☆ 李夢菲

（河北師范大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院，河北石家莊 050024）

創(chuàng)客視野下初中機器人活動模式設(shè)計研究

☆ 李夢菲

（河北師范大學(xué)信息技術(shù)學(xué)院，河北石家莊 050024）

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，創(chuàng)新能力已成為教育領(lǐng)域的熱點話題。以機器人、3D打印為主的創(chuàng)客教育旨在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、動手能力以及其在學(xué)習過程中的合作能力，使其能夠更好地適應(yīng)社會發(fā)展的需要。文章基于創(chuàng)客教育的理念，結(jié)合現(xiàn)實基礎(chǔ)，設(shè)計符合本地區(qū)實際情況的機器人活動模式，以促進創(chuàng)客教育在本地區(qū)的發(fā)展。備戰(zhàn)機器人比賽的活動模式，可以極大地提高學(xué)生的學(xué)習興趣和熱情，雖然此模式帶有一定的功利性，但在學(xué)校創(chuàng)客教育發(fā)展初期是一種可行的方式。筆者通過閱讀文獻設(shè)計出合理的活動模式，以期為想要開設(shè)機器人教育相關(guān)活動以及參加比賽的學(xué)校提供一定的借鑒和參考。

創(chuàng)客；創(chuàng)客教育；機器人；活動設(shè)計

一、創(chuàng)客教育的發(fā)展

由于美國的創(chuàng)客教育發(fā)展較早，受美國創(chuàng)客教育的影響，我國的創(chuàng)客教育在2012年前后開始迅速地發(fā)展起來。無論是國內(nèi)還是國外，創(chuàng)客教育的發(fā)展主要經(jīng)歷了兩個階段：自下而上的發(fā)展階段和自上而下的推動階段。

（一）自下而上的發(fā)展階段：社團影響政府

創(chuàng)客的發(fā)展最早起源于美國的DIY（Do It Yourself）文化，是社會中一些有創(chuàng)意、動手能力強的人們自發(fā)組織的社會團體，他們在一定的空間中通過不同且多樣的設(shè)備將自己的創(chuàng)意想法變?yōu)楝F(xiàn)實。較為嚴格意義上的創(chuàng)客起源于麻省理工學(xué)院（MIT）比特與原子研究中心發(fā)起的以個人創(chuàng)意、個人設(shè)計、個人制造為核心理念的Fab Lab創(chuàng)新項目[1]。Fab Lab的最初靈感來源于Gershenfeld教授，1998年Gershenfeld教授在MIT開設(shè)了一門“如何能夠創(chuàng)造任何東西”的課程，在這門課程中，沒有任何創(chuàng)造經(jīng)驗的學(xué)生可以根據(jù)自己的創(chuàng)新想法，經(jīng)過動手實踐創(chuàng)造出很多產(chǎn)品，該課很快成為最受歡迎的一門課。Dale Dougherty等人在2006年積極舉辦Maker Faire，吸引了眾多有創(chuàng)新意識的青少年參加。Maker Faire等創(chuàng)客活動受到了政府的高度重視，自此創(chuàng)客進入了政府的視野中。

隨著Chris Andersen的《創(chuàng)客：新工業(yè)革命》在2012年出版，“創(chuàng)客”正式進入我國研究者的視野，一些經(jīng)濟較為發(fā)達的地區(qū)開始建立創(chuàng)客空間，如：上海新車間、深圳火柴創(chuàng)客空間等，北京、溫州等地區(qū)的高校開始發(fā)展創(chuàng)客教育，自此影響了越來越多的人了解創(chuàng)客并加入到創(chuàng)客的隊伍中來。創(chuàng)客教育倡導(dǎo)基于創(chuàng)造的學(xué)習，本身是指向全人發(fā)展的全人學(xué)習（Whole Learning）[2]，這一點也是我國教育發(fā)展的最終要求。社會、高校中創(chuàng)客教育的發(fā)展同樣得到了我國政府教育部門的極大重視。

