STEAM理念下中小學(xué)機(jī)器人教育的策略

戈文洋

摘要：隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，智能技術(shù)的推廣，智能機(jī)器人教育已走進(jìn)教育，走入課堂?；诖吮尘?，主要探究了STEAM教育理念下中小學(xué)機(jī)器人教育的策略，力爭(zhēng)做到創(chuàng)新、創(chuàng)造，最大程度的拓展學(xué)生思維，增強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

關(guān)鍵詞：STEAM;機(jī)器人教育;教學(xué)方式

1.研究背景

近十幾年，我國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛。基礎(chǔ)教育領(lǐng)域的機(jī)器人教育，是當(dāng)今中小學(xué)生為智能機(jī)器人時(shí)代的到來(lái)做準(zhǔn)備的，智能機(jī)器人時(shí)代是屬于他們的。2017年教育部印發(fā)了《中小學(xué)生綜合實(shí)踐活動(dòng)課程指導(dǎo)綱要》的通知，提出機(jī)器人教育將進(jìn)入中小學(xué)成為必修課程，由此可見我國(guó)對(duì)機(jī)器人教育的重視程度。

STEAM教育是美國(guó)格雷特·亞克門（Georgette Yakman）教授提出，2014年引入中國(guó)。STEAM教育的目的就是為了在教育改革中，打破學(xué)科邊界，培養(yǎng)學(xué)生的綜合科學(xué)素養(yǎng)。同時(shí)也要求任課教師注重跨學(xué)科融合，教學(xué)過(guò)程中注重本專業(yè)知識(shí)與多學(xué)科知識(shí)的相同、相通點(diǎn)，拓展自身的知識(shí)面。STEAM教育旨在培養(yǎng)學(xué)生的綜合科學(xué)素養(yǎng)，其教學(xué)過(guò)程關(guān)注的不是學(xué)生學(xué)習(xí)的結(jié)果，而是學(xué)生在創(chuàng)作過(guò)程中的探索精神、創(chuàng)新力以及解決問(wèn)題能力。

2.中小學(xué)機(jī)器人教育存在的問(wèn)題

目前在中小學(xué)機(jī)器人教育教學(xué)中，任課教師的專業(yè)知識(shí)強(qiáng)，但知識(shí)結(jié)構(gòu)過(guò)于單一。平時(shí)教學(xué)中，信息技術(shù)老師在授課時(shí)偏重自己所熟知的程序，但對(duì)機(jī)器人搭建過(guò)程中所需要的力學(xué)知識(shí)、機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)涉及不多，以致學(xué)生不能很好地讓機(jī)器人結(jié)構(gòu)和程序結(jié)合起來(lái)，完成更復(fù)雜的任務(wù)，機(jī)器人的學(xué)習(xí)也留于表面。

在中小學(xué)機(jī)器人教育教學(xué)中，老師和學(xué)生都過(guò)分注重競(jìng)賽本身，強(qiáng)調(diào)任務(wù)的完成性，而忽視了學(xué)生在實(shí)踐創(chuàng)作過(guò)程中創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。而中小學(xué)機(jī)器人教育教學(xué)內(nèi)容多以興趣為主，教學(xué)目標(biāo)不強(qiáng)，教學(xué)設(shè)計(jì)不夠嚴(yán)謹(jǐn)，課堂評(píng)價(jià)不夠完善，學(xué)生對(duì)機(jī)器人的學(xué)習(xí)不夠全面、系統(tǒng)，學(xué)生單純是為了學(xué)而學(xué)，與實(shí)際生活的聯(lián)合性不強(qiáng)。

3.中小學(xué)機(jī)器人教育的策略

3.1重整課堂改變學(xué)習(xí)過(guò)程

課堂上改變?cè)瓉?lái)注重機(jī)器人結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、編程原理而忽視機(jī)器人結(jié)構(gòu)個(gè)性化、實(shí)用性、美觀性的學(xué)習(xí)過(guò)程。學(xué)習(xí)某一項(xiàng)目前，先聯(lián)系生活中的場(chǎng)景，以圖片或視頻的方式把項(xiàng)目與生活、藝術(shù)充分結(jié)合起來(lái)。再介紹這一項(xiàng)目所用到的模塊外觀及使用方法，同時(shí)把該物品的多樣性以圖片或視頻展示，打開學(xué)生思路，避免其談到某一物品時(shí)的定式思維;此外在學(xué)習(xí)過(guò)程中給學(xué)生足夠的獨(dú)立思考空間，搭建外觀前先設(shè)計(jì)再動(dòng)手，降低學(xué)生的模仿程度，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，為孩子創(chuàng)作出具有個(gè)性化的機(jī)器人奠定基礎(chǔ)。

