兒童STEAM教育與智能玩具機器人的關系研究

向琳芳 古麗錫姍 譚燕 蔣琰 周冰潔

【摘 要】近幾年來，STEAM教育成為教育領域的熱詞，由STEAM教育引發的玩具熱潮正在興起。玩具作為兒童必不可少的伙伴，對兒童的身心發展具有重要作用。本文通過分析兒童STEAM教育和智能玩具機器人的發展現狀，研究科學、技術、工程、藝術、數學與智能玩具機器人間的關系，為兒童智能玩具機器人的設計研發奠定一定的理論基礎。

【關鍵詞】智能玩具機器人；STEAM教育；兒童

在2016年教育部發布的《教育信息化“十三五”規劃》中，明確提出要積極探索信息技術在跨學科學習（STEAM教育）的教育模式中的應用。STEAM教育作為一種培養綜合型人才的教育方式，在兒童教育上有重要的指導意義。而智能玩具機器人作為兒童成長過程中的親密伙伴，潛移默化地影響著兒童的成長。因此，怎樣搭建好它與STEAM教育之間的那座橋梁顯得尤為重要。

一、智能玩具機器人的現狀分析

隨著傳感器、微型處理器等技術的發展，新一代的機器人成了家喻戶曉的智能玩具，其中索尼公司1999年推出的AIBO電子狗玩具讓智能玩具機器人行業進入了一個的新篇章。在國外，一些公司對智能玩具機器人的研發起步較早，如美國的美泰和孩之寶公司、丹麥的樂高公司，并且他們對國內智能玩具機器人行業的發展也起到了一定的引領和帶動作用。當前國內市場主要是以智能陪伴型機器人和早教學習機器人為主，編程機器人也是在近幾年才出現在大眾視野。在互聯網技術突飛猛進的時代，我們不可否認智能玩具機器人對兒童情感建立、知識學習、健康成長的頗多益處，但伴隨智能玩具機器人的普及，市場上越來越多的玩具機器人在設計構思、功能等方面大同小異，缺乏思考，無實質性的創新。因此，智能玩具機器人還需進行更進一步的研發設計，任重而道遠。

二、STEAN教育的內涵及發展現狀

（一）STEAM教育的內涵

STEAM教育是集五大學科——科學（Science），技術（Technology），工程（Engineering），藝術（Art），數學（Mathematics）于一體的綜合性教學，是一種以現實世界存在的問題或困難為導向，以機器人、編程、3D打印為主要載體的教育。在STEAM教育的整個學習過程中，提倡相互協作、在做中學的教育理念，鼓勵學生切實的投入到STEAM學習中去。

（二）STEAM教育在國內的發展趨勢

近幾年，國內關于STEAM教育的研究逐漸增多。大部分研究以美國的STEAM教育經驗為基礎，探索STEAM 教育的背景特點、目標取向以及實施現狀。STEAM教育的興起，不僅對教育行業起到了一定的引領和帶動作用，而且在玩具行業也是一大亮點，應用范圍越來越廣。整體而言，國內目前還處于初步研究的階段，在今后的發展中應著重探究STEAM教育的設計應用和本土化，探索適合中國發展的STEAM教育之路。

三、兒童STEAM教育與智能玩具機器人的關系

（一）科學與智能玩具機器人的關系

科學是對自然界中客觀規律和基本理論知識的認知和學習，幫助兒童解決“是什么”和“為什么”的問題。在項目實施的具體過程中，兒童會遇到重重阻礙，不斷地發現并解決問題，這是兒童學習基礎理論知識的過程。以火火兔可編程機器人為例，當兒童以不同檔的速度和時間對機器人進行設置時，他們會發現不同的設置致使機器人行走的距離不一樣。因此，兒童從中便可以學習到距離的計算公式，并且通過進一步的分析總結，得出速度和時間的改變都會影響行走的距離這一結論。在這個過程中，智能玩具機器人就如連接兒童與科學知識的一根紐帶，寓教于樂，讓兒童在做中學、在快樂中成長。

（二）技術與智能玩具機器人的關系

技術是在解決“是什么”和“為什么”的問題之后，對基本的技術條件和方法的進一步了解。兒童想要完成一個項目，靠僅有的科學理論知識是不夠的，還需要認識操作工具、掌握一定的工藝操作方法。比如，當兒童在組裝一個機器人時，他們除了要掌握基本理論知識的之外，還要認識扳手、鉗子、起子等各類工具。至于如何讓機器人動起來、發出聲音等，就需要兒童掌握一定的技術條件。只有先進的技術支持，兒童頭腦中的想法才得以實現，而這些技術則可以是兒童通過操作智能玩具機器人而獲得的。

（三）工程與智能玩具機器人的關系

工程是在尊重自然規律的基礎上改造世界，以具體的項目或現實世界存在的困難問題為導向，實現對自然界的控制和利用，培養兒童創新意識和動手操作能力，解決“怎么做”的問題。比如，兒童在制作簡單的四輪機器人時，首先要掌握電能轉化和齒輪轉動的基本知識和一些常見的技術方法，然后通過不斷地嘗試和實踐操作來完成四輪機器人。由此可見，工程的實施離不開科學和技術，也離不開團隊協作，涉及到方方面面的知識。

（四）藝術與智能玩具機器人的關系

藝術思考的是“怎樣才能更好”，指美術、音樂等學科，還包括社會、歷史、語言等人文學科。兒童要善于運用自身的藝術素養，使整個項目的布局安排更加合理、更具設計性。比如，兒童在拼裝智能積木編程機器人時，可以自己設計編程機器人的外觀形狀和局部布局，使機器人的設計符合兒童的發展需要，做到在外貌上美觀、在使用上簡便。因此，藝術從一方面來講就是智能玩具機器人的外在表現形式。

（五）數學與智能玩具機器人的關系

數學是一種思維方法，是學習科學、技術、工程和藝術的基礎。數學學的不只是公式、計算，更重要的是一種思維邏輯的培養。當兒童要實現機器人的某種行為時，就要編寫程序。編寫程序的過程需要一定的數學思維，也就是計算過程和處理信息數據的過程。這期間需要不斷地處理數據、更改順序，一點點的小插曲出現，就可能導致命令無法執行。因此，數學在項目的實施過程中扮演重要角色，是培養創新思維的有效途徑，對智能玩具機器人起到添磚加瓦的作用。

四、結語

STEAM教育提倡在做中學和學中做的教育模式，注重項目開展的整個過程，讓兒童在玩的過程中體驗到學習的趣味，進而培養兒童的觀察力、動手能力和創造能力。同時，智能玩具機器人是STEAM教育的一大產物，也是未來發展的一大趨勢。在人工智能成為大趨勢的今天，STEAM教育與智能玩具機器人的結合將會有很大的發展空間。

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