創(chuàng)客教育視域下的中小學(xué)機(jī)器人教學(xué)探究

周瑞增，李志剛

(鄭州市中牟縣晨陽(yáng)路學(xué)校，河南鄭州，451450)

機(jī)器人教育作為一門兼具實(shí)踐性、綜合性、創(chuàng)新性、前瞻性的學(xué)科，其將創(chuàng)新教育作為理論指導(dǎo)，旨在重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)品質(zhì)、創(chuàng)新思維、實(shí)踐能力及探索精神。但是，縱觀當(dāng)前我國(guó)中小學(xué)機(jī)器人教學(xué)，其在教學(xué)模式上還缺乏成熟的經(jīng)驗(yàn)作為參考。創(chuàng)客教育作為時(shí)代發(fā)展與進(jìn)步的產(chǎn)物，具備創(chuàng)新性與適切性的特征，側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。可見(jiàn)，創(chuàng)客教育與機(jī)器人教育的目標(biāo)不謀而合。因此，在中小學(xué)機(jī)器人教學(xué)中，教師應(yīng)基于創(chuàng)客教育理念，不斷豐富教學(xué)手段與教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力和想象力，幫助他們成為將來(lái)科技興國(guó)、科技強(qiáng)國(guó)的踐行者。

一、創(chuàng)客教育概述

(一)創(chuàng)客教育的含義

最早提出“創(chuàng)客”這一概念的是《連線》雜志社的前主編Chris Anderson，他指出創(chuàng)客的含義為“熱衷于創(chuàng)意、設(shè)計(jì)以及制造，通過(guò)創(chuàng)新的手段滿足廣大群眾需求的群體”[1]。創(chuàng)客教育則是采用先進(jìn)的理念與創(chuàng)新的方式對(duì)教育進(jìn)行改造。創(chuàng)客教育的主旨是采用新型的教學(xué)方式，讓學(xué)生感受到學(xué)習(xí)的樂(lè)趣，并在學(xué)習(xí)的過(guò)程中激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造潛能。

(二)創(chuàng)客教育的特征

創(chuàng)客教育的最終目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力及實(shí)踐能力，而小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科本身具有較強(qiáng)的操作性，因此，將創(chuàng)客教育用于小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科的教學(xué)實(shí)踐中能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足。與傳統(tǒng)的教育模式相比，創(chuàng)客教育的特征主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面。第一，整合性特征。與傳統(tǒng)教育相比，創(chuàng)客教育打破了傳統(tǒng)學(xué)科的壁壘，強(qiáng)調(diào)結(jié)合多門學(xué)科的知識(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，在創(chuàng)客教育理念指導(dǎo)下的教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)目標(biāo)也不再局限于某一學(xué)科知識(shí)，而是提倡將多角度、多學(xué)科知識(shí)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)因材施教，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。第二，研創(chuàng)性特征。創(chuàng)客教育能夠使學(xué)習(xí)、研究、創(chuàng)造三者形成良性循環(huán)，發(fā)揮持續(xù)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造力與創(chuàng)新力的作用。第三，協(xié)同性特征。創(chuàng)客教育的課程內(nèi)容與活動(dòng)設(shè)計(jì)常常圍繞某個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題開展教學(xué)。其中，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是最常見(jiàn)的教學(xué)方式，即教師根據(jù)學(xué)生的興趣組建項(xiàng)目小組，調(diào)動(dòng)各個(gè)小組成員的能動(dòng)性進(jìn)行探究，共同解決問(wèn)題，完成學(xué)習(xí)任務(wù)。第四，共享性特征。共享精神作為創(chuàng)客教育中不可或缺的一部分，也是其區(qū)別于傳統(tǒng)教育的一大特征。在創(chuàng)客理念指導(dǎo)下讓學(xué)生參與到分享與交流中，鼓勵(lì)學(xué)生大膽地發(fā)表自己的看法，從而讓學(xué)生在思維碰撞過(guò)程中培養(yǎng)創(chuàng)新能力。[2]

