在中小學(xué)開(kāi)展機(jī)器人教育的課程設(shè)計(jì)研究

趙顯敏 劉海川

摘? 要 創(chuàng)客教育、STEAM教育的發(fā)展，使得機(jī)器人教育得到廣泛關(guān)注，許多中小學(xué)相繼開(kāi)展機(jī)器人教育課程。但已有的機(jī)器人教育研究視野不夠?qū)拸V，在課程設(shè)計(jì)上還缺乏建樹(shù)。通過(guò)課程分析，依據(jù)課程理論，針對(duì)課程設(shè)計(jì)的課程目標(biāo)、課程內(nèi)容、學(xué)習(xí)活動(dòng)、課程評(píng)價(jià)四個(gè)要素進(jìn)行探索設(shè)計(jì)，以期對(duì)中小學(xué)機(jī)器人教育教學(xué)實(shí)踐提供參考。

關(guān)鍵詞 中小學(xué);機(jī)器人教育;課程設(shè)計(jì);創(chuàng)客教育;STEAM

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.67? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2019）03-0086-03

1 引言

隨著教育信息化的發(fā)展，結(jié)合創(chuàng)客教育和STEAM教育特點(diǎn)的機(jī)器人教育作為一種新型教學(xué)活動(dòng)，引起教育研究者和學(xué)校的關(guān)注。2003年，教育部頒布的《普通高中技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》，首次將“簡(jiǎn)易機(jī)器人制作”模塊納入中小學(xué)選修科目中[1]。這意味著機(jī)器人教育邁入一個(gè)普及化新時(shí)期。

然而，我國(guó)機(jī)器人教育正處于起步階段，許多教育工作者正摸著石頭過(guò)河[2]。據(jù)調(diào)查顯示，雖然學(xué)術(shù)界不斷提升機(jī)器人教育領(lǐng)域的研究，但在實(shí)際的開(kāi)展過(guò)程中仍有許多問(wèn)題存在，如因受眾、地域性差異，學(xué)校重視程度不同等，使得機(jī)器人課程建設(shè)尚未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)體系;課堂流于形式，大多為競(jìng)賽服務(wù)，阻礙了中小學(xué)機(jī)器人教育的發(fā)展進(jìn)程。因此，深入開(kāi)展中小學(xué)機(jī)器人課程設(shè)計(jì)研究，從課程目標(biāo)、課程內(nèi)容、學(xué)習(xí)活動(dòng)和課程評(píng)價(jià)四個(gè)方面探索課程教育新思路，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 機(jī)器人教育的現(xiàn)狀以及特征

在國(guó)外，機(jī)器人已經(jīng)走入各級(jí)各類(lèi)學(xué)校，其資源豐富，許多一線(xiàn)教育者引導(dǎo)學(xué)生與多學(xué)科進(jìn)行整合學(xué)習(xí)。國(guó)內(nèi)機(jī)器人教育發(fā)展數(shù)十年時(shí)間，取得一定成果，但當(dāng)前開(kāi)展的機(jī)器人教育課程設(shè)計(jì)者多數(shù)為信息技術(shù)教師，他們習(xí)慣模仿信息技術(shù)課程開(kāi)展，重基礎(chǔ)知識(shí)講授，輕技術(shù)整合，影響了學(xué)生動(dòng)手能力與創(chuàng)造力的培養(yǎng)。因此，為全面促進(jìn)學(xué)生發(fā)展，應(yīng)充分考慮機(jī)器人課程該如何設(shè)計(jì)。

機(jī)器人課程具有的獨(dú)特教學(xué)理念和方式將成為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新和實(shí)踐能力的重要手段，作為素質(zhì)教育的載體，機(jī)器人課程具有何種特征，課程設(shè)計(jì)應(yīng)注意哪些方面，已成為學(xué)校關(guān)注的重點(diǎn)。通過(guò)對(duì)目前機(jī)器人課程的分析，發(fā)行其具有以下特征。

系統(tǒng)性? 機(jī)器人課程中每一節(jié)課都是一個(gè)小系統(tǒng)，它從屬于單元教學(xué)系統(tǒng)，小系統(tǒng)的目標(biāo)為大系統(tǒng)服務(wù)，又需要具有自身的獨(dú)特個(gè)性及運(yùn)作體系，整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)一環(huán)扣一環(huán)，促進(jìn)學(xué)生從思維、創(chuàng)新、技能三個(gè)方面發(fā)展。

創(chuàng)新性? 在課程中，機(jī)器人、積木等設(shè)備不能簡(jiǎn)單機(jī)械地應(yīng)用于教學(xué)。課程內(nèi)容、教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)模式、評(píng)價(jià)方式等應(yīng)根據(jù)課程目標(biāo)進(jìn)行創(chuàng)新，使得課程具有自己的特色。同時(shí)，在教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生不再局限于固定的教學(xué)模式下，可以自由發(fā)揮創(chuàng)新能力。