比如在學(xué)習(xí)《智能小車》這一項(xiàng)目時(shí)，學(xué)習(xí)過(guò)程分為四部分：

聯(lián)系：教師先引導(dǎo)孩子聯(lián)系生活中的小車，感受生活中小車的樣子，說(shuō)說(shuō)生活中小車的功能，再引出這節(jié)課的挑戰(zhàn)任務(wù)---機(jī)器人小車。

建構(gòu)：教師用實(shí)物讓學(xué)生了解大型電機(jī)模塊的外觀和功能，介紹軟件中“移動(dòng)轉(zhuǎn)向”或“移動(dòng)槽”編程模塊的使用方法;接著以視頻的方式給孩子觀看這一模塊在機(jī)器人小車中的應(yīng)用;再以圖片的方式讓孩子觀看機(jī)器人小車模型;最后布置挑戰(zhàn)任務(wù)：讓孩子拋棄小車搭建圖，根據(jù)多樣化的機(jī)器人模型畫出自己的機(jī)器人設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖，搭建一個(gè)可以前進(jìn)、后退的機(jī)器人小車。

反思：任務(wù)完成后，教師引導(dǎo)學(xué)生思考：有的機(jī)器人移動(dòng)軌跡不是直線，可能是哪些原因造成的？用“時(shí)間”、“角度”以及“圈數(shù)”控制機(jī)器人停止移動(dòng)，這三種方式有什么不同？各有什么特點(diǎn)？

延續(xù)：嘗試設(shè)計(jì)移動(dòng)速度更快的機(jī)器人;挑戰(zhàn)實(shí)現(xiàn)“定點(diǎn)停車”，為機(jī)器人編寫新的程序，讓其實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的定點(diǎn)停車。

學(xué)習(xí)過(guò)程和生活實(shí)際相連，不僅能引導(dǎo)學(xué)生在建構(gòu)模型時(shí)生活化，還能引導(dǎo)學(xué)生在建構(gòu)模型時(shí)反思生活中的小車為什么是這樣的，其不同的外觀下有著什么樣的原理。我們的小車要想走直線需要在制作過(guò)程中注意哪些，不能按照預(yù)期方式行走的原因又是什么？在模擬的生活情境中動(dòng)手實(shí)踐，不斷反思，為創(chuàng)作出個(gè)性化兼具實(shí)用性和藝術(shù)性的機(jī)器人小車奠定基礎(chǔ)。

3.2重整課堂優(yōu)化課堂評(píng)價(jià)

課堂評(píng)價(jià)是激勵(lì)學(xué)生持續(xù)學(xué)習(xí)，保持興趣的法寶，它是引導(dǎo)課堂走向的方向標(biāo)。為引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)作出個(gè)性化作品，評(píng)價(jià)方式主要分以下三種：

小組自評(píng)。小組成員在完成本節(jié)課模型的搭建及實(shí)驗(yàn)后先向其他小組介紹、評(píng)價(jià)自己的作品，講述本組作品的設(shè)計(jì)理念及具體功能，并根據(jù)本組情況確定等次。老師記錄自評(píng)評(píng)價(jià)等次。

小組互評(píng)。分小組介紹完自己的作品后，各小組根據(jù)作品的實(shí)用性及美觀性對(duì)其他小組的作品做出客觀性評(píng)價(jià)。老師記錄他評(píng)評(píng)價(jià)等次。

教師評(píng)價(jià)。根據(jù)作品是否方便使用、是否具有創(chuàng)意和美觀等給每組做出客觀評(píng)價(jià)。標(biāo)準(zhǔn)為：作品完成后的執(zhí)行情況占60%，創(chuàng)意和美觀占40%。