二、創(chuàng)客教育視域下的中小學(xué)機(jī)器人教學(xué)的意義

隨著電子技術(shù)、大數(shù)據(jù)信息技術(shù)的飛速發(fā)展與深度融合，創(chuàng)客教育已經(jīng)成為現(xiàn)代化教育的一部分，也成為當(dāng)代教育改革的一大趨勢(shì)。機(jī)器人作為現(xiàn)代高科技的集成體，為智能化的深化注入了活力。當(dāng)下，越來(lái)越多的中小學(xué)在信息技術(shù)教學(xué)中開設(shè)了機(jī)器人教學(xué)，而創(chuàng)客教育視域下的中小學(xué)機(jī)器人教學(xué)要求打破傳統(tǒng)的教學(xué)模式，鼓勵(lì)學(xué)生參與機(jī)器人足球比賽、機(jī)器人編程比賽、機(jī)器人百科知識(shí)賽等活動(dòng)。在參與這些活動(dòng)的過(guò)程中，學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)機(jī)器人軟件工程與硬件機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)知識(shí)，能夠接觸到最前沿的科學(xué)技術(shù)，深刻意識(shí)到機(jī)器人在推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步與經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面的重要貢獻(xiàn)。通過(guò)為學(xué)生營(yíng)造自由分享、相互碰撞的氛圍，師生共同參與機(jī)器人的程序設(shè)計(jì)與編寫，并自主開發(fā)機(jī)器人軟件，組裝各類具備實(shí)用功能的機(jī)器人，這不僅能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，而且能夠提高學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。[3]

三、創(chuàng)客教育視域下的中小學(xué)機(jī)器人教學(xué)流程

隨著創(chuàng)客教育的提出，我國(guó)學(xué)者對(duì)其進(jìn)行了大量的研究。本文在查閱相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)出了在中小學(xué)機(jī)器人教學(xué)中融入創(chuàng)客教育需要注意的三個(gè)方面。

(一)明確教學(xué)目標(biāo)

教學(xué)目標(biāo)作為設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)活動(dòng)的方向，是教育評(píng)價(jià)的出發(fā)點(diǎn)與落腳點(diǎn)。相比于傳統(tǒng)的教學(xué)模式，創(chuàng)客教育提倡在關(guān)注學(xué)生理論知識(shí)與操作技能的基礎(chǔ)上，重視學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題、合作交流能力與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。中小學(xué)機(jī)器人教學(xué)的主要目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生信息素養(yǎng)。布盧姆對(duì)學(xué)習(xí)目標(biāo)的分類方法將分析、評(píng)價(jià)、創(chuàng)造歸于高階思維能力，因此，基于創(chuàng)客教育視域的中小學(xué)機(jī)器人的教學(xué)目標(biāo)應(yīng)當(dāng)為培養(yǎng)學(xué)生的溝通交流和團(tuán)隊(duì)合作能力、分析和鑒別信息的能力、親手實(shí)踐與解決問(wèn)題的能力、創(chuàng)新思維與創(chuàng)造力。教師應(yīng)在此基礎(chǔ)上組織教學(xué)，設(shè)計(jì)出科學(xué)的教學(xué)流程，同時(shí)注重教學(xué)評(píng)價(jià)。

(二)優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法

創(chuàng)客教育模式對(duì)中小學(xué)機(jī)器人教學(xué)提出了新的要求。傳統(tǒng)的課堂知識(shí)內(nèi)容無(wú)法契合當(dāng)前的實(shí)際需求，部分教師在中小學(xué)機(jī)器人課堂中講解的知識(shí)較為陳舊，學(xué)生使用的實(shí)踐操作軟件版本沒(méi)有及時(shí)更新，學(xué)生即便理解了教材中的知識(shí)內(nèi)容也無(wú)法應(yīng)用到實(shí)踐中。對(duì)此，中小學(xué)機(jī)器人教師應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持與時(shí)俱進(jìn)，不斷創(chuàng)新改革，進(jìn)一步拓展課堂知識(shí)內(nèi)容，確保學(xué)生所掌握的信息技術(shù)知識(shí)能夠在新時(shí)代下得到有效應(yīng)用。根據(jù)創(chuàng)客教育理念的基本含義與主要特征，結(jié)合相關(guān)的文獻(xiàn)及中小學(xué)機(jī)器人教學(xué)現(xiàn)狀，教師需要通過(guò)整合教學(xué)空間與實(shí)踐環(huán)節(jié)并結(jié)合教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生的需求，設(shè)計(jì)出具備創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)性的教學(xué)活動(dòng)，讓學(xué)生在動(dòng)手實(shí)踐中學(xué)習(xí)機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)、深化基礎(chǔ)知識(shí)，從而順利實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。

(三)教學(xué)評(píng)價(jià)