（二）自上而下的推動階段：政府推動進一步發(fā)展

美國政府積極制定了推進創(chuàng)新教育的相關(guān)政策，以促進美國教育的發(fā)展。2009年，Obama在《創(chuàng)新而教育》（Educate to Innovate）報告中呼吁：“每一個學(xué)生都應(yīng)成為創(chuàng)造者，而不僅僅是消費者”，美國政府已經(jīng)開始認識到“創(chuàng)新”對于教育發(fā)展的重要性。2012年美國政府開始啟動“創(chuàng)客教育計劃”（Maker Education Initiative，MEI），該計劃的主要目的是激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造天賦，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力。2014年首次由美國政府牽頭舉辦“創(chuàng)客嘉年華”活動，呼吁：“全體國民加入到激發(fā)創(chuàng)新和鼓勵社區(qū)發(fā)明的行動中來”[3]，并規(guī)定每年的6月18日為“創(chuàng)客日”。美國在積極推進創(chuàng)客教育的同時，雙軌并行的還有STEAM教育，聯(lián)邦教育部同時啟動了“改造計劃”（MakeOver），該計劃將在全美 K-12階段的學(xué)校中建立更多的創(chuàng)客空間[4]，在現(xiàn)有教育的基礎(chǔ)上，強調(diào)多學(xué)科的橫向整合，重視合作學(xué)習，將創(chuàng)客教育的創(chuàng)新理念融入其中，加強各階段學(xué)校同企業(yè)之間的合作，為學(xué)生提供更多實踐的機會。

我國政府也制定政策來促進創(chuàng)客教育的發(fā)展。李克強總理在2015年的兩會報告中提出了“大眾創(chuàng)業(yè)，萬眾創(chuàng)新”的口號，特別是鼓勵青少年開拓思維、勇于創(chuàng)新。2015年劉延?xùn)|副總理在第二次全國教育信息化工作會議上強調(diào)，“要積極探索信息技術(shù)在創(chuàng)業(yè)大學(xué)+、創(chuàng)客教育、開發(fā)微課堂等方面的應(yīng)用，著力提升學(xué)生的信息素養(yǎng)和創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新能力，培養(yǎng)健康積極的網(wǎng)絡(luò)文化，促進學(xué)生的全面發(fā)展?！盵5]不僅是國家領(lǐng)導(dǎo)人在積極倡導(dǎo)創(chuàng)客教育、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，教育部也頒布了相關(guān)文件，從法律角度推動創(chuàng)客教育的發(fā)展，在《關(guān)于“十三五”期間全面深入推進教育信息化工作的指導(dǎo)意見（征求意見稿）》中提到：要“探索STEAM教育、創(chuàng)客教育等新教育模式，使學(xué)生具有較強的信息意識與創(chuàng)新意識，養(yǎng)成數(shù)字化學(xué)習習慣”[6]，學(xué)生信息素養(yǎng)、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)成為了當下教育的重點。從以上可以看出，創(chuàng)客教育將成為我國教育發(fā)展的主要趨勢。

對比美國和我國的創(chuàng)客教育發(fā)展，兩者的區(qū)別主要在于對創(chuàng)客教育中“創(chuàng)新”的理解上。國外創(chuàng)客教育中所提到的創(chuàng)新更多的是體現(xiàn)在學(xué)生能夠使用各種工具來“創(chuàng)造”東西，重點培養(yǎng)的是創(chuàng)新的實踐能力。我國創(chuàng)客教育同樣重視學(xué)生動手能力的培養(yǎng)，但更多的還是強調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的“創(chuàng)新思維”，這一點在“中國制造”到“中國創(chuàng)造”這一經(jīng)濟的政策傾向上也有所體現(xiàn)。

二、創(chuàng)客教育中的機器人

隨著教育改革的不斷深入，創(chuàng)新教育正逐步走向教育舞臺的中央，更多的人認識到實踐課程的重要性。隨著創(chuàng)客教育理念的不斷發(fā)展，學(xué)校的教育不再只重視學(xué)生理論性知識的學(xué)習成績，更關(guān)注學(xué)生的動手實踐能力。通過培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力、實際問題解決能力，使其能夠得到更加全面的發(fā)展。近兩年來機器人相關(guān)企業(yè)的迅速發(fā)展為學(xué)校開設(shè)機器人活動提供了可行的基礎(chǔ)性條件。

