基于Micro:bit開源硬件的創客課程設計研究

展鯤

關鍵詞：機器人；創客教育；課程設計

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）21-0159-03

1 相關概念界定

1.1 創客教育

就概念上來講，學術領域關于創客教育的界定有著不同的理解。如雜志Make，其創始人就以經驗學習對創客教育進行了定義，他認為這種教育的宗旨在于引導學生在學習過程中對創造力進行總結與發揮。

1.2 機器人教育

從概念上來講，通常可以將機器人教育劃分為兩類，就廣義上而言，張爽提出機器人教育是對機器人知識與技能的學習，并發揮機器人的輔助作用來掌握理論與實踐知識[1]。根據這一理念，在教學中可以根據機器人的功能將其劃分為幾種形式，如管理類、學科類、輔助類等。

2 理論基礎

2.1 建構主義學習理論

建構主義理論是由瑞士著名兒童心理學家皮亞杰提出的。建構主義認為，知識不是對已有現實的客觀反映，學生對知識的理解是以學習者自身的學習經驗為基礎，通過參與具體的學習活動從而實現的。同時，建構主義強調學習不是教師簡單地向學生傳授知識的過程，而是學生建立自己知識的過程，在這個過程中，教師作為協助者，為學生搭建支架，促進學生對知識的構建，保證學習的順利進行[2]。

2.2 TPACK教育理念

TPACK 是整合技術的學科教學知識的簡稱，是由美國學者 Kohler 和 Mishra 在 2005 年基于 PCK 的基礎上提出的。

2.3 態勢分析法

本文借助態勢分析法在課程設計前先對試點學校的各項影響因素進行分析整理，從而更加直觀地了解試點學校的實際情況，并在之后的課程開發中結合這些因素進行設計，確保設計出來的課程能更好地體現出學校的辦學理念和文化[3]。

3 機器人教育領域國內研究現狀

3.1 機器人教育領域國內發文量趨勢

2002 年—2006 年間，機器人教育的發展表現出一定的滯后性，在教育領域中應用新型技術與方法需要一定的時間積累與沉淀。自 2014 年起，關于機器人教育的整體趨勢有所上升，尤其是在被稱作“AI 元年”的 2017 年，其文獻發表數量猛增，這也非常符合時代發展的背景。

3.2 國內機器人教育關鍵詞可視化分析

在 CiteSpace 軟件中對摘要中的主要內容進行提取和分析，包括Term和Keyword，近 20 年來機器人教育研究中主要關注內容的可視化結果如圖2所示。

按照節點在所有文獻中出現的頻率高低排序，依次為機器人教育（407）、機器人（168）、中小學（79）、機器人教學（44）、人工智能（43）、教育機器人（40）、創客教育（39）等。

4 創客教育國內研究現狀

在全球范圍內，關于創客教育的看法不盡相同。國外學者對創客教育的理解更多的是在于學生利用工具進行創造的培養[4]。

4.1 創客教育國內發文量趨勢

2013年起，創客教育研究在國內開始真正興起，截至今日，在教育領域中關于創客教育的探討也在不斷發酵。在本文研究中，筆者統計了相關文獻及其類別，發現總計有超過3300 余篇主題關鍵詞為“創客教育”的文獻，這些文獻在期刊文獻中有 3000 余篇，其余則在報紙、碩博士論文以及國內外會議文獻中有所涉及。

4.2 創客教育關鍵詞可視化分析

在CiteSpace軟件中對摘要中的主要內容進行提取和分析，包括Term和Keyword，圖3是近十年來創客教育研究中主要關注內容的可視化結果。

5 傳統創客課程構建模式分析

學校在開發課程的過程中會受到諸多因素的影響，如學校資金、師資力量、教學環境、學生興趣等。為了更好地歸納出課程的開發模式，這里通過其影響因素將課程的開發模式歸類為如下三種：

5.1 以滿足學生需求為導向的課程開發模式

雖然這種模式理論上能促進學生的個性化發展，但在現實生活中較難實行，一方面，這種模式對學校的資金設備要求較高，另一方面，師資力量也是限制這種模式的一個關鍵因素。此外，不同年齡段的學生其知識和身心發展水平存在顯著差異，這就造成老師們設計的教學目標大相徑庭，針對低年級的學生主要培養他們的學習習慣和生活中興趣的全方位發展，而針對高年級的學生則要訓練他們的操作能力和初步的邏輯思維能力，不同的教學目標也讓課程內容的開發受到諸多的限制。