靈活性? 機(jī)器人課程的開(kāi)設(shè)本身就具有靈活性，既可以作為系統(tǒng)課程，也可以是課外活動(dòng)。在教學(xué)活動(dòng)中，機(jī)器人教育模式不同于傳統(tǒng)教學(xué)，不用按部就班一一進(jìn)行，而應(yīng)依據(jù)教學(xué)情境、學(xué)生情況，靈活開(kāi)展教學(xué)。

開(kāi)放性? 機(jī)器人教育課程應(yīng)具備開(kāi)放性，不僅限于課堂常規(guī)學(xué)習(xí)，也可作為家庭的益智活動(dòng)，利用社會(huì)眾多資源，連通課上、課下、校內(nèi)、校外，以及引進(jìn)虛擬機(jī)器人教育平臺(tái)，鼓勵(lì)學(xué)生家長(zhǎng)共同參與。

3 機(jī)器人教育課程設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)一詞具有多義，既可以指為學(xué)習(xí)某一課程內(nèi)容而進(jìn)行的設(shè)計(jì)，也可以指對(duì)某一課程進(jìn)行教學(xué)策劃的系統(tǒng)化活動(dòng)。泰勒的《課程與教學(xué)基本原理》一書(shū)圍繞課程目標(biāo)、課程內(nèi)容、經(jīng)驗(yàn)組織、課程評(píng)價(jià)四個(gè)方面展開(kāi)，奠定了現(xiàn)代課程理論框架[3]。基于此，本研究構(gòu)建了圖1所示課程設(shè)計(jì)模型。

課程目標(biāo)? 課程目標(biāo)既是教學(xué)行為的目標(biāo)和方向，也是教學(xué)活動(dòng)的起點(diǎn)和落腳點(diǎn)，它規(guī)定著學(xué)生通過(guò)一段時(shí)間的學(xué)習(xí)所到達(dá)的期望程度[4]。課程目標(biāo)一般來(lái)源于對(duì)學(xué)習(xí)對(duì)象、學(xué)習(xí)環(huán)境等的分析。下面通過(guò)對(duì)學(xué)習(xí)對(duì)象分析以及學(xué)習(xí)環(huán)境分析來(lái)確定課程目標(biāo)。

1）學(xué)習(xí)對(duì)象分析。中小學(xué)生是機(jī)器人教育的主要群體。據(jù)調(diào)查，他們中的大多數(shù)對(duì)機(jī)器人教育課程有著濃厚興趣，但機(jī)器人教育中涉及的編程和程序操作等，對(duì)中小學(xué)生的抽象思維要求較高，在教師講解過(guò)程中容易使學(xué)生注意力不集中，興趣低下。同時(shí)，中小學(xué)生對(duì)于機(jī)器人這門(mén)新興科目普遍存在基礎(chǔ)知識(shí)不足，創(chuàng)新意識(shí)薄弱，實(shí)踐能力還需引導(dǎo)，團(tuán)隊(duì)協(xié)助意識(shí)不強(qiáng)等問(wèn)題[5]。因此，機(jī)器人課程應(yīng)初步確立以下課堂教學(xué)目標(biāo)：

①知識(shí)目標(biāo)：掌握機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)，認(rèn)識(shí)零件以及了解如何拼接。

②技能目標(biāo)：搭建簡(jiǎn)易機(jī)器人，進(jìn)行編程，操作運(yùn)行，積極參與探討，制訂計(jì)劃，與同學(xué)進(jìn)行分工合作并分享交流。

③情感態(tài)度目標(biāo)：敢于嘗試，具有團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)與能

力，能面對(duì)困難，解決問(wèn)題。

2）學(xué)習(xí)環(huán)境分析。機(jī)器人教育受到越來(lái)越多的人關(guān)注，許多學(xué)者對(duì)它寄予厚望，但在實(shí)際的課堂開(kāi)展中并不順利。目前，機(jī)器人教育的課程資源、師資配備、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地大多不完善，學(xué)校重視程度不夠，已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足社會(huì)需要。因此，為轉(zhuǎn)變學(xué)校觀(guān)念，加快課程體系建設(shè)，為學(xué)生創(chuàng)造更好的學(xué)習(xí)環(huán)境，開(kāi)展機(jī)器人課程還需做好以下工作：

①豐富課程資源配置，轉(zhuǎn)變功利觀(guān)念，構(gòu)建適合機(jī)器人教育的課程體系;

②加強(qiáng)專(zhuān)業(yè)教師的培訓(xùn)工作，引入機(jī)器人產(chǎn)品、虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)等拓寬課堂內(nèi)外聯(lián)系;