機器人活動受到越來越多學(xué)生和家長的重視。與其他創(chuàng)客活動相比，機器人活動更容易被大家所接受。3D打印需要大量資金購入設(shè)備，設(shè)備需要達到一定數(shù)量才能滿足眾多學(xué)生的學(xué)習需求，除了資金投入外，3D打印所需的材料是易耗品，需要長期購置；切割、焊接等活動存在著一定的安全問題，不免會有一些家長擔心。機器人在這些眾多的創(chuàng)客活動中既不需要擔心安全問題，資金也在學(xué)?？沙惺芊秶鷥?nèi)，因為機器人的設(shè)備不需要購買太多，組裝靈活，零件都可以重復(fù)使用，只需對其中部分零件定期增補即可。

三、以比賽的形式推動機器人教育的發(fā)展

近年來無論是全國性或是地域性的機器人比賽均發(fā)展迅速，為學(xué)生的機器人活動提供了展示平臺，從社會活動的角度推動了機器人的發(fā)展。隨著創(chuàng)客運動的發(fā)展，美國Makers Faire在2015年正式落地北京，“Maker Faire Beijing北京創(chuàng)客盛會”由美國《MAKE》雜志正式授權(quán)，成為國內(nèi)最受歡迎的創(chuàng)客活動。在中小學(xué)階段，由中國科學(xué)技術(shù)協(xié)會、中國科學(xué)院聯(lián)合舉辦的中國青少年機器人競賽（CARC），吸引了眾多的中小學(xué)生參與。從實際情況來看，本地區(qū)的創(chuàng)客教育正處于起步階段，受到應(yīng)試教育的影響，機器人等創(chuàng)客教育很難與數(shù)學(xué)、語文等傳統(tǒng)學(xué)科占據(jù)相同的地位，其在學(xué)校教育課程中的重視程度與音樂、體育等大體相近，所以很難設(shè)置相應(yīng)課程。筆者通過對本地區(qū)進行調(diào)查了解到，只有少部分的小學(xué)將機器人課程、3D打印課程作為社會實踐課程的一部分，類似于社會中的“課外班”，由企業(yè)培訓(xùn)人員進行指導(dǎo)。絕大部分初中的機器人活動主要依托各類比賽開展，因此以備戰(zhàn)的狀態(tài)開展機器人活動成為在初中推動創(chuàng)客教育的主要形式。

（一）機器人教育中存在的問題

拋開機器人教育發(fā)展的普遍不足，如：缺乏有經(jīng)驗的教師，機器人活動空間的建設(shè)需要得到學(xué)校的資金支持、企業(yè)的幫助等，當下機器人活動中仍然存在一些問題。

1.教材問題

教育體制內(nèi)語文、數(shù)學(xué)等課程都有國家統(tǒng)一制定的教材，在學(xué)習的過程中不需要對學(xué)習內(nèi)容進行挑選。但是機器人種類眾多，每種不同類型的機器人都會有相應(yīng)的教材，且同一類機器人教材也有不同版本，缺少統(tǒng)一的規(guī)定。如何挑選一種適合所有學(xué)生學(xué)習的教材顯得至關(guān)重要。機器人本身強調(diào)的就是動手操作，如果學(xué)習所有類型的機器人，會給學(xué)生增加負擔，在這種情況下，因材施教就顯得更為關(guān)鍵，因此學(xué)生根據(jù)自己的興趣能力選擇不同類型的機器人進行學(xué)習是最合適的。這樣使得學(xué)生對機器人的了解不是泛泛而談，而是更有意義的深度學(xué)習。

2.通過動手實踐，將創(chuàng)新思想轉(zhuǎn)化為實物的問題

在開始階段，學(xué)生的創(chuàng)新能力還是存在于潛意識中，不知道通過何種方式將其表現(xiàn)出來，因而會出現(xiàn)兩種極端的情況：一是盲目地追求創(chuàng)新而忽略客觀規(guī)律，這類學(xué)生思維活躍，且動手能力較強，在機器人活動的過程中表現(xiàn)異常興奮，與其他同學(xué)交流經(jīng)常會出現(xiàn)表達不清的情況，他們在動手實踐時往往過分重視創(chuàng)意而忽略了客觀的規(guī)律；二是沒有想法也不動手實踐，這類學(xué)生還沒有明確的目標，在活動的過程中比較茫然，不知道從何下手，經(jīng)常是以“群眾”的身份看著其他同學(xué)。這兩類學(xué)生的結(jié)果都是沒有制作出自己的作品。

