基于STEAM教育理念的初中機器人課程教學模式與策略探究

摘" 要：機器人課程能夠提升學生的綜合素養和解決實際問題的能力，但當前初中機器人課程面臨技術導向與學科融合不足等問題。為了改進不足，提出基于STEAM教育理念的初中機器人課程教學模式與教學策略，推動初中機器人課程教學模式向更高質量、更全面的方向發展。

關鍵詞：STEAM教育理念；初中機器人課程；項目式教學模式；個性化學習模式；教學資源

文章編號：1671-489X（2025）05-0-05

DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2025.05.

0" 引言

隨著大數據和人工智能的蓬勃發展，社會對人才的知識素養與創新精神提出更高的要求[1]。STEAM教育理念作為一種新的教育理念被引入教學，受到國內外教育界的廣泛關注。它強調多門學科知識的融合，旨在通過跨學科學習，提升學生的綜合素養與解決實際問題的能力，促進學生全面發展，滿足新時代對人才培養的需求。基礎教育階段的初中生正處于思維快速發展的關鍵時期，此時引入STEAM教育顯得尤為重要。在眾多STEAM教育實踐活動中，機器人課程憑借其高度的學科綜合性和實踐操作性，成為培養學生STEAM素養的關鍵課程。本文旨在深入探討STEAM教育理念與初中機器人課程的融合，探索基于STEAM教育理念的初中機器人課程教學模式與策略。

1" STEAM教育理念概述

STEAM教育起源于美國并不斷發展壯大，最初構想為STEM教育，融合了科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）與數學（Mathematics）四大領域，旨在培養學生在這些核心學科中的綜合能力和解決實際問題的能力[2]。隨后，為了更全面地促進學生發展，藝術（Arts）元素被納入其中，形成現今的STEAM教育模式。這一轉變不僅體現了人文關懷，還進一步豐富了教育內容的維度。STEAM教育理念在于其跨學科性、跨領域性，打破了傳統分科教學的界限，將各個學科的知識與技能緊密聯系在一起，通過具體、真實且復雜的問題情境，引導學生綜合運用所學知識進行探索和解決[3]。對于初中生來說，在這個過程中，他們的創新思維得到極大的激發和鍛煉，能夠依托自身的生活實踐經驗，在家長和教師的引導下，不斷嘗試、創新，尋找問題的最優解。

與傳統的分科教學相比，STEAM教育理念的跨學科整合性可以有效避免知識割裂的現象，有助于學生建立起更加完整、系統的知識體系。同時，它也能夠促進學生學習方式的轉變，從被動接受轉向主動探索，從單一學科技能訓練轉向綜合素養的提升。在這個過程中，學生不僅可以掌握科學、技術、工程、數學和藝術等多方面的知識，還能夠培養批判性思維、創新思維、團隊協作能力等未來社會所需的關鍵能力。

2" 初中機器人課程教學的核心特征

初中機器人課程聚焦讓學生在教師精心指導下，通過親手組裝、構建和操控機器人，深入探索機器人的內在結構與工作原理。通過這一過程，教師不僅向學生傳授關于機器人構建的基礎知識與編程技巧，而且激發學生對科學技術的濃厚興趣，全方位地鍛煉他們的動手能力、邏輯思維和創新思維。初中機器人課程教學有以下幾個核心特征。

2.1" 學生主導的學習體驗

初中機器人課程強調教學活動要圍繞學生展開，教師不再是單純的知識傳授者，而是轉變為學生學習旅程中的引導者和促進者。他們精心構建引人入勝的學習情境，巧妙設計一系列問題與挑戰，以激發學生的好奇心和探索欲。同時，教師會在關鍵時刻提供恰到好處的指導，確保學生在自主探索的過程中不偏離方向。這種以學生為中心的教學模式賦予學生更多的主動權，使他們在積極參與中享受學習的樂趣，從而極大地提升學習的參與度和動力。

2.2" 跨學科知識的深度融合

初中機器人課程以其高度的綜合性著稱，打破了傳統學科之間的界限，實現數學、物理、機械工程、電子技術等多學科的有機融合。在學習過程中，教師需要引導學生運用這些學科的知識分析和解決實際問題，例如：利用數學原理進行機器人運動規劃，運用物理定律理解機器人行為背后的機制，以及通過機械工程和電子技術的結合來設計與制造機器人。這種跨學科的教學方式不僅可以拓寬學生的知識視野，還促使他們在實踐中鍛煉綜合應用能力和問題解決能力，為未來的學習和職業生涯奠定堅實的基礎。

