侯的平，韓 俊，管 昕，吳志慶，傅澤祿，許玉球

（廣東科學(xué)中心，廣東廣州 510006）

0 引言

科普場館是青少年非正規(guī)教育的主要陣地，它不僅是對青少年進行科學(xué)教育的第二課堂，同時也是對公眾進行終身科學(xué)教育的重要場所[1]。科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)（ STEAM）教育在全球興起的背景下，國內(nèi)科技館作為科普場館的典型代表，正面臨如何創(chuàng)新和提升與中小學(xué)校結(jié)合的科學(xué)教育模式的問題[2-7]。為全面貫徹黨的十九大、“科技三會”及廣東省科技創(chuàng)新大會精神，推進廣東省中小學(xué)科學(xué)普及教育，全面提升青少年的科技創(chuàng)新能力和科學(xué)素養(yǎng)，2018年5月，廣東省科技廳、廣東省教育廳[8]聯(lián)合印發(fā)《廣東省“館校結(jié)合”科普育人工程工作方案》，以推動“科普場館+中小學(xué)校”緊密結(jié)合，打造可復(fù)制、易推廣的廣東省館校結(jié)合科普育人模式典型代表。本文以廣東科學(xué)中心創(chuàng)意機器人創(chuàng)新實踐教育為例，探討基于以上政策平臺而開展的館校結(jié)合科普育人創(chuàng)新模式。

1 館校結(jié)合科普育人模式的要素關(guān)系

模式探討的是與事物相關(guān)要素的結(jié)合形式，需要解決理論和實踐相結(jié)合的問題，具有重復(fù)性、結(jié)構(gòu)性和可操作性等特征。在構(gòu)思進校園的科學(xué)教育時，廣東科學(xué)中心選取教育機器人作為其中一個方向。面對國內(nèi)機器人教育活動形式偏少、設(shè)備昂貴、師資匱乏、商業(yè)化、模塊化及高端化等現(xiàn)狀，廣東科學(xué)中心聯(lián)合華南理工大學(xué)和省內(nèi)有關(guān)高新企業(yè)，經(jīng)過可行性研究，設(shè)立“創(chuàng)意機器人”主題，作為面向中小學(xué)生教育機器人的一個分支體系，立足自主研發(fā)具有低成本、易普及、易操作等特點的機器人教育資源，進行創(chuàng)新實踐教育的探索和實踐[3]?；趧?chuàng)意機器人的館校結(jié)合科普育人模式，要考慮的相關(guān)因素很多，包括組建團隊、經(jīng)費籌措、資源開發(fā)、教師培訓(xùn)、活動模式、推廣平臺等，這些要素之間的關(guān)系不是單向關(guān)聯(lián)的，而是雙向甚至是多向互動的，如圖1所示。

圖1 基于創(chuàng)意機器人的館校結(jié)合科普育人模式的要素關(guān)系

2 以產(chǎn)學(xué)研項目形式組建團隊

機器人技術(shù)是綜合了計算機、控制論、機構(gòu)學(xué)、信息傳感技術(shù)、人工智能及仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)，是具有綜合性、前瞻性和先導(dǎo)性等特點的研究成果和前沿技術(shù)[9]；而機器人教育則具有趣味性、創(chuàng)新性和可操作性等特點。在研究以科技館為主體和樞紐開展基于創(chuàng)意機器人的館校結(jié)合科普育人模式時，我們應(yīng)該將高校、科研機構(gòu)和高新企業(yè)等前沿技術(shù)代表囊括進來，以產(chǎn)學(xué)研項目的形式組建團隊。高等院校、科研機構(gòu)擁有雄厚師資和強大的研發(fā)實力，與它們合作可開發(fā)專業(yè)性和方向性較強的教育內(nèi)容[10]。多年來，廣東科學(xué)中心與華南理工大學(xué)和廣東省相關(guān)高新企業(yè)進行合作，其中，廣東科學(xué)中心的團隊負(fù)責(zé)教育平臺的搭建和活動的組織實施以及教具教案的培訓(xùn)輔導(dǎo)和推廣，華南理工大學(xué)的團隊著重教具教案的研發(fā)和培訓(xùn)，高新企業(yè)負(fù)責(zé)套件的測試與生產(chǎn)，從而組建了“研發(fā)－生產(chǎn)－應(yīng)用－普及推廣”的科普項目團隊，為項目的持續(xù)實施提供了第一資源的保障。

