李雪芳

摘 要：STEAM代表科學（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Arts）、數(shù)學（Mathematics），STEAM教育是一種新型教學模式，采用綜合性教學方式將各方面知識整合到一起。機器人教育課程中包含機械、電子、數(shù)學、計算機、自動化等多個學科內(nèi)容，因此可以將二者相結(jié)合，構(gòu)建全新機器人教育模式，提高學生的綜合創(chuàng)新能力?；诖?，本文分析了STEAM教育與機器人教育之間的聯(lián)系，提出了基于STEAM的機器人教育體系，以及可行的教育實踐方案，以期為相關(guān)工作者提供參考，從而使學生全面發(fā)展綜合素質(zhì)，成為服務(wù)于社會的可用之才。

關(guān)鍵詞：STEAM教育;機器人教育;課程實踐

STEAM教育理念的核心是將科學、技術(shù)、工程、藝術(shù)以及數(shù)學五個互相關(guān)聯(lián)的科目緊密融合在一起，使學習的主要科目與現(xiàn)實的關(guān)聯(lián)性加強。STEAM教育作為新型的教學模式，具有很強的體驗性、創(chuàng)新性、合作性、自主性，將其與機器人教育相結(jié)合，可以更好地適應(yīng)當今社會對人才的全方位需求，順應(yīng)機器人教育領(lǐng)域的未來發(fā)展方向。因此可以通過構(gòu)建完善的基于STEAM的機器人教育課程體系，使學生處于STEAM教育理念的五門核心學科構(gòu)建的綜合教學情境中，對機器人知識進行充分的學習和掌握，并且將其延伸至科學、藝術(shù)、工程等多個不同領(lǐng)域之中，全面提高其綜合素養(yǎng)。

一、基于STEAM教育理念的機器人教育體系構(gòu)建

當前階段，我國缺少可參考的機器人教育創(chuàng)新理論和實際教學案例，機器人教育領(lǐng)域內(nèi)尚未形成完善教學體系?，F(xiàn)有的機器人教育體系存在一定問題，如：教學資源缺失、教學融合度不高、教學活動設(shè)計不新穎，等等。為針對這些問題做出有效解決，使機器人教育行業(yè)不斷健康發(fā)展，我國許多相關(guān)工作者做出了研究和探索，并且取得了一定研究成果，如發(fā)明創(chuàng)造性教學模型、VEX機器人教學模式等，雖然這些研究觀點有不同之處，但都為本文的研究和探索提供了一定的參考與借鑒。STEAM教學方式可以有效將幾門分離開來的學科整合在一起，使某一學科的教育不再僅僅局限于這一學科本身的內(nèi)容，而是結(jié)合其他學科進行拓展。機器人教育本身就涉及許多學科的知識，如：電子信息、自動化、機械工程等，因此，可以將其與STEAM教育有機結(jié)合，對機器人教育中現(xiàn)存的問題做出研究，提出行之有效的解決辦法。本文中構(gòu)建的機器人教育體系，是基于STEAM教學理念之上的，因此具有綜合性、設(shè)計性以及個性化等特點，對于開發(fā)和整合教學資源、優(yōu)化教學活動設(shè)計、促進學生自主創(chuàng)新等有很大助益，具體搭建的教學體系框架如圖1。

圖1 基于STEAM教育理念的機器人教育模式

（一）建立多層次、差異化的教學體系

基于STEAM的機器人教學體系以分層次、差異化為教學目標，以興趣驅(qū)動學習為指導理念，將教學體系構(gòu)建完善，具體有以下階段：

1.機器人基礎(chǔ)課程教學

第一階段教學內(nèi)容為機器人相關(guān)基礎(chǔ)課程，學生需要在相應(yīng)的活動主題下，學習機器人的執(zhí)行器、傳感器以及控制器的相關(guān)內(nèi)容，利用配套的器材和用具，搭建結(jié)構(gòu)復雜、功能多樣化的機器人裝置與模型，讓學生通過這一教學內(nèi)容理解基本的機器人概念，為編程、創(chuàng)新等能力的長久發(fā)展與進步打下良好基礎(chǔ)，使學生基本體會STEAM教育的內(nèi)涵。在教學目標的設(shè)置上，應(yīng)結(jié)合生活中的實際案例，使學生在引導下對機器人知識與機械工程知識、電子信息知識形成初步的理解與整合，使學生解決生活實際問題的能力得到提高，整體的創(chuàng)新思維能力得到有效培養(yǎng)和鍛煉，為今后的長期學習打下良好的基礎(chǔ)。