2.3" 創新思維的激發與培養

初中機器人課程不僅注重技術和知識的傳授，更重要的是為學生提供一個廣闊的創新平臺。在機器人項目的設計、搭建和調試過程中，學生需要不斷思考如何優化機器人的性能、解決遇到的問題，并創造出獨特且實用的解決方案。這種持續的挑戰和創造過程能夠激發學生的創新思維和創造力，讓他們學會從不同角度審視問題，勇于嘗試新的想法和方法[5]。通過對機器人課程的學習，學生可以培養出“敢想、敢做、敢創新”的精神，為未來的發明創造打下堅實的基礎。

2.4" 團隊合作與溝通能力的提升

初中機器人課程的實施往往采用小組合作的形式，這為學生提供了寶貴的團隊合作和溝通機會。在小組中，學生需要共同討論設計方案、分配任務、協作完成任務，并在這個過程中不斷溝通和協調。這種團隊合作的經歷，不僅能夠培養學生的團隊意識和協作精神，還能夠提升他們的溝通能力和人際交往能力。學生需要學會傾聽他人的意見、表達自己的觀點、協商解決問題，這些能力對于他們未來的學習和職業生涯都至關重要。通過對機器人課程的學習，學生可以在實踐中學會如何與他人有效合作，共同達成目標。

3" 初中機器人課程教學現狀

近年來，隨著國家基礎教育課程改革的持續深化，機器人教育在初中階段也迎來普及與發展的契機。然而，初中機器人課程在實施過程中仍面臨諸多挑戰，從課堂教學層面來看，主要體現在以下幾個方面。

3.1" 技術導向與學科融合不足

當前初中機器人課程的教學普遍側重于機器人技術本身，如構建、編程、調試等技能的傳授，未能充分融合數學、物理、信息技術乃至藝術等多學科知識，導致教學內容相對孤立，難以全面培養學生的綜合素養。

3.2" 缺乏情境模擬與探究性學習

多數教師習慣采用先理論講解后實踐操作的教學模式，缺乏將機器人學習置于真實或模擬的情境中，以及較少引導學生進行自主探究。這種教學方式會限制學生對知識的深入理解和靈活應用，難以有效培養其解決問題的能力和創新思維。

3.3" 小組協作效率低

初中生雖較小學生更為成熟，但在小組協作中仍易出現溝通不暢、責任分散等問題，再加上對機器人技術掌握程度的差異，導致協作效率不高，影響整體學習效果。如何優化團隊協作機制，提高學習效率，成為亟待解決的問題。

3.4" 教學評價機制不健全

在初中機器人課程中，部分教師仍沿用傳統的評價方式，未能構建全面、科學的評價體系，或直接忽視評價環節，難以準確反映學生的學習成效和進步，也無法為教學改進提供有力依據。

3.5" 教學資源開發與應用受限

初中機器人課程教學在資源利用方面同樣面臨挑戰。許多學校依賴于購買器材時附帶的有限資源，缺乏自主開發和創新教學資源的能力，限制了課程內容的豐富性和多樣性。

綜上所述，當前我國初中機器人課程教學實踐尚存在諸多不足，不僅影響了學生的學習體驗和成效，也制約了機器人課程教學的長遠發展[6]。因此，教師需從設計教學模式與策略、資源整合與評價體系等多個方面入手，積極探索和實踐，推動初中機器人課程教學模式向更高質量、更全面的方向發展。

4" 基于STEAM教育理念的初中機器人課程教學模式

鑒于初中機器人課程開展現狀及其課堂教學面臨的挑戰與困境，本文結合STEAM教育理念提出關于初中機器人課程的兩種教學模式，以解決初中機器人課程教學中存在的問題，更好地幫助教師教學和學生學習。

4.1" 項目式教學模式

通常初中機器人課程的課堂上會包含多種復雜情境，而STEAM教育理念又強調在復雜情境中培養學生的設計能力與問題解決能力，將STEAM教育中的教學方法融入初中機器人課堂，能夠很好提升初中生設計和實際動手解決問題的能力[7]。其中，STEAM教育常采用基于項目的學習（Project-Based"Learning）和基于問題的學習（Problem-based Lear-ning）這兩種問題解決驅動的、行動導向的教學方法。如在教學過程中，教師首先提出一個工程問題，隨后讓學生以小組為單位展開討論與研究。在研究過程中，學生需要尋找合適的技術，分析數據，設計、測試和改進解決方案，與同伴交流研究成果，等等。