③建立學(xué)習(xí)空間、實(shí)驗(yàn)基地等，擴(kuò)大家庭以及社會(huì)參與程度。

通過(guò)對(duì)學(xué)習(xí)對(duì)象分析以及學(xué)習(xí)環(huán)境分析，中小學(xué)機(jī)器人教育課程總目標(biāo)是：培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生全面且具有特性地發(fā)展。具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1）知識(shí)與技能：樹(shù)立遠(yuǎn)大理想，熱愛(ài)科學(xué)，自覺(jué)關(guān)注科學(xué)發(fā)展;理解機(jī)器人概念，關(guān)注機(jī)器人未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)以及對(duì)社會(huì)影響。

2）過(guò)程與方法：掌握機(jī)器人硬件軟件，能熟練進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，搭建符合需要的智能機(jī)器人;在機(jī)器人課程的學(xué)習(xí)中，能不斷融合其他學(xué)科知識(shí)，提升自我創(chuàng)新意識(shí)與能力。

3）情感態(tài)度：培養(yǎng)分析、歸納能力，能與同學(xué)進(jìn)行協(xié)作，對(duì)自己與他人作品結(jié)果進(jìn)行反思;具有豐富的想象力、積極樂(lè)觀(guān)的態(tài)度，勇于嘗試，保持對(duì)世界的求知欲。

課程內(nèi)容? 機(jī)器人教育的課程內(nèi)容是課程設(shè)計(jì)的核心要素，課程內(nèi)容的選擇應(yīng)符合讓課程實(shí)施者更好地開(kāi)展教學(xué)內(nèi)容的目的。選擇課程內(nèi)容時(shí)要注意與課程目標(biāo)方向一致，符合中小學(xué)生的實(shí)際需求，同時(shí)具有相應(yīng)的挑戰(zhàn)性。

根據(jù)學(xué)生年齡段不同，可劃分為初中高三個(gè)等級(jí)，其中初級(jí)課程進(jìn)行基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)，中級(jí)加入適當(dāng)編程，高級(jí)進(jìn)行綜合應(yīng)用。從目前開(kāi)展的課程來(lái)看，課程內(nèi)容主要包含以下幾個(gè)方面。

1）基礎(chǔ)知識(shí)：認(rèn)識(shí)機(jī)器人，包含機(jī)器人概念、原理、發(fā)展歷史、應(yīng)用領(lǐng)域等內(nèi)容。

2）機(jī)器人硬件：熟悉機(jī)器人的元器件、硬件結(jié)構(gòu)，控制驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，掌握基本的硬件組裝技巧以及操作、維護(hù)方法。

3）機(jī)器人編程：認(rèn)識(shí)編程，熟悉編程環(huán)境，掌握編程方法、原理，進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)程序指揮機(jī)器人工作。

4）應(yīng)用：該模塊是綜合應(yīng)用，通過(guò)前面的學(xué)習(xí)，能在競(jìng)賽或項(xiàng)目制作中自由運(yùn)用所學(xué)知識(shí)組裝、搭建完成項(xiàng)目。

機(jī)器人課程內(nèi)容是多學(xué)科的結(jié)合，在突出自身特色時(shí)又與各學(xué)科相聯(lián)系[6]。課程內(nèi)容應(yīng)具有意義，吸引學(xué)生參與探索，并且要具有一定的復(fù)雜性和相關(guān)性，可與信息技術(shù)、數(shù)學(xué)、物理等學(xué)科進(jìn)行整合，喚起學(xué)生已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，綜合應(yīng)用各學(xué)科知識(shí)，以“做中學(xué)”的方式促進(jìn)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新實(shí)踐能力發(fā)展。

學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)? 學(xué)習(xí)活動(dòng)是指學(xué)生群體與教師或?qū)W習(xí)伙伴為完成特定目標(biāo)而進(jìn)行的操作總和。學(xué)習(xí)活動(dòng)過(guò)程包含教師活動(dòng)與學(xué)生活動(dòng)，應(yīng)構(gòu)建“做中學(xué)”并延伸到“學(xué)中創(chuàng)”的學(xué)習(xí)模式，學(xué)生通過(guò)模仿教師進(jìn)行學(xué)習(xí)，最終實(shí)現(xiàn)自我創(chuàng)新。

1）知識(shí)學(xué)習(xí)。通過(guò)情境創(chuàng)設(shè)，教師引導(dǎo)學(xué)生積極參與并通過(guò)課件演示和講解等方式輸入基礎(chǔ)知識(shí);學(xué)生通過(guò)基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，了解機(jī)器人的概念等常識(shí)性知識(shí)，思考提問(wèn)并積極參與討論，形成一定知識(shí)儲(chǔ)備，保證下一步的學(xué)習(xí)創(chuàng)作。