2.機器人編程的基礎(chǔ)

這一階段的教學主要需要讓學生充分掌握基本的機器人編程課程，讓學生通過熟練運用計算機技術(shù)，利用機器人編程和傳感技術(shù)搭建機器人，并用圖像化的編程控制所搭建機器人的硬件設(shè)備，搭建出的機器人可以參與基礎(chǔ)的工程搭建活動和教學活動中，這一階段的教學可以提高學生思維邏輯水平和實際動手能力。

3.個性化項目教學

該階段教學重點培養(yǎng)學生將機器人技術(shù)整合的能力，挑戰(zhàn)具有一定難度的項目，如：智能巡線機器人、智能小車行人跟隨、智能小車圖像識別等，以解決現(xiàn)實生活中的實際問題作為目標，使機器人教育中的部分問題得到解決，使學生整合科學、技術(shù)、工程等不同學科知識的能力得到提高，并可以有效將其運用至機器人的實際設(shè)計與搭建工作中。

該教學體系對于課程的安排充分體現(xiàn)了差異化設(shè)計，通過此舉將不同層次的機器人技術(shù)分別置于不同程度的STEAM教學中，使學生循序漸進地了解并學習到相關(guān)知識，使認知水平存在差異的學生也能融入教學體系的不同階段。這種分層次的教學方式，可以使學生的學習符合自身水平，使其整體的思維能力和動手能力得到有效提高。

（二）教學具有側(cè)重點，引領(lǐng)、整合為要

STEAM機器人教學體系應(yīng)具有側(cè)重點，雖然在運用該體系開展教學時需要學生在接受機器人教育的同時，還要對各種其他相關(guān)學科的知識有一定的掌握，再將其他學科的知識運用至機器人的設(shè)計和制作中，使得制造出的機器人可以更好地解決生活中的實際問題。因此，在STEAM機器人教學體系的構(gòu)建中應(yīng)全程貫穿引領(lǐng)與整合的教育理念，在三個階段的教學工作中應(yīng)各有其不同的教學側(cè)重點。在基礎(chǔ)課程階段，學生往往對機器人的認識不足，缺少相關(guān)的知識作為支撐，且欠缺應(yīng)有的動手能力，但這一階段的學生興趣強烈，較容易接受新知識。因此該階段應(yīng)選擇生動有趣、生活化的機器人項目，融入基礎(chǔ)的機械工程內(nèi)容和電子信息內(nèi)容，提高學生的興趣和參與感。例如：在搭建機器人的執(zhí)行器時，其機械部分，學生可以初步認識輪軸、滑輪、齒輪、杠桿以及摩擦力和麥克納姆輪等基礎(chǔ)機械原理，并通過實踐產(chǎn)生一定理解，從而提高其學習興趣。

（三）與高校合作為機器人項目實踐的開展提供強大的技術(shù)支撐

經(jīng)過基礎(chǔ)理論學習和初步的實踐鍛煉后，可以在此時開展更加深層面的教學工作，深層次教學工作應(yīng)以項目作為指導，將主要精力集中在實踐應(yīng)用方面。但是中學的師資力量通常難于支撐學生有效地開展實踐，為了保障這方面工作順利有效地展開，與高校合作，提供智庫保障，為機器人項目實踐開展提供技術(shù)支撐，可以提供在內(nèi)容和形式上均有一定創(chuàng)新的課程，大力支持學生參與到項目的學習中去，解決生活中的問題，從而提高學生的創(chuàng)新應(yīng)用能力。