本文將STEAM教育的教學方法與機器人課程相互融合，設計關于初中機器人課程的項目式教學模式，如圖1所示。在初中機器人課堂教學中，首先，教師根據學生的需求和能力提出具體的項目或問題；其次，教師提供學習資源和工具幫助學生制定解決項目或問題的實施方案和計劃，并進行探索與實踐；再次，學生通過相互交流與分享進行合作學習，輸出項目結果或解決問題；最后，教師對輸出結果進行反饋評價，不斷對學生解決問題的過程進行反饋與指導，幫助他們識別問題、調整策略，確保學習目標達成。

4.2" 個性化學習模式

個性化學習模式在基于STEAM教育理念的初中機器人課程中扮演著重要角色，強調根據每個學生的興趣、能力、學習風格和目標定制學習內容與路徑，以促進每個學生的全面發展。個性化學習模式的核心在于因材施教，即針對不同學生的特點和需求，提供個性化的學習方案和支持。在機器人課程中，教師要關注每個學生的技能水平、興趣愛好和學習進度，以確保他們能夠在適合自己的節奏和難度下學習[8]，如圖2所示。

在個性化學習模式中，首先，教師對學生的學習情況進行評估，根據評估結果制定個性化學習計劃；其次，教師根據學習計劃分配學習資源，讓學生按照個性化學習計劃進行學習，在學習過程中與教師和同伴互動；最后，教師持續監測學生的學習進度，確保他們按計劃推進并達到預期學習目標，并根據監測結果再次制定個性化學習計劃，重新分配學習資源讓學生繼續學習，形成循環。同時，學生進行學習成果展示與評估，并根據評估結果判斷學習執行過程和計劃制定是否有誤，根據評估結果不斷進行反饋，形成一個持續的反饋和改進的循環，最終達成學習目標。

5" 基于STEAM教育理念的初中機器人課程教學策略探究

5.1" 強化跨學科融合，豐富教學內容

5.1.1" 設計跨學科整合的學習活動

在課程設計階段，教師需要深入研究各學科與機器人技術的內在聯系，設計一系列跨學科整合的學習活動。這不是在課程內容上的簡單疊加，而是要實現知識的深度融合與相互支撐。例如：在教授機器人傳感器時，教師可以結合物理中的光學、聲學原理，讓學生理解傳感器如何捕捉并轉換環境信息；在編程教學中，教師可以融入數學中的邏輯推理、算法設計等概念，引導學生在編寫程序時能夠靈活運用數學知識。

5.1.2" 設計跨學科的項目挑戰

為了激發學生的學習興趣和創造力，可以設計一系列跨學科的項目挑戰。這些項目應該圍繞真實世界的問題或需求展開，如設計環保監測機器人、智能農業助手等。在項目實施過程中，學生需要綜合運用STEAM教育各領域的知識和技能，通過團隊合作、調查研究、設計創新等方式，完成項目的規劃、設計、制作與測試。這樣的項目不僅能夠提升學生的綜合能力，還能培養他們的社會責任感和創新能力。

5.1.3" 組織跨學科工作坊和研討會

定期組織跨學科工作坊和研討會，邀請不同學科的教師、專家和行業人士共同參與，通過分享經驗、交流思想、探討問題，促進跨學科知識的融合與創新。工作坊可以圍繞特定主題展開，如“機器人與可持續發展”“人工智能與倫理道德”等，通過案例分析、小組討論、模擬演練等形式，深化學生對跨學科問題的理解和認識。

5.2" 構建情境化、探究性學習環境

5.2.1" 構建逼真的學習情境

利用虛擬現實（VR）、增強現實（AR）等現代虛擬技術，構建更加逼真的學習情境，通過模擬真實世界的環境和場景，使學生能夠在虛擬空間中進行實踐操作和解決問題。例如：在救援機器人項目中，利用虛擬現實技術模擬地震現場，讓學生在虛擬環境中進行搜救演練；在智能家居系統設計中，利用增強現實技術展示智能家居設備的布局和交互方式，幫助學生更好地理解系統設計原理。

5.2.2" 構建探究性學習情境

采用項目式教學方法，以真實世界的問題或需求為驅動，引導學生全過程參與問題識別、方案設計、材料準備、搭建制作、測試評估。在項目實施過程中，鼓勵學生自主探究、合作學習，通過提問、假設、實驗、驗證等科學方法培養他們的創新思維和批判性思維能力。同時，教師可以提供必要的指導和支持，幫助學生克服學習中的困難和挑戰。

