趙顯敏 劉海川

摘? 要 創(chuàng)客教育、STEAM教育的發(fā)展，使得機器人教育得到廣泛關注，許多中小學相繼開展機器人教育課程。但已有的機器人教育研究視野不夠寬廣，在課程設計上還缺乏建樹。通過課程分析，依據(jù)課程理論，針對課程設計的課程目標、課程內容、學習活動、課程評價四個要素進行探索設計，以期對中小學機器人教育教學實踐提供參考。

關鍵詞 中小學;機器人教育;課程設計;創(chuàng)客教育;STEAM

中圖分類號：G633.67? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）03-0086-03

1 引言

隨著教育信息化的發(fā)展，結合創(chuàng)客教育和STEAM教育特點的機器人教育作為一種新型教學活動，引起教育研究者和學校的關注。2003年，教育部頒布的《普通高中技術課程標準（實驗）》，首次將“簡易機器人制作”模塊納入中小學選修科目中[1]。這意味著機器人教育邁入一個普及化新時期。

然而，我國機器人教育正處于起步階段，許多教育工作者正摸著石頭過河[2]。據(jù)調查顯示，雖然學術界不斷提升機器人教育領域的研究，但在實際的開展過程中仍有許多問題存在，如因受眾、地域性差異，學校重視程度不同等，使得機器人課程建設尚未形成統(tǒng)一的標準體系;課堂流于形式，大多為競賽服務，阻礙了中小學機器人教育的發(fā)展進程。因此，深入開展中小學機器人課程設計研究，從課程目標、課程內容、學習活動和課程評價四個方面探索課程教育新思路，具有重要的現(xiàn)實意義。

2 機器人教育的現(xiàn)狀以及特征

在國外，機器人已經(jīng)走入各級各類學校，其資源豐富，許多一線教育者引導學生與多學科進行整合學習。國內機器人教育發(fā)展數(shù)十年時間，取得一定成果，但當前開展的機器人教育課程設計者多數(shù)為信息技術教師，他們習慣模仿信息技術課程開展，重基礎知識講授，輕技術整合，影響了學生動手能力與創(chuàng)造力的培養(yǎng)。因此，為全面促進學生發(fā)展，應充分考慮機器人課程該如何設計。

機器人課程具有的獨特教學理念和方式將成為培養(yǎng)學生創(chuàng)新和實踐能力的重要手段，作為素質教育的載體，機器人課程具有何種特征，課程設計應注意哪些方面，已成為學校關注的重點。通過對目前機器人課程的分析，發(fā)行其具有以下特征。

系統(tǒng)性? 機器人課程中每一節(jié)課都是一個小系統(tǒng)，它從屬于單元教學系統(tǒng)，小系統(tǒng)的目標為大系統(tǒng)服務，又需要具有自身的獨特個性及運作體系，整個教學環(huán)節(jié)一環(huán)扣一環(huán)，促進學生從思維、創(chuàng)新、技能三個方面發(fā)展。

創(chuàng)新性? 在課程中，機器人、積木等設備不能簡單機械地應用于教學。課程內容、教學設計、教學模式、評價方式等應根據(jù)課程目標進行創(chuàng)新，使得課程具有自己的特色。同時，在教學過程中，學生不再局限于固定的教學模式下，可以自由發(fā)揮創(chuàng)新能力。

靈活性? 機器人課程的開設本身就具有靈活性，既可以作為系統(tǒng)課程，也可以是課外活動。在教學活動中，機器人教育模式不同于傳統(tǒng)教學，不用按部就班一一進行，而應依據(jù)教學情境、學生情況，靈活開展教學。

開放性? 機器人教育課程應具備開放性，不僅限于課堂常規(guī)學習，也可作為家庭的益智活動，利用社會眾多資源，連通課上、課下、校內、校外，以及引進虛擬機器人教育平臺，鼓勵學生家長共同參與。

3 機器人教育課程設計

課程設計一詞具有多義，既可以指為學習某一課程內容而進行的設計，也可以指對某一課程進行教學策劃的系統(tǒng)化活動。泰勒的《課程與教學基本原理》一書圍繞課程目標、課程內容、經(jīng)驗組織、課程評價四個方面展開，奠定了現(xiàn)代課程理論框架[3]。基于此，本研究構建了圖1所示課程設計模型。