3 以科研項目或科技教育專項形式籌措經(jīng)費

以科技館為主體和樞紐開展創(chuàng)意機器人教育活動，其中一個目的是盡量淡化商業(yè)化，達到對國內(nèi)機器人教育普遍高端化的有效補充，保持低成本、易普及、易操作的特色。根據(jù)創(chuàng)意機器人科技創(chuàng)新教育“創(chuàng)新創(chuàng)意、展示交流、科普育人”的公益宗旨，我們通過申請各類項目經(jīng)費，解決了研發(fā)、生產(chǎn)、應(yīng)用和普及推廣費用，這也是項目能持續(xù)推進的關(guān)鍵因素。實踐證明，青少年階段的科普育人需要政府資源的投入才能淡化商業(yè)化，才能實現(xiàn)扎實育人的目的。

4 教具教案研發(fā)從前瞻和簡化著手

多學(xué)科的特點使得機器人非常適合成為青少年創(chuàng)新能力培養(yǎng)的載體，但教具教案研發(fā)只有與世界前沿思想和技術(shù)掛鉤，才能對青少年科技創(chuàng)新能力的培養(yǎng)有超前或現(xiàn)實意義，因此，在創(chuàng)意機器人教具教案研發(fā)方面，應(yīng)緊扣科技前沿，以STEAM教育理念為導(dǎo)向，提煉現(xiàn)實中多種復(fù)雜機器人系統(tǒng)的核心思想，設(shè)計適合青少年的主題式、普適型教育機器人簡化模型，并基于邏輯芯片和編程芯片兩種不同的控制器實現(xiàn)對機器人的功能控制[3]。實踐證明，這種從前瞻和簡化著手研發(fā)的教具，能夠大大降低廣大青少年認(rèn)識和制作機器人的準(zhǔn)入門檻，有利于面向青少年普及推廣。例如，2019年第八屆廣東省創(chuàng)意機器人大賽以“未來城市生活——無人駕駛車”為主題，要求研發(fā)無人駕駛車機器人套件和賽道（見圖2），對教具的主題和內(nèi)容設(shè)計前瞻性地響應(yīng)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，積極關(guān)注無人駕駛車這一社會熱點，讓學(xué)生暢想未來交通情景和汽車設(shè)計概念，親身體驗科技和生活融合的實踐過程。教具研發(fā)是把現(xiàn)實機器人“抽絲”簡化的過程，就是將復(fù)雜機器人系統(tǒng)的核心思想提煉出簡化模型，轉(zhuǎn)換成科普套件。無人駕駛車機器人教具利用紅外模塊模擬探測傳感器，利用邏輯門芯片模擬控制系統(tǒng)，設(shè)置如沿車道行駛、過紅綠燈、停車入庫等耳熟易懂的自主駕駛功能；此外，學(xué)生還可以自己拓展新的自主駕駛功能；旨在為學(xué)生預(yù)留更大的創(chuàng)意空間。學(xué)生需綜合應(yīng)用科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)，乃至藝術(shù)等知識和技能，才能制作出功能更齊全、更富有創(chuàng)意的無人駕駛車。

圖2 無人駕駛車機器人套件和賽道

5 教師培訓(xùn)平臺向農(nóng)村中小學(xué)校傾斜

以科技館教育資源實施青少年科技創(chuàng)新能力培養(yǎng)，關(guān)鍵是要突破館?？缃绫趬荆酿^校間的橋梁——教師著手。創(chuàng)意機器人教師采取非線性模式，同時結(jié)合“講座+DIY”、翻轉(zhuǎn)課堂、線上線下、慕課和創(chuàng)客等多種形式，免費培訓(xùn)全省科技類教師[11-12]。實踐證明，這種與國際接軌的“科技館培訓(xùn)學(xué)校教師-學(xué)校教師培養(yǎng)學(xué)生”的“館校結(jié)合·科學(xué)教育”模式（見圖3），有效解決了科學(xué)普及輔導(dǎo)力量不足的問題。近兩年來，配合廣東省科技廳實施“粵東西北地區(qū)農(nóng)村中小學(xué)?？茖W(xué)館（室）建設(shè)試點示范”項目的落地工作，創(chuàng)意機器人教師培訓(xùn)已經(jīng)滲透到粵東西北農(nóng)村中小學(xué)校，加強了農(nóng)村學(xué)?？萍驾o導(dǎo)力量。

圖3 “館校結(jié)合·科學(xué)教育”模式

6 建立螺旋上升的活動模式

創(chuàng)意機器人科普育人模式兼顧普適型和拔尖型學(xué)生的培養(yǎng)（見圖4）。在普適型科普教育方面，根據(jù)學(xué)校課程安排情況，創(chuàng)意機器人教育資源可轉(zhuǎn)化成學(xué)校的一次科技活動課、一系列科技課程，或機器人主題的科技比賽活動，甚至是作為學(xué)校科技節(jié)的活動內(nèi)容，形成以創(chuàng)意機器人活動進校園、冬（夏）令營、學(xué)校-區(qū)-市多級機器人競賽、研學(xué)營、大賽等教育支點的系列創(chuàng)新實踐活動[13]。在拔尖型科普教育方面，以年度特訓(xùn)營形式對機器人特長生實施為期一周的創(chuàng)客集訓(xùn)。從特訓(xùn)營中走出來的學(xué)生，基本都掌握一套科學(xué)探究思路，具備創(chuàng)客能力。

