融合STEAM教育理念的交互型機器人教學模式探究

摘要：本文參考趣味交互型教學模式的項目式教學流程，另將STEAM教育的理念融入其中，以助學生更好地建構知識，并將項目題材由單純的聯機交互機器人擴大到人機交互機器人，得到融合STEAM教育理念的交互型機器人教學模式。

關鍵詞：STEAM;交互型機器人;教學模式

1.引言

當今世界科技發展日新月異，有高度細化和融合的發展趨勢。很多重大問題需要靈活運用各學科知識才能得以解決。因此，跨學科課程資源的建設是學校學科建設的重要一環。雖然各大機器人賽事正如火如荼展開，但普遍以實驗模擬型教學為主。這種以教師為主體、以模擬和再現現成機器人為教學目標的講授教學法，即便在鞏固學習者掌握機器人基本知識方面有一定優勢，卻不利于學生融會貫通各學科知識、培養學習機器人的興趣。

融合STEAM教育理念的交互型教學模式強調學生的直接經驗和親身經歷，鼓勵學生積極參與到機器人教學過程中，結合各學科背景知識、綜合性地設計交互型機器人，與機器人交流互動，激發其自主性，開拓解決問題的眼界和思路。

2.理論基礎

無處不在的機器人在為我們提供優質服務的同時，也要求人類進一步提高駕馭機器人的能力。在《關于“十三五”期間全面深入推進教育信息化工作的指導意見》中，教育部提出“機器人技術對教育的影響日益明顯，學校要探索跨學科融合的 STEAM 教育、創新思維訓練的創客教育等新的教育模式，使學生具有較強的創新能力和信息素養”[1]。這種融合STEAM教育理念的機器人課程是通過項目式學習方式，讓學生懂得在信息爆炸的時代綜合運用所需、所學、所搜集的科學、技術、工程、藝術以及數學等學科知識，借助開源硬件、軟件以及各種材料解決智能化時代的新問題。

趣味交互型教學模式是鐘柏昌教授[2]針對我國中小學機器人教育中因過多采用講授演示法和任務驅動法教學而導致的一系列問題，結合項目式教學法而提出的三種新型教學模式之一。這種趣味交互型教學模式是圍繞機器人聯機交互系統的設計與實現展開，并以開發有趣、好玩的機器人聯機交互系統為主要任務的教學模式[3]。

3.融合STEAM教育理念的交互型機器人教學模式

融合STEAM教育理念的交互型機器人教學模型，其教學過程分為需求分析、方案設計、項目準備、方案實施、測試與調試以及分享與評價六個階段，如圖1所示。

①需求分析階段：學生在任課教師引導下，開展對某一現實問題的討論，明確項目主題，并進一步分析機器人所需要實現的主要功能有哪些。學生在教師的引領下，一起探究“現實中遇到的問題是什么？”“為什么會出現這一問題？”等問題。

②方案設計階段：根據需求分析出的機器人需要實現的功能，確定交互方式和子系統功能，進而確定實現機器人輸入、輸出信號類型和內容，最后，再確定需要的傳感器類型和輸出設備類型。在此階段，師生共同探究“怎么才能實現所需功能？”等問題。

③項目準備階段：依據第二階段方案設計的子系統功能，學生在教師帶領下針對性地從科學、技術、工程、藝術、數學五個方面搜集、整理、鞏固背景知識，為第四階段方案的實施做好知識儲備工作，實現STEAM教育理念的融合;依照方案設計階段所確定的傳感器和輸出設備類型，準備好相應的材料和設備。這一階段，尤其是知識準備方面，相比其他階段，教師需要起到更多的幫助作用，幫助學生將舊的學科知識內容與新遇到的問題和需求聯系起來，并由STEAM背景知識構筑新的、綜合性的機器人知識。

④方案實施階段：按照之前所設計的項目方案，在為項目做好充分的知識儲備和材料準備后，學生自主完成程序的編寫和硬件的搭建;教師從旁監督，并適時地給予指導。

⑤測試、調試階段：在完成項目作品的雛形后，學生應反復多次地對其功能進行測試，若效果不如預期，可與教師及同學從硬件、軟件兩方面探討和分析問題所在，在排除實施過程的失誤因素后，針對性地調整設計方案，并觀察效果。

⑥分享、評價階段：學生在成功實現機器人的預期功能后，經過完善，將自己項目作品通過多種方式與他人分享、討論、共同進步，并通過教師評價和學生互評等方式得到作品在實用性、創新性、趣味性、交互型、完整性等五方面的評價結果。

4.結語

通過融合STEAM教育理念，將科學、技術、工程、藝術以及數學等背景學科知識有機地融合到交互型機器人教學模式中，進而加強學生在面對實際問題時靈活運用各科知識的能力，使機器人成為學生認識和改造世界的一個平臺。

參考文獻：

[1]?關于“十三五”期間全面深入推進教育信息化工作的指導意見[J]. 山西電教，2015（3）：5-9.

[2]?鐘柏昌. 中小學機器人教育的核心理論研究——機器人教學模式的新分類[J]. 電化教育研究，2016（12）：89-94.

[3]?鐘柏昌，韓蕾. 中小學機器人教育的核心理論研究——論趣味交互型教學模式[J]. 電化教育研究，2018，v.39;No.305（09）：90-97.

作者簡介：夏揚（1990—），男（漢族），重慶人，碩士研究生，助教，研究方向為計算機教育。

（作者單位：重慶工業職業技術學院）