三種評(píng)價(jià)結(jié)束，老師根據(jù)小組、自評(píng)及師評(píng)三種評(píng)價(jià)之后，選出最佳創(chuàng)意獎(jiǎng)、最佳作品獎(jiǎng)、最佳解說(shuō)獎(jiǎng)等，鼓勵(lì)學(xué)生全面發(fā)展。

和之前的學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)相比，將機(jī)器人造型的個(gè)性、實(shí)用性、美觀度作為一項(xiàng)評(píng)價(jià)，加入課堂評(píng)價(jià)表，激發(fā)學(xué)生在美術(shù)及造型方面的想象力，鼓勵(lì)孩子們做出形態(tài)各異的機(jī)器人。為學(xué)生做出個(gè)性化作品提供評(píng)價(jià)支持。

3.3融合STEAM教學(xué)理念，改進(jìn)教學(xué)方式

在中小學(xué)機(jī)器人教育教學(xué)中，學(xué)習(xí)STEAM創(chuàng)意科學(xué)課程教學(xué)模式，采用開放式合作探究的方式進(jìn)行教學(xué)。學(xué)習(xí)某一項(xiàng)目前先引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系生活，理解其概念及原理，然后采用合作探究的方式讓學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐，建構(gòu)自己的作品，再通過(guò)小組間的交流評(píng)價(jià)，檢驗(yàn)小組作品，同時(shí)也交流思想。學(xué)生結(jié)合交流評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)收到的有益建議，以及學(xué)習(xí)到的有創(chuàng)意的機(jī)器人建構(gòu)方法及編程程序代碼，再次改進(jìn)自己的作品。作品定稿之后，開展以小組為單位的趣味性小評(píng)比，比如：作品完整度、美觀度、創(chuàng)新性等，評(píng)出最佳創(chuàng)意小組、最佳藝術(shù)小組、最佳解說(shuō)小組等。

教學(xué)方式從 “我講你聽” 這種單一的知識(shí)傳授方式，改變?yōu)槁?lián)系、建構(gòu)、反思和延續(xù)為一體的教學(xué)模式，在知識(shí)的獲取方式上，更加強(qiáng)調(diào)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，突出學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體地位。

3.4學(xué)習(xí)任務(wù)來(lái)源于生活，完善教學(xué)內(nèi)容

在學(xué)習(xí)任務(wù)的布置上做出改變，將原來(lái)學(xué)習(xí)任務(wù)多以機(jī)器人為主進(jìn)行調(diào)整，在教學(xué)任務(wù)中加入學(xué)生日常生活中常見的物品，降低學(xué)習(xí)任務(wù)的難度，也讓學(xué)生有足夠的知識(shí)基礎(chǔ)加入任務(wù)的創(chuàng)作，同時(shí)，也為知識(shí)遷移做出鋪墊。

4.結(jié)束語(yǔ)

STEAM教育理念下開展中小學(xué)機(jī)器人教育，實(shí)現(xiàn)了多學(xué)科融合，共同教研，打破了課程與課程之間的壁壘，更新了教師原有的教學(xué)觀念，拓寬了教師的知識(shí)面及知識(shí)儲(chǔ)備。STEAM教育理念下開展中小學(xué)機(jī)器人教育，不再僅僅以興趣為主，而是鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用已學(xué)到的技術(shù)、科學(xué)、美術(shù)、工程等知識(shí)去解決生活中的實(shí)際問(wèn)題，把課程與生活緊密結(jié)合起來(lái)。

參考文獻(xiàn)

[1]李欣.基于STEAM教育理念的小學(xué)機(jī)器人教育校本教材開發(fā)與實(shí)踐研究[D].河北師范大學(xué)，2021.

[2]談珂艷.Y市C初中機(jī)器人教育個(gè)案研究[D].揚(yáng)州大學(xué)，2021.

[3]黎海瑤.中小學(xué)創(chuàng)客機(jī)器人教育師資建設(shè)問(wèn)題與對(duì)策——以株洲地區(qū)為例[J].實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器，2020，37（11）：69-71.

[4]白立廣.大連地區(qū)義務(wù)教育階段機(jī)器人教育發(fā)展述評(píng)[J].中國(guó)教育信息化，2020（19）：60-63.

[5]郭壽穩(wěn).機(jī)器人教育在中小學(xué)教育中的作用[J].中小學(xué)電教（教學(xué)），2020（09）：53-54.