圖4 普適型和拔尖型相結(jié)合的創(chuàng)意機器人系列活動教育平臺

創(chuàng)意機器人教育以螺旋上升模式實施系列創(chuàng)新實踐活動（見圖5），包括普及型的創(chuàng)意機器人進校園、預(yù)賽，挑戰(zhàn)型的研學(xué)、決賽，以及研究型的創(chuàng)客集訓(xùn)，逐級提升青少年創(chuàng)新能力和科學(xué)素養(yǎng)，分層級培養(yǎng)科技后備力量。據(jù)不完全統(tǒng)計，館校結(jié)合科普育人模式已走出了北大、科大、華工等理工科尖子生，第一屆的特訓(xùn)營學(xué)生目前已進入博士學(xué)習(xí)的攻堅階段。

圖5 創(chuàng)意機器人教育螺旋上升的活動模式

7 搭建“大科普”推廣平臺

有了適用的教育載體和活動形式，要想持續(xù)推進館校結(jié)合科普育人工作，傳播推廣平臺的搭建是不可或缺的?？萍拣^主動發(fā)揮樞紐作用，建立多層級、多形式聯(lián)系上級部門和學(xué)校的渠道，是科技館科學(xué)教育活動能和學(xué)校長期、緊密結(jié)合的有效途徑[14-17]。在傳播推廣模式方面，創(chuàng)意機器人項目搭建了大科普推廣平臺，以廣東科學(xué)中心為樞紐，與教育主管部門、行業(yè)協(xié)會、各地科技館、科協(xié)，以及省內(nèi)外、境外機構(gòu)等相結(jié)合，形成跨部門、大聯(lián)合的館校結(jié)合科普育人傳播推廣模式（見圖6），突破科技館系統(tǒng)和中小學(xué)教育系統(tǒng)之間的壁壘，以項目資助和學(xué)校自助的方式廣泛開展科普教育活動。館校結(jié)合科普育人模式在向粵港澳大灣區(qū)延伸時，以創(chuàng)意機器人作為切入點，通過香港青少年科學(xué)院、澳門科學(xué)館等機構(gòu)，與港澳中小學(xué)校開展創(chuàng)意機器人系列教育活動合作，探討粵港澳大灣區(qū)科學(xué)教育的協(xié)同發(fā)展之路。

圖6 館校結(jié)合科普育人傳播推廣模式

8 結(jié)語

目前，廣東科學(xué)中心的創(chuàng)意機器人創(chuàng)新實踐教育項目共研制了21套教具教案，先后獲得10余項實用新型和外觀設(shè)計專利授權(quán)，教具教案已在全省21個地市的學(xué)校推廣普及超過7 000多家（次），并傳播輻射到省外和境外的香港、澳門，以及國外的韓國、馬來西來、土耳其等地，直接參與的師生超過24萬人次，其中培訓(xùn)全省科技類教師超過2萬人次，普惠粵東西北欠發(fā)達地區(qū)中小學(xué)生約10萬人，取得良好的社會效益，被報刊、電視、網(wǎng)絡(luò)等媒體廣泛傳播。以創(chuàng)意機器人為載體的館校結(jié)合科普育人模式已成為廣東省館校結(jié)合科普育人工程的典型案例，在全省中小學(xué)校進行廣泛傳播、復(fù)制和提升，積極推動廣東省館校結(jié)合STEAM教育的創(chuàng)新實踐和發(fā)展。

由政府支持，科技館和科研院所、行業(yè)組織聯(lián)手“搭臺”，各中小學(xué)校“唱戲”，可以持續(xù)推動館校結(jié)合科普育人模式的創(chuàng)新發(fā)展，因此，館校結(jié)合科普育人模式還需各相關(guān)部門長期、持續(xù)地支持。另外，科普界鼓勵廣大科普人員進行科普產(chǎn)品的研制，教育界卻限制基于產(chǎn)品的教育活動，認(rèn)為其會帶來負(fù)面影響，但筆者認(rèn)為，教育活動需要一定的內(nèi)容來承載，以及需要用一定的形式來呈現(xiàn)。因此，教育部門在理順科技教育活動的內(nèi)容和形式時，要兼顧教育資源發(fā)達地區(qū)和欠發(fā)達地區(qū)的現(xiàn)實情況，兼顧大部分普通學(xué)生的科技素質(zhì)培養(yǎng)迫切性和少部分拔尖學(xué)生的特殊需求，切勿盲目摒棄基于科普產(chǎn)品的教育活動。