傳統(tǒng)評(píng)價(jià)模式大多以考試分?jǐn)?shù)為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，這種評(píng)價(jià)模式不符合創(chuàng)客教育的要求。因此，只有構(gòu)建基于創(chuàng)客教育的多元化評(píng)價(jià)體系，才能發(fā)揮評(píng)價(jià)的鼓勵(lì)作用、診斷作用及促進(jìn)作用，使評(píng)價(jià)更加公正、公平。當(dāng)前，創(chuàng)客教育在中小學(xué)機(jī)器人教學(xué)中使用的教學(xué)評(píng)價(jià)體系主要是評(píng)價(jià)量規(guī)，評(píng)價(jià)量規(guī)需要詳細(xì)地記錄學(xué)生作品的創(chuàng)作過(guò)程，學(xué)習(xí)過(guò)程中能力發(fā)展的變化情境，創(chuàng)作過(guò)程中遇到的問(wèn)題、解決措施，等等。需要注意的是，評(píng)價(jià)量表不應(yīng)僅僅應(yīng)用在展示階段，而應(yīng)貫穿教學(xué)始終。同時(shí)，教師不僅要關(guān)注結(jié)果性評(píng)價(jià)，還要關(guān)注學(xué)生在學(xué)習(xí)、模仿、研究、創(chuàng)作、分享每一個(gè)環(huán)節(jié)的情況，實(shí)現(xiàn)形成性評(píng)價(jià)與總結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合。除此之外，還需要結(jié)合教學(xué)內(nèi)容采用多元化的評(píng)價(jià)方式。為提高評(píng)價(jià)結(jié)果的全面性，在評(píng)價(jià)過(guò)程中還可以邀請(qǐng)學(xué)生與家長(zhǎng)參與，從不同維度出發(fā)對(duì)學(xué)習(xí)效果展開評(píng)價(jià)。[4]

四、創(chuàng)客教育視域下的中小學(xué)機(jī)器人教學(xué)——以“足球機(jī)器人的熱身訓(xùn)練”為例

本文以“足球機(jī)器人的熱身訓(xùn)練”這一教學(xué)為例，對(duì)教學(xué)過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)分析。在實(shí)施教學(xué)之前，教師應(yīng)當(dāng)明確教學(xué)目標(biāo)?！白闱驒C(jī)器人的熱身訓(xùn)練”旨在幫助學(xué)生掌握正確調(diào)試機(jī)器人主機(jī)程序的方法，適當(dāng)?shù)匾龑?dǎo)學(xué)生親自動(dòng)手調(diào)試程序，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，同時(shí)提高學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新精神。圍繞這一教學(xué)目標(biāo)，設(shè)計(jì)了“足球機(jī)器人的熱身訓(xùn)練”的教學(xué)過(guò)程，主要包含五個(gè)環(huán)節(jié)，如表1所示。

表1 “足球機(jī)器人的熱身訓(xùn)練”教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)

(一)提出問(wèn)題

為提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，教師可以提前準(zhǔn)備一段機(jī)器人參與足球比賽的視頻，然后在課堂教學(xué)時(shí)播放該視頻。學(xué)生觀看完畢后教師提出問(wèn)題“同學(xué)們，視頻中的這些機(jī)器人是如何踢球的”“究竟是誰(shuí)在控制這些機(jī)器人”，通過(guò)啟發(fā)式提問(wèn)幫助學(xué)生初步認(rèn)識(shí)足球機(jī)器人。當(dāng)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望被激起后，教師便可以鼓勵(lì)學(xué)生嘗試調(diào)試機(jī)器人，然后再引出本次的教學(xué)內(nèi)容——足球機(jī)器人的熱身訓(xùn)練。教師鼓勵(lì)學(xué)生提出自己的疑惑，并通過(guò)小組合作的形式讓學(xué)生共同討論如何啟動(dòng)機(jī)器人，如何控制機(jī)器人進(jìn)攻、防守、運(yùn)動(dòng)方向等，最后再介紹主機(jī)程序調(diào)試的內(nèi)容。

(二)任務(wù)驅(qū)動(dòng)

