創客教育理念下機器人教學活動設計研究

許智千

（牡丹江市第十五中學，黑龍江 牡丹江 157000）

0 引言

隨著創客空間的普及，創客思想與教育的融合吸引了越來越多的教育者的思考。創客最早是由美國提出來的， 美國最先通過推進創建創客空間和各類項目的實施，培養孩子掌握計算機編程的基礎，同時提高孩子們的創新意識與實踐能力。將創客教育理念融入中小學機器人教學，打破傳統的教學模式，可以了解我國青少年機器人教育的現狀和存在的問題，從培養機器人教育創新型人才出發，建立適當的教學方法與模式[1]，發揮教學優勢，讓教學模式與創客教育理念相融合。 本文闡述了創客教育的概念，分析了研究現狀，并對基于理念下機器人教學活動進行設計。

1 創客教育理念的解讀

“創客教育”的理念從定義上劃分大體可分為5 種類型：教育模式理論、教育過程理論、教育取向理論、教育形式理論以及教育課程理論[1]。

“創客教育” 是將創客文化與教育文化相結合的基礎教育，以學生的興趣為基礎，以學習、創新、共享的方式操作數字化工具，培養學生解決問題的能力、團隊合作能力以及創新能力并使其提高。 它融合了體驗教育、項目學習的理念以及創新教育，滿足學生的需求并能激發學生的自主學習能力。 從廣義上來講，創客教育理念強調倡導以創新精神為指導的教學模式。 從狹義上講是以培養青少年的創客精神為方向的教學形式。

2 創客教育理念下教學現狀

2014 年以來，關于創客教育在我國高校、中小學發展的新聞報道越來越多，標志著創客教育在我國悄然興起并取得長足發展。

從2014 年以來， 我國已經成功舉辦了很多創客教育活動與論壇，同時也啟動了一些項目。 例如，全國中小學生創客教育活動在廣泛普及，各所學校、教育機構都開展了創客教育實踐活動，并普及創客教育的相關知識，為推動我國的創客教育發展起著至關重要的作用。 而機器人對于教學應用而言可以劃分為5 種類型：第一種是把機器人教學看成一門學科，通過開展課堂內外創客教育活動，讓學生掌握機器人的基本知識與技能。 第二種是機器人輔助教師教學，主要是以機器人為教學輔助性工具，幫助教師與學生完成學習任務。 第三種是機器人屬于輔助管理性工具，主要是在課堂、財務、教務、設備等教學管理活動匯總發協調與指揮的作用。 第四種是機器人代理人功能，有些機器人可以具有人的部分功能，能夠較好地代替教師處理一些課外事宜。 例如，幫助學生打飯、訂餐、借書等。 第五種則是機器人主持教學，在這一階段中，機器人不再是簡單的輔助性工具， 其已經成為教學的主體，是課堂教學組織、實施的主人[2]。

目前， 我國的創客教育市場正處于火爆階段，課程體系的內容也較為新穎， 涉及相關學科知識較多，但是由于大部分教師并沒有豐富的教學經驗以及良好的知識儲備，就導致他們在教學過程中經常會遇到一些困難并出錯。 另外，對于一些創客教育課程的難度也并沒有按照“先易后難”的教學規律進行教學，導致學生很難接受此種教學模式。 基于以上這些現狀，市場上也出現了以創客教育理念為指導的教育公司，如達柔科技，經過一年多的發展，創新整合STEM、創客教育、未來教育等國內外權威教育理念，全面提升學生終身學習能力，適應未來發展。 對于我國的機器人教學理念與教學模式還需要進一步的改革與完善，如在學習形式上要多樣化，重視在教學過程中學生之間的分享與交流， 教師不再是傳統的知識轉移中心。教師的任務是通過教學活動的設計來培養學生的興趣、習慣和能力，但不能干預學生的選擇和創造。