課程目標? 課程目標既是教學行為的目標和方向，也是教學活動的起點和落腳點，它規(guī)定著學生通過一段時間的學習所到達的期望程度[4]。課程目標一般來源于對學習對象、學習環(huán)境等的分析。下面通過對學習對象分析以及學習環(huán)境分析來確定課程目標。

1）學習對象分析。中小學生是機器人教育的主要群體。據(jù)調查，他們中的大多數(shù)對機器人教育課程有著濃厚興趣，但機器人教育中涉及的編程和程序操作等，對中小學生的抽象思維要求較高，在教師講解過程中容易使學生注意力不集中，興趣低下。同時，中小學生對于機器人這門新興科目普遍存在基礎知識不足，創(chuàng)新意識薄弱，實踐能力還需引導，團隊協(xié)助意識不強等問題[5]。因此，機器人課程應初步確立以下課堂教學目標：

①知識目標：掌握機器人基礎知識，認識零件以及了解如何拼接。

②技能目標：搭建簡易機器人，進行編程，操作運行，積極參與探討，制訂計劃，與同學進行分工合作并分享交流。

③情感態(tài)度目標：敢于嘗試，具有團隊協(xié)作意識與能

力，能面對困難，解決問題。

2）學習環(huán)境分析。機器人教育受到越來越多的人關注，許多學者對它寄予厚望，但在實際的課堂開展中并不順利。目前，機器人教育的課程資源、師資配備、實驗場地大多不完善，學校重視程度不夠，已經(jīng)無法滿足社會需要。因此，為轉變學校觀念，加快課程體系建設，為學生創(chuàng)造更好的學習環(huán)境，開展機器人課程還需做好以下工作：

①豐富課程資源配置，轉變功利觀念，構建適合機器人教育的課程體系;

②加強專業(yè)教師的培訓工作，引入機器人產(chǎn)品、虛擬實驗平臺等拓寬課堂內外聯(lián)系;

③建立學習空間、實驗基地等，擴大家庭以及社會參與程度。

通過對學習對象分析以及學習環(huán)境分析，中小學機器人教育課程總目標是：培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)，促進學生全面且具有特性地發(fā)展。具體體現(xiàn)在以下幾個方面。

1）知識與技能：樹立遠大理想，熱愛科學，自覺關注科學發(fā)展;理解機器人概念，關注機器人未來發(fā)展趨勢以及對社會影響。

2）過程與方法：掌握機器人硬件軟件，能熟練進行編程設計，搭建符合需要的智能機器人;在機器人課程的學習中，能不斷融合其他學科知識，提升自我創(chuàng)新意識與能力。

3）情感態(tài)度：培養(yǎng)分析、歸納能力，能與同學進行協(xié)作，對自己與他人作品結果進行反思;具有豐富的想象力、積極樂觀的態(tài)度，勇于嘗試，保持對世界的求知欲。

課程內容? 機器人教育的課程內容是課程設計的核心要素，課程內容的選擇應符合讓課程實施者更好地開展教學內容的目的。選擇課程內容時要注意與課程目標方向一致，符合中小學生的實際需求，同時具有相應的挑戰(zhàn)性。

根據(jù)學生年齡段不同，可劃分為初中高三個等級，其中初級課程進行基礎知識學習，中級加入適當編程，高級進行綜合應用。從目前開展的課程來看，課程內容主要包含以下幾個方面。

1）基礎知識：認識機器人，包含機器人概念、原理、發(fā)展歷史、應用領域等內容。

2）機器人硬件：熟悉機器人的元器件、硬件結構，控制驅動系統(tǒng)，掌握基本的硬件組裝技巧以及操作、維護方法。

3）機器人編程：認識編程，熟悉編程環(huán)境，掌握編程方法、原理，進行編程設計，開發(fā)程序指揮機器人工作。

4）應用：該模塊是綜合應用，通過前面的學習，能在競賽或項目制作中自由運用所學知識組裝、搭建完成項目。

機器人課程內容是多學科的結合，在突出自身特色時又與各學科相聯(lián)系[6]。課程內容應具有意義，吸引學生參與探索，并且要具有一定的復雜性和相關性，可與信息技術、數(shù)學、物理等學科進行整合，喚起學生已有知識經(jīng)驗，綜合應用各學科知識，以“做中學”的方式促進學生的科學素養(yǎng)和創(chuàng)新實踐能力發(fā)展。

