STEM理念與機器人教學的融合

汪小慶

（江蘇省江都中學，江蘇揚州 225200）

引 言

STEM教育是集合了多種能力，培養學生通過跨學科思考、動手實踐，解決實際問題的教育方式。STEM教育為信息技術課程注入了新的活力，構建并實施基于STEM理念的信息技術課堂是信息技術課程改革和STEM教育的必然要求。而機器人融合了多個當代信息技術，已經成為信息技術的重要內容和結晶，在信息技術教學中，機器人與計算機成為信息技術教育的工具，都承擔著信息技術教學載體的任務。許多中學開展了有關機器人教育的課程，雖然取得了些許進步，但仍存在一定的問題。而STEM教育依托新技術轉變了教學理念和教學模式，成為完善機器人教學的新思路和新方向。

一、STEM教育與機器人教學相融合的必然性

STEM教育是一種重實踐的超學科教育理念，融合了科學的力量、技術的創新、工程的巧妙、藝術的美感和數學的嚴謹，通過寓教于樂的方式，讓學生快樂學習，愛上學習。機器人教學以機器人為載體進行STEM創新教育，機器人教育具有較強的落地性和系統的教學體系，是一門非常經典的跨學科課程，持續的學習能夠有效提升學生創造、分析和實踐的能力，因此，機器人教學應該綜合多種科學知識和技能，注重對學生的創新意識、動手能力、綜合能力的培養。融入了STEM教育的機器人教學體系才能越來越完善，才能健康發展[1]。

目前，應試教育思想根深蒂固，機器人教育并沒有成為一門真正獨立的完整學科，主要以功利性的比賽為主，機器人教學課程難以順利有效地開展，遏制了學生想象力和創造能力的發展。但STEM教育堅持以人的發展為出發點，實現多種手段的融合，不僅可以讓學生學到先進的機器人技術，還能提升其綜合能力，通過實際操作培養學生的創新意識和創新能力。STEM教育與機器人教學的融合打破了機器人教學的僵局，使機器人教學沖破原有的束縛，解決了當前機器人教學中存在的現實問題。

二、STEM教育與機器人教學相融合的角度

機器人STEM課程將動手與動腦相結合，融合科學、技術、工程、藝術和數學等學科知識制作智能機器人，實現整體的全能教學，符合現代科技的特點，化繁為簡，提升學習效率，為中學課堂帶來全新的綜合性和創造性的教學體驗，促進學生學科成績的提高。機器人教學與STEM理念相互融合充分彰顯了“教師主導、學生主體”的精神，通過融合教學，打破傳統教學的束縛，讓學生在獲得知識的同時提高學習興趣、獲得樂趣。STEM教育與機器人教學相融合的目的是幫助高中生打開視野，理解前沿科研課題設計基礎，實踐機器人在項目任務中的重要應用，學習制作機器人的核心技能[2]。STEM教育與機器人教學的融合打破了傳統教學模式，轉化為以問題為導向、多學科相融合、基于項目的學習，通過系統的教育方式，培養出更多的創新創業人才。那么，如何在STEM理念下進行機器人課程的創新呢？

（一）教學理念

首先，課程教學必須以學生為本，以數字校園的環境為支撐，形成以“機器人”為代表的數字化校本課程群，以課程拓寬學生的眼界，促進學生的全面發展，著眼于學生一生的發展。其次，機器人教育必須基于小組合作，堅持“做中學”的理念。再次，機器人教育必須基于項目開展學習活動。最后，課程必須基于STEM教育理念設計教學。機器人校本課程設計的著眼點主要放在挖掘學科交叉上，以多種學科相互滲透，通過多樣化的情境、多角度的任務、多維度的評價，讓每個學生都有發揮自己所長的舞臺，都能夠做到學以致用。

（二）教學目標

第一，能夠讓學生了解機器人的歷史發展和應用，了解機器人對人類社會的價值；第二，能夠了解機器人的結構、特點和基本原理；第三，能夠完成簡單機器人的設計組裝；第四，能夠掌握基本的C語言編程的方法，認識簡單的程序和結構，進行簡單的程序調試；第五，能夠養成嚴謹的思維習慣，提升學生的創新能力。總而言之，機器人教學的目的是提高學生的核心素養。

（三）教學方式

傳統的信息技術課堂強調學生對技術的掌握，而忽略學生在真實情境下對技術的應用，學生難以將課堂上所學的技術應用于實際的生活中。STEM教育主要采用的是項目式教學，強調學生主動參與和主動探究，強調項目的真實性，強調與實際生活發生的真實聯系。項目式的教學方式能夠讓學生既掌握技術，又能夠有機會將技術應用于實際生活中，能啟發學生的想象力和創造力，并激發學生利用所學知識，以科學的解釋、嚴密的思維、藝術的美感和積極的態度參與到問題的發掘和解決中，不但培養了學生的各種能力，還激發了學生的團隊合作意識。這種教學方式就要求教師在教學中要善于創設問題，激發學生的思考，促進學生思維能力的發展和提升。