任務(wù)驅(qū)動(dòng)這一環(huán)節(jié)的主要內(nèi)容是組織學(xué)生進(jìn)行程序調(diào)試，并對(duì)調(diào)試結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)，具體為將學(xué)生分成若干個(gè)小組，以小組為單位開展機(jī)器人主機(jī)程序的調(diào)試工作。在這一環(huán)節(jié)教學(xué)中，教師可以結(jié)合前面提出的問(wèn)題布置詳細(xì)的調(diào)試任務(wù)，包括調(diào)整機(jī)器人不防守、不進(jìn)攻、方向錯(cuò)誤等問(wèn)題，調(diào)試結(jié)束后指導(dǎo)學(xué)生開展測(cè)試工作。各個(gè)小組成員要總結(jié)自己在調(diào)試過(guò)程中遇到的問(wèn)題，先嘗試在小組內(nèi)解決，若不能解決則可以尋求教師的幫助，以此掌握利用指南針對(duì)機(jī)器人進(jìn)攻、運(yùn)動(dòng)方向進(jìn)行正確調(diào)整的方法。當(dāng)學(xué)生解決組內(nèi)的問(wèn)題后，教師還可以鼓勵(lì)他們進(jìn)行組間討論，分析不同類型的攻擊方法各自的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，以此培養(yǎng)學(xué)生站在不同角度分析問(wèn)題的能力。

(三)探究實(shí)踐

探究實(shí)踐環(huán)節(jié)主要是鼓勵(lì)學(xué)生自主調(diào)試機(jī)器人主機(jī)。這對(duì)各個(gè)小組成員之間的配合性提出了較高的要求，需要他們共同制訂詳盡的調(diào)試計(jì)劃，調(diào)試結(jié)束后還需要測(cè)試機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡與進(jìn)攻效果。當(dāng)學(xué)生的自主探究結(jié)束后，教師要進(jìn)行陳述性總結(jié)，重點(diǎn)指出學(xué)生調(diào)試的機(jī)器人在進(jìn)攻與防守等方面存在的不足，鼓勵(lì)學(xué)生在下課后繼續(xù)探究，培養(yǎng)學(xué)生的探究能力。

(四)知識(shí)拓展

在完成關(guān)于足球機(jī)器人的熱身訓(xùn)練知識(shí)的教學(xué)后，教師還應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生開拓思維，即結(jié)合自己的想法調(diào)試機(jī)器人，使其擁有更多的運(yùn)動(dòng)功能。值得注意的是，教師在這一環(huán)節(jié)要鼓勵(lì)學(xué)生大膽創(chuàng)新，針對(duì)自主研究獲得一定進(jìn)展的學(xué)生給予表?yè)P(yáng)和鼓勵(lì)，從而激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

(五)比賽激勵(lì)

在課堂時(shí)間充足的前提下，教師可以讓各個(gè)小組派出代表展示本組的足球機(jī)器人，對(duì)各組的調(diào)試效果進(jìn)行檢驗(yàn)。教師應(yīng)公平公正地對(duì)每個(gè)小組作品的創(chuàng)意性、操作過(guò)程中小組成員之間的配合程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，并采用物質(zhì)獎(jiǎng)勵(lì)或者頒發(fā)榮譽(yù)稱號(hào)的形式表?yè)P(yáng)表現(xiàn)突出的小組，以激勵(lì)的形式激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)器人的興趣，引導(dǎo)學(xué)生將自己的想法大膽應(yīng)用在機(jī)器人的學(xué)習(xí)中。

五、創(chuàng)客教育視域下的中小學(xué)機(jī)器人教學(xué)保障措施

(一)積極營(yíng)造創(chuàng)客教育的氛圍

環(huán)境在很大程度上影響著教育目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)。中小學(xué)生學(xué)習(xí)并研發(fā)機(jī)器人的過(guò)程實(shí)際上是獲取信息、加工信息、管理信息、呈現(xiàn)信息、討論信息、解決問(wèn)題的過(guò)程。因此，將創(chuàng)客教育理念應(yīng)用在中小學(xué)機(jī)器人教學(xué)中，要想達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果，首先就要營(yíng)造出良好的創(chuàng)客教育氛圍。一方面，教師應(yīng)積極轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，將傳統(tǒng)的被動(dòng)式知識(shí)傳授模式轉(zhuǎn)變成基于師生良好互動(dòng)、共同化解難題的主動(dòng)教學(xué)模式；另一方面，教師要在機(jī)器人教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)中滲透創(chuàng)客教育的基本理念，注重培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)思考、留心觀察生活的能力。

(二)加強(qiáng)創(chuàng)客教師隊(duì)伍建設(shè)