學習活動設計? 學習活動是指學生群體與教師或學習伙伴為完成特定目標而進行的操作總和。學習活動過程包含教師活動與學生活動，應構建“做中學”并延伸到“學中創(chuàng)”的學習模式，學生通過模仿教師進行學習，最終實現(xiàn)自我創(chuàng)新。

1）知識學習。通過情境創(chuàng)設，教師引導學生積極參與并通過課件演示和講解等方式輸入基礎知識;學生通過基礎知識學習，明確學習目標，了解機器人的概念等常識性知識，思考提問并積極參與討論，形成一定知識儲備，保證下一步的學習創(chuàng)作。

2）模仿創(chuàng)造。教師講解實驗項目，通過操作或功能展示，讓學生了解項目特點、重難點以及注意事項;學生通過理解以及觀察教師操作，明確自己的任務，在教師的指導下進行操作模擬，也可以分組與同學進行自主探究，激發(fā)自我創(chuàng)造潛能與團隊合作意識。

3）任務驅動。教師發(fā)布任務，創(chuàng)設相應情境，設定比賽規(guī)則;學生分組競賽，通過頭腦風暴進行討論，設計方案，明確分工，整個過程自己動手實踐，利用多媒體手段解決問題;教師最后進行統(tǒng)一點評。

4）分享交流。教師組織分享活動，引導學生積極參與，并進行現(xiàn)場的指導答疑;學生可采用PPT等形式進行成果展示，分享自己在制作過程中遇到的問題和收獲，以達到認知、行為、情感的發(fā)展。

課程評價? 課程評價是檢驗課程設計效果的有效方式，并依此進行課程改進。隨著機器人競賽的蓬勃發(fā)展，學校開展的機器人課程更多服務于競賽，以競賽成績?yōu)橐罁?jù)，忽視了機器人教育的隱性效果，即培養(yǎng)學生創(chuàng)作能力與動手能力。因此有必要建立評價內容、評價方式多元化的評價模式，轉變學校以及社會的功利性觀念，有效地改進教學，推進基礎課程的順利實施。

1）內容的多元化評價。評價內容應與課程目標一致，除掌握學科知識外，還應依據(jù)課程目標從學生的創(chuàng)新能力、編程能力、綜合應用能力、觀察能力、學習的態(tài)度與方法等多方面進行評價。

2）形成性評價。學生的學習效果通過形成性評價進行判別。教師可以通過記錄活動日志以及評價量表觀察學生各階段的學習情況、作業(yè)情況，幫助學生認識學習過程中存在的問題，并獲取教學反饋信息，及時進行教學反思和調整，以更好地促進學生學習。同時，學生之間、小組內部可進行互評，使學生站在不同角度給出更多建議。

3）總結性評價。總結性評價一般是在課堂教學完成時，為教學活動的最終效果進行評價。教師通常通過期末考試、結業(yè)考試等方式進行判定，從多維度評價學生是否掌握所學知識，創(chuàng)新實踐能力是否有所提高。

4 結語

機器人教育是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的有效活動，通過機器人課程，學生獲得一個創(chuàng)作空間，沒有傳統(tǒng)課堂的更多束縛，自由發(fā)揮想象，促進自我發(fā)展。隨著機器人教育在中小學課堂的普及和深入，許多問題也將逐漸顯露，如技術不斷更新、學生的差異性、機器人教育的特殊性等使得機器人課程設計對教育工作者來說是一個巨大挑戰(zhàn)。本文對機器人教育的課程設計進行了一定的理論和實踐探究，深度和廣度存在不足，在今后的實踐過程中需要不斷地調整和更新。同時希望更多的一線教育工作者提出寶貴的意見，為我國的機器人教育貢獻一份力量?！?/p>

參考文獻

[1]王同聚.中小學機器人教學中“微課”的制作與應用研究[J].中國電化教育，2014（6）：107-110.

[2]王同聚.“微課導學”教學模式構建與實踐：以中小學機器人教學為例[J].中國電化教育，2015（2）：112-117.

[3]張元立.面向師范生的“機器人教育”課程設計與資源開發(fā)研究[D].重慶：重慶師范大學，2017.

[4]余顯志.STEM教育理念下的慧魚機器人課程教學設計研究[D].廣西：廣西師范大學，2017.

[5]鐘柏昌，張祿.我國中小學機器人教育的現(xiàn)狀調查與分析[J].中國電化教育，2015（7）：101-107.

[6]張爽.創(chuàng)客教育視域下中小學機器人教學活動設計研究[D].江蘇：江南大學，2017.