5.2 以條件為導向的課程開發模式

這種模式從實際情況出發，更為踏實可行，但也存在諸多弊端。一方面，這種模式忽視了學生們是否對該課程感興趣，所教內容學生能否掌握等問題，學生才是學習的主體，如果課程內容無法有效促進學生的全方面發展，這種課程自然是失敗的。另一方面，開發者為了適應學校情況，突出學校特色，極有可能造成課程內容單一、教學方法死板等問題，這些都是影響課堂效率的不利因素。

5.3 以教學目標為導向的課程開發模式

這種模式優點較為明顯，比如其避免了條件導向模式忽視學生學習興趣這一問題，同時由于教學目標的確立本身就需要以學校條件為基礎，也就解決了需求導向模式的弊病。但是這種模式也存在著一些問題，如在開發過程中容易因教學目標變化造成教師間的矛盾，若是課程內容難度設計不合理會打擊學生們的學習積極性，影響課堂學習氛圍。

6 機器人創客課程設計思路與模式的構建

6.1 機器人創客課程的設計思路應考慮多方面因素

課程的設計開發要結合多方面因素，要盡量做到周全。學生層面，課程內容的設計上要符合學生們的學習興趣，同時在教學時要著重培養他們的學習習慣、自主學習能力以及團隊合作能力等方面。教師層面，則要突出教師作為學習活動的組織者以及學生學習的引導者這一角色，確保課程的開發完成。因此，本文借助 SWOT 法對以上提及的滿足學生需求、學校條件以及教學目標這三個導向進行具體分析，得出影響課程開發的各項因素，形成基于Micro：bit 的機器人創客課程設計的思路，如圖4所示。

6.2 形成思路的基礎上構建開發模式

課程具有一定的特殊性，其開發以學校為主要陣地，教師在課程開發中發揮主體作用，主要目的在于實現對學生的全方位培養。課程對于現階段正在實行的教育內容和教育模式革新有著重大意義[5]。本文在目前存在的常用課程開發模式的基礎上，基于此前利用態勢分析法分析出的外部影響因素，形成了基于Micro：bit的機器人創客課程開發模式。

6.2.1 學習者特征分析

開發設計的課程的內容、教學策略設計以及采用的教學方法等都要符合教學對象的身心發展特點和智力發展水平，不得脫離學生實際發展水平實施教學，只有這樣才能確保教學效果的最大化。因此，在課程開發前需要對教學目標群體的心智發展水平、認知結構等進行調查分析，在此基礎上選擇教學內容并設計教學策略，從而確保課程的有效開展[6]。

6.2.2 設立教學目標

課程教學目標的設立是課程開發的重要環節，有了既定的目標，才能讓接下來采取何種教學手段和呈現的教學內容有一個基本的方向。教學目標應該從知識與技能、過程與方法、情感和態度這三個維度設立，同時要注意制定的教學目標不得脫離現實，目標的確定要結合試點學校的教學理念[7]。

6.2.3 設計課程內容

課程的內容設計方面主要包括教學內容的選擇以及選擇教學內容的表現方式。設計出未來的課程內容要符合授課對象所處年齡段的身心發展特點，確保課程效果的最大化，此外不能偏離國家針對該年齡段的學生制定的課程標準。

6.2.4 課程的具體實施

這是課程開發環節的重中之重，是發揮課程教學功能的核心環節，課程的具體實施也就是努力實現教學目標的過程，各年齡段的學生根據自己的實際需求和學習愛好挑選適合自己參與的課程，任課教師結合學校硬件設施、師資力量等因素開展教學。

6.2.5 課程評價

課程評價包括學生對自己參與課程學習效果的評價、學生對授課教師的評價、聽課教師對授課教師的評價、家長對授課教師的評價等。各方評價的結果應當相互流通，這樣有助于多方建議相互融合，促進課程的發展。具體的評價結果也將會作為校方評估該課程的教育教學質量的重要指標，同時為本校積累課程開發的經驗，為以后開設課程提供指導性意見，促進課程的不斷發展和完善。

7 結束語

伴隨著科技的日新月異，前沿技術正在逐漸與教育領域相融合，機器人教育作為近幾年教育界的新星，也將會在未來的時間里繼續蓬勃發展。目前，在各種新型技術的加持下，我國正在邁向教育信息化3.0 時代，國家對結合高新技術的教育將會越發重視，這自然也包括機器人教育在中小學教育中的推廣普及，讓所有義務教育階段的學生都能夠參與到機器人教育當中，感受先進技術帶來的學習體驗。可以預見，未來在機器人普遍走進中小學的過程中必然會存在著諸多的問題，這就向教育工作者們提出了更高的要求，在維持教學質量的基礎上不斷完善配套措施，讓機器人教育的校園前景呈現一個可持續發展的趨勢。