教師是在機(jī)器人教學(xué)這門新興課程中開展創(chuàng)客教育的第一資源。但是，縱觀當(dāng)前機(jī)器人教學(xué)，大部分是由信息技術(shù)教師擔(dān)任，很少有學(xué)校聘請(qǐng)機(jī)器人相關(guān)領(lǐng)域的專業(yè)教師。信息技術(shù)教師受限于專業(yè)知識(shí)，只能按部就班地進(jìn)行教學(xué)，缺乏自主創(chuàng)新意識(shí)和能力，限制了課堂教學(xué)的延伸和拓展。因此，為更好地將創(chuàng)客教育理念貫穿機(jī)器人教學(xué)，學(xué)校需要優(yōu)化教師隊(duì)伍。機(jī)器人課程教師應(yīng)樹立協(xié)同發(fā)展的理念，站在長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度對(duì)待課堂和教學(xué)，將軟件開發(fā)、編程等和機(jī)器人開發(fā)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，提高課堂教學(xué)的生動(dòng)性；應(yīng)立創(chuàng)新意識(shí)，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生的需求對(duì)教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，從而更好地在教學(xué)中啟發(fā)學(xué)生思維，激發(fā)學(xué)生的探索欲望。

(三)結(jié)合教材文本，優(yōu)化創(chuàng)客教育內(nèi)容

縱觀當(dāng)前中小學(xué)的信息技術(shù)課程，其中很多知識(shí)均可運(yùn)用在機(jī)器人研發(fā)中。因此，在機(jī)器人教學(xué)中貫徹創(chuàng)客教育理念還應(yīng)當(dāng)樹立協(xié)同思維，深入挖掘教材內(nèi)的創(chuàng)新知識(shí)點(diǎn)，特別是注重將教材中的隱性教育資源挖掘出來(lái)，在保持原有知識(shí)完整性與系統(tǒng)性的基礎(chǔ)上適當(dāng)拓展，融入創(chuàng)新思想，開闊學(xué)生的視野。

(四)借助多媒體教學(xué)，提升教學(xué)效果

基于創(chuàng)客教育理念的中小學(xué)機(jī)器人教學(xué)要達(dá)到滿意的教學(xué)效果，就需要教師在設(shè)計(jì)課程時(shí)根據(jù)實(shí)際需求適當(dāng)應(yīng)用多媒體工具。例如，教師可以結(jié)合學(xué)生的興趣愛(ài)好，以短視頻的形式將課程中的理論知識(shí)與學(xué)生的實(shí)際生活有機(jī)結(jié)合起來(lái)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，使每一位中小學(xué)生變成“創(chuàng)客”。[5]具體來(lái)說(shuō)，在足球機(jī)器人的熱身訓(xùn)練的教學(xué)中，為更好地幫助學(xué)生了解足球機(jī)器人，教師播放了一段足球機(jī)器人比賽的視頻，以此調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，當(dāng)學(xué)生在興趣的推動(dòng)下對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)有了一定的了解后，之后的調(diào)試、測(cè)試等環(huán)節(jié)便可以順利進(jìn)行。值得注意的是，在基于創(chuàng)客教育理念的中小學(xué)機(jī)器人教學(xué)中，教師要充分發(fā)揮自身在學(xué)習(xí)創(chuàng)客項(xiàng)目過(guò)程中的質(zhì)量監(jiān)控作用，以便隨時(shí)掌握不同小組學(xué)生的分工協(xié)作情況及開展進(jìn)度。一旦學(xué)生遇到問(wèn)題或者困難，教師要先鼓勵(lì)學(xué)生在小組內(nèi)部解決，解決不了時(shí)再向教師請(qǐng)求技術(shù)指導(dǎo)，從而提高教學(xué)效果。

六、結(jié)語(yǔ)

創(chuàng)客教育能夠在培養(yǎng)學(xué)生思維能力與創(chuàng)新能力方面發(fā)揮重要作用。隨著創(chuàng)客教育與信息技術(shù)不斷融合，教師在進(jìn)行機(jī)器人教學(xué)的過(guò)程中要注意結(jié)合教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生學(xué)習(xí)現(xiàn)狀，科學(xué)地設(shè)計(jì)教學(xué)流程，優(yōu)化教學(xué)方法，將學(xué)生的潛質(zhì)充分挖掘出來(lái)，培養(yǎng)其創(chuàng)新意識(shí)和動(dòng)手能力，將其打造成未來(lái)國(guó)家高科技領(lǐng)域中的佼佼者。