（四）教學內容

傳統的機器人教育只注重對信息技術基礎的學習，STEM理念與機器人教學相融合的教學內容不僅包括傳統機器人教育中的基礎學科，還包括科學、技術、工程、藝術、數學等與之緊密相關的內容。①現代最新的科學、技術的現狀和基本理論，在課堂上滲透當前社會上新出現的科技內容，避免出現閉門造車，與時代脫軌的問題；②機器人發展的過程和數學邏輯知識，開展機器人課程的目的并不單單是教會學生進行簡單操作，而是讓學生能夠真正了解機器人的原理與核心，使學生深刻了解科學技術與社會的關系。

三、STEM理念與機器人教學相融合的教學策略

（一）在STEM情境性的理念下利用情境導入

在STEM理念下的信息技術教學中，情境性的導入顯得十分有必要，STEM理念主張教學生活化，在教學中融入日常生活元素，能夠讓學生更容易理解信息技術課堂上機器人教學的重要性，體會到機器人教育的應用價值，進而提升學生的學習動力。此外，在情境導入中還應讓學生充分感受到信息技術和機器人的魅力，明確機器人對人類生活的重要價值。應注意盡量設置快速提升學生注意力的情境導入，充分提升學生學習的積極性和主動性。

（二）在STEM協作性的理念下利用小組協作學習

利用小組協作學習能夠促使教師積極適應協助者和引導者的角色，利用小組協作的方式培養學生的自主學習、自主分析、自主解決、探索創新的能力，小組成員共同完成任務目標，同時也培養了學生的邏輯思維能力和語言表達能力。此外，教師應依據學生的個體特征，尊重學生的個體差異，發揮小組合作協調進步的功能。

（三）在STEM體驗性的理念下利用項目引領教學

STEM理念下的信息技術教學注重培養學生的創造思維和探索能力，項目教學的引入能夠使學生通過自身探索，掌握更多的知識。教師對每位學生的理解力、知識掌握程度都應有充分的了解，分層設計相應的教學目標，確保每位學生都能得到進一步的提升和發展。對完成目標的學生和優秀的作品進行及時表揚，保持每位學生的熱情和創作積極性。

（四）在STEM跨學科的理念下開展多形式教學活動

在STEM理念下的信息技術教學中，教師可以開展多種形式的教學活動，促進學生深層次的學習。

（五）在STEM學科融合的理念下推動教師的自我成長

教師要不斷提升自己，關注信息技術學科前沿信息技術和機器人技術的快速發展，課本的內容已經遠遠不能滿足學生日益增長的需求，對新技術和前沿技術的掌握才能為提升學生的創造潛能打下堅實的基礎。

（六）在STEM實證性的理念下引導學生關注社會現象

教師應該積極引導學生用所掌握的知識和技術解決生活中的難題，逐步提升學生對社會的責任感。

四、STEM教育與機器人教學相融合的阻礙

STEM教育主要以定性評價為主，主要評價學生的思考能力、解決問題能力、創新能力和溝通協作能力，以及人生價值觀、積極人格等，STEM理念與機器人教學相融合后，強調評價的過程性和個性化。教學評價不能僅僅依據作品進行，還應注重學生的動手操作能力和情感的變化。

五、教學評價

作為一種跨學科整合的教育模式，STEM教育與機器人教學相融合將會促進各個學科通過綜合性的課程結合起來，加強學科間的相互配合，利用多種學科的知識來解決問題。但STEM教育仍然面臨“水土不服”的困境，面臨著課程體系不完善、跨學科師資匱乏、評價體系不配套等現實難題。由于缺乏基礎性學科知識的融合注入，許多中學教師的知識背景相對比較單一，除了精通自身學科的知識外，對其他學科的知識相對比較薄弱，很難獨立完成 “跨學科”的STEM課程設計與講授。學生完成作品后，根本不了解作品背后的知識，STEM教育成為學校的“秀場”。學生雖然動手參與了實踐，但缺乏動腦探索。在單純的模仿形式下，雖然能夠拿出優秀的項目成果，但卻扼殺了學生的想象力和創造力，這與STEM教育激發學生“創新動力”的初衷背道而馳。

結 語

總之，在當前教育環境下，學生家長往往更傾向于關注立竿見影的提分手段，而STEM教育由于見效較慢而難獲青睞，雖然許多學校都開始嘗試STEM教育與學科的融合，但在實踐中，還面臨很多問題。這些問題需要各界力量，包括政府、高等院校、科研機構、企業以及中小學校形成合力，才有可能在根本上得以解決。