2）模仿創(chuàng)造。教師講解實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，通過(guò)操作或功能展示，讓學(xué)生了解項(xiàng)目特點(diǎn)、重難點(diǎn)以及注意事項(xiàng);學(xué)生通過(guò)理解以及觀(guān)察教師操作，明確自己的任務(wù)，在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行操作模擬，也可以分組與同學(xué)進(jìn)行自主探究，激發(fā)自我創(chuàng)造潛能與團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)。

3）任務(wù)驅(qū)動(dòng)。教師發(fā)布任務(wù)，創(chuàng)設(shè)相應(yīng)情境，設(shè)定比賽規(guī)則;學(xué)生分組競(jìng)賽，通過(guò)頭腦風(fēng)暴進(jìn)行討論，設(shè)計(jì)方案，明確分工，整個(gè)過(guò)程自己動(dòng)手實(shí)踐，利用多媒體手段解決問(wèn)題;教師最后進(jìn)行統(tǒng)一點(diǎn)評(píng)。

4）分享交流。教師組織分享活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生積極參與，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的指導(dǎo)答疑;學(xué)生可采用PPT等形式進(jìn)行成果展示，分享自己在制作過(guò)程中遇到的問(wèn)題和收獲，以達(dá)到認(rèn)知、行為、情感的發(fā)展。

課程評(píng)價(jià)? 課程評(píng)價(jià)是檢驗(yàn)課程設(shè)計(jì)效果的有效方式，并依此進(jìn)行課程改進(jìn)。隨著機(jī)器人競(jìng)賽的蓬勃發(fā)展，學(xué)校開(kāi)展的機(jī)器人課程更多服務(wù)于競(jìng)賽，以競(jìng)賽成績(jī)?yōu)橐罁?jù)，忽視了機(jī)器人教育的隱性效果，即培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)作能力與動(dòng)手能力。因此有必要建立評(píng)價(jià)內(nèi)容、評(píng)價(jià)方式多元化的評(píng)價(jià)模式，轉(zhuǎn)變學(xué)校以及社會(huì)的功利性觀(guān)念，有效地改進(jìn)教學(xué)，推進(jìn)基礎(chǔ)課程的順利實(shí)施。

1）內(nèi)容的多元化評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)內(nèi)容應(yīng)與課程目標(biāo)一致，除掌握學(xué)科知識(shí)外，還應(yīng)依據(jù)課程目標(biāo)從學(xué)生的創(chuàng)新能力、編程能力、綜合應(yīng)用能力、觀(guān)察能力、學(xué)習(xí)的態(tài)度與方法等多方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2）形成性評(píng)價(jià)。學(xué)生的學(xué)習(xí)效果通過(guò)形成性評(píng)價(jià)進(jìn)行判別。教師可以通過(guò)記錄活動(dòng)日志以及評(píng)價(jià)量表觀(guān)察學(xué)生各階段的學(xué)習(xí)情況、作業(yè)情況，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)學(xué)習(xí)過(guò)程中存在的問(wèn)題，并獲取教學(xué)反饋信息，及時(shí)進(jìn)行教學(xué)反思和調(diào)整，以更好地促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)。同時(shí)，學(xué)生之間、小組內(nèi)部可進(jìn)行互評(píng)，使學(xué)生站在不同角度給出更多建議。

3）總結(jié)性評(píng)價(jià)?？偨Y(jié)性評(píng)價(jià)一般是在課堂教學(xué)完成時(shí)，為教學(xué)活動(dòng)的最終效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。教師通常通過(guò)期末考試、結(jié)業(yè)考試等方式進(jìn)行判定，從多維度評(píng)價(jià)學(xué)生是否掌握所學(xué)知識(shí)，創(chuàng)新實(shí)踐能力是否有所提高。

4 結(jié)語(yǔ)

機(jī)器人教育是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的有效活動(dòng)，通過(guò)機(jī)器人課程，學(xué)生獲得一個(gè)創(chuàng)作空間，沒(méi)有傳統(tǒng)課堂的更多束縛，自由發(fā)揮想象，促進(jìn)自我發(fā)展。隨著機(jī)器人教育在中小學(xué)課堂的普及和深入，許多問(wèn)題也將逐漸顯露，如技術(shù)不斷更新、學(xué)生的差異性、機(jī)器人教育的特殊性等使得機(jī)器人課程設(shè)計(jì)對(duì)教育工作者來(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。本文對(duì)機(jī)器人教育的課程設(shè)計(jì)進(jìn)行了一定的理論和實(shí)踐探究，深度和廣度存在不足，在今后的實(shí)踐過(guò)程中需要不斷地調(diào)整和更新。同時(shí)希望更多的一線(xiàn)教育工作者提出寶貴的意見(jiàn)，為我國(guó)的機(jī)器人教育貢獻(xiàn)一份力量。■

參考文獻(xiàn)

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