5.2.3" 建立開放式機器人實驗室和創意工坊

建立開放式機器人實驗室和創意工坊，為學生提供自由探索和創新的空間。實驗室應配備豐富的器材和工具，滿足學生不同學習階段的需求。創意工坊則可以作為學生展示創意、交流思想的平臺。在實驗室和創意工坊中，學生可以自由組合、創新設計，通過動手實踐來驗證自己的想法和創意。

5.3" 優化小組協作機制，提升學習效率

5.3.1" 根據情況調整項目小組

根據項目難度和學生能力變化，適時調整小組成員和角色分配。通過角色輪換的方式，讓每個學生都有機會擔任不同的角色（如項目經理、技術專家、設計師等），從而培養他們的多方面能力和團隊協作精神。同時，教師應密切關注小組協作情況，及時發現并解決協作中的問題，確保小組活動的順利進行。

5.3.2" 開展協作技能培訓課程

開展專門的協作技能培訓課程，教授學生如何有效溝通、分配任務、解決沖突等。通過角色扮演、案例分析、團隊建設游戲等方式，讓學生在模擬情境中學習并實踐協作技能。此外，還可以組織團隊建設活動，如戶外拓展、團隊競賽等，增強小組成員之間的信任和默契度。

5.3.3" 建立小組激勵機制

建立小組激勵機制，對表現優秀的小組和個人給予表彰與獎勵。這不僅可以激發學生的積極性和創造力，還可以增強他們的榮譽感和歸屬感。同時，定期組織項目成果展示會，讓學生展示并介紹自己的作品和創作過程。通過展示和交流，學生可以相互學習、共同進步，也能吸引更多人的關注和支持，為機器人教育的發展營造良好的氛圍。

5.4" 完善教學評價體系，形成教學閉環

注重對學生學習過程的評價，包括參與度、協作能力、問題解決能力等方面的表現。通過觀察記錄、同伴評價、自我反思等方式收集過程性數據，為教學改進提供依據。同時，采用多元化評價方式，包括教師評價、同伴評價、自我評價等多種方式相結合，全面評估學生的學習成果和發展情況。

定期組織項目成果展示會，讓學生展示并介紹自己的作品和創作過程，同時邀請家長、其他教師和行業專家參與評價，提供多元視角的反饋和建議。通過展示和交流，學生可以相互學習、取長補短，還能發現自己的不足和需要改進的地方。教師應及時將評價結果反饋給學生和家長，幫助他們明確學習目標和方向，并根據評價結果調整教學內容和方法，形成持續改進的教學閉環。

5.5" 拓寬教學資源渠道，促進資源共享

建立區域或校際機器人教學資源共享平臺，上傳優質教學視頻、課件、案例等資源供師生使用。同時，鼓勵教師上傳自己的教學心得和成果，促進資源的交流和共享。通過共建共享平臺的建設和運營，匯聚更多的優質資源和服務，為機器人教育的發展提供有力支持。

積極尋求與科技企業、科研機構等單位的合作機會，引入先進的技術和設備支持教學。通過聯合研發、實習實訓等方式，為學生提供更廣闊的實踐平臺和更豐富的學習機會。同時，加強產學研結合，推動科技成果的轉化和應用，為機器人教育的發展注入新的活力和動力。

鼓勵社區和家長參與機器人教育，通過舉辦科普講座、親子活動等方式，提高公眾對機器人教育的認識和支持度。同時，利用家長的職業背景和特長資源，為教學提供多樣化的支持。例如：邀請家長中的工程師、程序員等專家來校講座或指導學生的實踐活動；組織學生到相關企業參觀學習，了解機器人技術的最新發展和應用前景。通過這些活動，可以豐富學生的實踐經驗，增強學生的職業素養，為他們的未來發展奠定堅實的基礎。

6" 結束語

本文基于STEAM教育理念，探討初中機器人課程的教學模式與策略，提出項目式教學和個性化學習兩種模式，并提出相應的教學策略，以應對當前初中機器人課程教學中存在的技術導向過強、學科融合不足等問題。然而，教學資源的開發與共享機制尚未完善，教學策略的實施也需要進一步驗證，未來應不斷改革教學模式，優化教學評價體系，促進教學資源開發和應用，以推動初中機器人課程不斷發展。

7" 參考文獻

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