3.動手操作的實踐類活動評價標準不統(tǒng)一

對于實踐類的課程評價要兼顧過程性評價和總結(jié)性評價，過程性評價可以采用多元化的評價方式進行，同伴互評、自我評價等都是可接受的評價方式?？偨Y(jié)性評價需要有一個合適的標準，這個標準可以通過量化的形式表現(xiàn)出來，類似于文化課中的期末考試。但在實際中并沒有統(tǒng)一制定的機器人課程總結(jié)性評價。

（二）以比賽促進機器人教育發(fā)展的可行性

以比賽為前提的機器人活動可以同時解決以上問題。首先，學(xué)生按照比賽的規(guī)則和要求來學(xué)習機器人的相關(guān)知識，就具有了明確的學(xué)習目標和確定的學(xué)習內(nèi)容。通常比賽都包含不同種類的機器人，在2017年即將舉辦的中國青少年機器人競賽（CARC）中共有5項機器人比賽（機器人綜合技能比賽、FLL機器人工程挑戰(zhàn)賽、VES機器人工程挑戰(zhàn)賽、機器人創(chuàng)意比賽、VER工程創(chuàng)新賽），每項比賽的側(cè)重點不同，這就需要學(xué)生在準備過程中對某一知識進行重點掌握。其次，一般來說比賽都會設(shè)計一定的情境，這些情境通常是緊密聯(lián)系實際生活并結(jié)合當下一些熱點話題，可以激發(fā)學(xué)生的興趣。此外，這些情境貼近學(xué)生已有的認知經(jīng)驗，可以成為學(xué)生創(chuàng)新思維的源泉，他們可以從現(xiàn)實生活中某一個經(jīng)驗入手開展頭腦風暴，這樣在機器人的組裝搭建、程序編寫方面就有了主要方向。2015年中國青少年機器人競賽就以足球世界杯、嫦娥奔月等為情境來組織比賽，初中生特別是男生會對足球世界杯感興趣，可以很容易地從世界杯的比賽中找到設(shè)計、編程的靈感。最后，從評價角度來看，比賽的得分標準經(jīng)過大賽組委會嚴格制定，對所有學(xué)生都是公平的，具有一定的合理性，因此可以作為總結(jié)性評價的一個維度。

綜上所述，以比賽的形式促進機器人教育發(fā)展是具有可行性的。

四、機器人活動模式設(shè)計

以比賽為前提的機器人活動具有明確的學(xué)習目標，是基于問題解決或任務(wù)的學(xué)習過程。整個活動過程以學(xué)習者為中心，他們完全掌握學(xué)習的主動權(quán)；教師是活動組織者、進度控制者，只起輔導(dǎo)作用。本文主要研究以比賽為前提的機器人活動如何開展，圖1為開展機器人活動的主要流程圖。

圖1 機器人活動流程

整個過程分為前期、中期和后期三個階段，準備前期主要是了解比賽的規(guī)則，是基礎(chǔ)性的理論工作；準備中期是最重要的一個環(huán)節(jié)，如組裝機器人、搭建模擬場地和程序編寫；準備后期主要是測試實驗，檢驗機器人的搭建是否合理、程序編寫是否正確以及最后的完善工作。

（一）準備前期

這個階段是由教師和學(xué)生共同完成，教師需提前了解比賽規(guī)則要求，同時給學(xué)生布置閱讀比賽規(guī)則的任務(wù)。每個閱讀任務(wù)至少有兩名學(xué)生共同完成，找出比賽規(guī)則中的重點和疑點，由教師組織頭腦風暴討論會，在討論會中學(xué)生要將自己負責的部分詳細地介紹給其他學(xué)生。對于有疑問的地方，所有學(xué)生集思廣益，共同找出解決方法并記錄下所提出的解決方案，以待后續(xù)進行檢驗。

