主題相關的案例庫，激發學生產生更多新的想法和創意，對作品進行修改和重新設計。

（2）學習支架資源的開發

基于創客教育理念的機器人教學期望學生能完整地體驗設計和制作的全過程，親歷設計和創造，用機器人套裝和程序對接現實世界里的各種真實的功能。考慮到學生不熟悉設計的一般流程及設計進程的管理，教師需準備設計記錄表，這一方面能輔助學生按設計記錄表的引導推進設計過程，另一方面可培養學生及時記錄想法的習慣，學會將積累的經驗轉變為團隊共享的文本資源。endprint

（3）學習活動環境的創設

在學習活動中，桌椅的擺放需考慮組內成員間的交流、學習。計算機及資料區的位置應以方便為原則，從而使學生查找資料更加便捷，節省跑動的時間。多媒體設施應最大化滿足教師的教學與學生作品的展示。教師在計算機上提供并安裝樂高搭建軟件（LEGO Digital Designer），以便學生借助計算機設計效果圖。

4.創客教育機器人教學主題活動效果評價的設計

在主題活動評價的設計中，教師需依據知識與技能測試結果、作品評價結果、展示與匯報表現以及機器人設計記錄表對學生和教學做出綜合評估。評估維度主要包括團隊合作、創新、動機、問題解決、多學科綜合應用等五個指標。其中創新、動機、問題解決、團隊合作這四個指標很難通過量化的方式來評價，主要依據上述的記錄表進行定性評價，而多學科綜合應用這一指標則可以通過作品等量化手段進行評價。評價的目的主要是檢驗學生是否達到了預期的教學目標，活動的實施是否達到了預期的效果等。

學生作品的評價主要參照了Steve Coxon的作品評價量表[3]，從結構、功能、美觀性和創新性四個方面來綜合評估學生是否能應用基本技能，多學科突破來實現自己的想法和創意；教師課堂記錄表記錄了教師在課堂上對學生的觀察結果，主要包括學生的問題解決能力、團隊合作、創新能力和動機等方面的表現；三維目標評定表主要衡量教學活動是否達到了預期的目標，學生能否在課堂上達到之前所預設的學習目標。評價不僅僅是針對學生，也是教師對自己教學的一個重要反饋。

● 結語

基于創客理念的機器人教學設計為教師開展創客教育提供了有效的理論支撐，但在實施過程中會受到活動時間、器材、學生知識和技能水平等方面的約束，以至于學生的創意無法順利落地。因此，教師需根據實際條件，創造性地應用該框架，合理設置主題難度，扶持學生完成作品。當學生的想法和創意較為復雜時，教師最好能提供適當的網絡平臺和交流手段，輔助學生自己在課后完成，做好課內和課外的連接。

參考文獻：

[1]祝智庭，孫妍妍.創客教育：信息技術使能的創新教育實踐場[J].中國電化教育，2015（1）：14-21.

[2]王佑鎂，王曉靜，包雪.創客教育連續統：激活眾創時代的創新基因[J].現代遠程教育研究，2015（5）：38-46.

[3]Papert. S. （1980）.Mindstorms： Children， Computers and Powerful Ideas[M].New York： Basic Books.endprint