3 創客教育理念下教學活動設計

3.1 示范指導

首先教師要明確教學目標與學習任務： 即主要掌握機器人拼魔方的動作是如何用編程語句來實現的，使機器人能夠在編程指令下對魔方進行復原。 教師要讓學生了解魔方還原的原理以及公式， 熟悉之后對機器人拼魔方的具體過程進行了演示和講解。 演示結束后，學生可以自由分組討論機器人拼魔方的過程，并提出自己的想法。最后，教師記錄并幫助學生分析他們在整個合作探究中的想法及解決所存在的問題。

3.2 流程設計

設計是整個教學環節中的關鍵。 在這個環節的教學中， 教師要求每個小組分別設計機器人拼魔方的流程圖， 并解釋每個步驟的可行性以及分析具體的操作方式。 在小組設計的過程中，老師要觀察各個小組成員的學習狀態， 針對各小組存在的問題及時給予一定的指導。 小組成員通過討論探究找出問題的解決方法。 在這個探究過程中，教師要檢查學生考慮的問題是否全面，如有些問題沒有考慮周全，要盡可能多地找出問題出在哪。 同時，教師還要注意學生的情緒變化。 有些學生可能會因為有太多問題需要解決而失去信心，教師應給予合理的指導，給學生解決問題的信心。

3.3 實施運行

實施操作在整個教學過程中承擔著把理論轉為實踐的重要責任。而創客教育區別于其他教學模式的主要特征就是動手制作過程。 在這個階段中，學生將他們的靈感運用在操作實踐中，并通過自己的雙手體驗用機器人拼魔方的樂趣。 學生在實踐中雖然會遇到一些難題，但是通過自主探究或小組探究的方式能夠快速地將問題解決，這也促進了學生共享與合作能力的發展。

在各個小組的操作實踐過程中， 教師要經常巡視和觀察學生的操作方式， 記錄每個小組主要存在的問題，并在課堂中提示常見的問題。 例如，當學生在拼裝機器人的機械臂時沒有考慮到臂的長短導致機器人不能順暢的翻轉魔方。讓學生以小組的形式討論問題，討論結束后派出小組代表解釋造成這種現象的原因。 當問題解決后，再讓學生完成接下來的學習任務。

3.4 成果共享

在完成作品后，同學之間要進行交流溝通，展示小組的作品，分享作品的制作經驗與心得，包括在制作過程中遇到的難題與解決方法。 在這一過程中，可以邀請一些校外人士進行交流，如，可以邀請其他學校的教師與學生進行觀摩交流，也可以邀請學生家長參與進來，學校還可以組織學生定期去校外創客基地進行參觀與學習，讓學生感受創客的文化和魅力。 成果共享階段是學生最需要表現與展示自我的環節，教師要鼓勵學生積極的表達自己的想法，對于表現優秀的學生要給予肯定， 對于回答的并不完全正確的學生，也要給予表揚與補充，充分滿足學生的自我效能感，讓他們產生更加濃厚的學習興趣。

3.5 反思探索與評價

通過以上四個階段的教學實踐， 學生已經基本掌握了機器人的工作原理。在這個階段，教師要把剩余的課堂時間都交給學生，給他們有足夠的空間去思考、探索。 另外，教師還要創設新的問題情境，如機器人的光學感應器是如何識別魔方的色塊的？ 機器人是如何記憶魔方色塊的位置來進行還原的？ 并鼓勵學生通過小組合作探索的方式來探討機器人拼魔方的奧秘， 在整個教學過程中采用多種評價方法對學生的學習過程進行評價。評價方式包括增值評價、綜合評價、過程評價、自我評價、 同伴評價等， 教師要及時進行的反饋與評價，從而激發學生的學習動機，提升學習效果。

4 結語

本研究通過將創客教育的核心理念與機器人教學有機融合，分析了基于創客教育理念的教學現狀，探討了基于創客教育理念的機器人教學活動實踐， 并利用機器人拼魔方教學課程進行分層教學， 從而讓學生掌握機器人的工作原理，有效地實施綜合素質教育。采用創客教育理念教學，一方面可以打破傳統教學的模式，實現創客教學的新途徑； 另一方面可以讓學生在有限的時間內對知識掌握與理解加深， 增強學生的實踐能力，進而提高學生的創新意識與學習興趣。