（二）準備中期

這是整個準備比賽過程中最重要的階段。在這個階段中需要小組協(xié)作、成員分工明確、協(xié)作交流才能達到最終的目標。小組中分為技術(shù)組和程序組，技術(shù)組主要負責比賽場地的搭建和機器人主體部分的組裝，程序組主要負責編寫程序。

技術(shù)小組要將頭腦風暴中可行的方案逐一進行實驗，從中選出最佳方案；程序組要將比賽的目標逐一分解成小目標，并對各個小目標進行程序設(shè)計，最后將所有的小程序合并成整個比賽所需要的完整程序。在開始階段技術(shù)組和程序組的工作相對獨立，只需要完成各自基本的工作即可。但是在后期，兩個小組的交流尤為重要，程序組要將程序設(shè)計思想同技術(shù)組交流，技術(shù)組要對程序小組編寫程序的可行性進行分析，他們同樣可以提出自己組裝機器人時的想法。技術(shù)組要將機器人的局部進行改進，使之能滿足程序組的要求；程序組也可以改進程序，使已經(jīng)搭建好的機器人的功能得到更好的發(fā)揮。

在這個過程中教師不會直接參與其中，而是采用徹底放權(quán)的方式，由學(xué)生自己主動探索、設(shè)計，教師只是負責監(jiān)督活動的進度，對于學(xué)生遇到的瓶頸問題給予指點。

（三）準備后期

這個階段主要是測試機器人的程序是否編寫準確，進行迭代的模擬試驗。在上一個階段中，機器人的主要程序已經(jīng)完成，在這個階段要將機器人放到已經(jīng)建好的模擬場地中實際操作。學(xué)生在操作中要認真觀察機器人的運動情況，隨時調(diào)整程序中的參數(shù)，對于出現(xiàn)的問題，所有成員要一起討論。如果是由于機器人組裝不適導(dǎo)致的，需要技術(shù)組進一步改進機器人；如果是機器人程序編寫的問題，這就要求程序小組修改程序，兩個小組協(xié)作共同完成比賽前的最后工作。

五、總結(jié)語

機器人比賽的增加為更多學(xué)生提供了多方面展示自我的平臺，機器人比賽本身就可以促進機器人教育的發(fā)展。南方經(jīng)濟發(fā)達的地區(qū)無論是從經(jīng)濟實力還是教學(xué)制度上都能強有力地對機器人教育給予支持，但是溫州等地機器人的發(fā)展模式在經(jīng)濟尚不發(fā)達、受應(yīng)試教育影響嚴重的地區(qū)開展會存在很大的困難。結(jié)合本地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展情況來看，以參加比賽的形式來促進機器人教育發(fā)展是一種可行的方式，既不會大量地占用學(xué)生在語文、數(shù)學(xué)等理論性課程上的學(xué)習時間，也可以使學(xué)生充分利用課余時間來培養(yǎng)動手實踐能力和創(chuàng)新意識。本研究只是進行了初步探索，實際的應(yīng)用效果還有待進一步驗證，希望能夠給想要開展機器人活動的學(xué)校提供一定的參考。

[1][2]王佑鎂,錢凱麗,華佳鈺,郭靜.觸摸真實的學(xué)習:邁向一種新的創(chuàng)客教育文化——國內(nèi)外創(chuàng)客教育研究述評[J].電化教育研究,2017,(02):34-43.

[3]The US.White House.A Nation of Makers[DB/OL].https://www.whitehouse.gov/nation-of-makers#section-engage/,2016-03-21.

[4]王志強,卓澤林.美國中小學(xué)創(chuàng)客教育的現(xiàn)狀、理念與挑戰(zhàn)[J].比較教育研究,2016,(07):27-31.

[5]教育部關(guān)于印發(fā)劉延?xùn)|副總理在第二次全國教育信息化工作電視電話會議上講話的通知[EB/OL].http：//www.moe.edu.cn/srcsite/A16/s3342/201601/t20160120_228489.html,2015-12-29.

[6]教育部辦公廳關(guān)于征求對《關(guān)于“十三五”期間全面深入推進教育信息化工作的指導(dǎo)意見(征求意見稿)》意見的通知[EB/OL].http://www.moe.edu.cn/srcsite/A16/s3342/201509/t20150907_2 06045.html,2015-09-02.

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[編輯：莊豐源]