二、基于STEAM教育理念的機器人教育實踐方案

（一）構(gòu)建三層教學體系，促進知識整合

1.豐富層次內(nèi)容

在設(shè)置教學內(nèi)容時，應(yīng)針對三個不同的教育層次分別設(shè)置不同的教學內(nèi)容，第一層次中，學生可以通過參與嵌入式課程教學，學習機器人相關(guān)的基礎(chǔ)知識等。第二層次中，需要充分結(jié)合第一層次所學的知識，對機器人構(gòu)建的不同硬件所需要的不同編程知識進行了解和掌握，將先進的計算機技術(shù)和數(shù)學知識傳授給學生，學生可以將這些知識直接應(yīng)用到機器人的搭建中，降低了程序出現(xiàn)混亂錯誤情況的發(fā)生。第三層次中，教師應(yīng)時刻關(guān)注學生是否具備利用教學內(nèi)容處理生活中的實際問題的能力，使課程設(shè)置接近生活，服務(wù)于生活，讓學生可以運用多種學科的專業(yè)技能，將知識充分整合在一起。

2.實驗教學體系

可以開設(shè)實驗教學體系，將最新開發(fā)出來的知識領(lǐng)域與新型教學方式應(yīng)用到實際教學工作中，在教學中融入多種學科的尖端知識與技術(shù)，讓學生在改革后的實驗教學體系中充分吸收知識，完成相應(yīng)的學習任務(wù)，從而提升教學創(chuàng)新性。教師在實驗教學體系應(yīng)用過程中應(yīng)全程對其進行觀察和記錄，發(fā)現(xiàn)存在的問題要及時對其進行解決。

3.及時修正教學體系缺陷

在實驗教學體系投入應(yīng)用后，教師需要隨時觀察教學情況，對實驗教學體系中的問題及時修正，運用一定手段和措施進行改進，將問題解決后改進整體教學體系，再反復進行實驗教學，使基于STEAM教育理念的機器人教育系統(tǒng)更加完善。

（三）建立STEAM機器人學習生態(tài)系統(tǒng)

1.設(shè)置多樣化課程

要使STEAM背景下的機器人教育形成完善的教育生態(tài)系統(tǒng)，不能僅僅將學習過程局限于學校內(nèi)部?？梢耘c高校合作定期在外舉辦活動，或開展夏令營、冬令營活動等多樣化課程內(nèi)容，在課程選擇上也要充分結(jié)合STEAM要求的多樣化發(fā)展。使學生能夠在不同課程、不同教學情境下體會機器人教育的樂趣，從而提高學習興趣。

2.與高校結(jié)合建立優(yōu)質(zhì)教育團隊

目前階段大多數(shù)機器人課程的教師都是從基礎(chǔ)教學領(lǐng)域中走出來的，在許多方面無法符合STEAM教育理念多元化的要求，而高校的師資力量與機器人的資源豐富，因此，與高校合作可以培養(yǎng)具備專業(yè)STEAM素質(zhì)的教育團隊，形成機構(gòu)自身的優(yōu)秀師資力量儲備，將各學科、各專業(yè)的教師相融合，使師資力量更加完善和壯大。

3.全方位創(chuàng)造學習環(huán)境

STEAM背景下的機器人教育課程要想順利開展需要學校、家庭、學生自身等多方共同努力，學校和家庭需要為學生創(chuàng)造合適的學習環(huán)境，學?？梢蚤_設(shè)相應(yīng)的教學項目，家庭內(nèi)部也可以創(chuàng)設(shè)相應(yīng)的教學情境，使學生對機器人學習的興趣提高，促進學生全面發(fā)展。

結(jié)束語

STEAM背景下的機器人教育課程重視學習過程中的能力提高，通過對STEAM背景下的機器人教育課程實踐的探究，構(gòu)建全新的機器人教育課程體系，對提高學生的綜合素養(yǎng)和解決問題的能力有很大幫助，可以為學生的人生發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻

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本文系教育部福建師范大學基礎(chǔ)教育課程研究中心2019年度開放課題：STEAM教育理念的高一機器人教育課程開發(fā)（課題編號：KCZ-2019011）主要研究成果。

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