聶佳琦 馬燕 范文翔

摘? ?要：STEAM教育的跨學(xué)科、情境性、做中學(xué)、綜合性、協(xié)作學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)性等理念，為機(jī)器人教育的改革提供了新思路。文章首先闡述了STEAM教育的六大核心理念，然后分析STEAM影響下的機(jī)器人教育的發(fā)展趨勢(shì)，并以STEAM教育理念為基礎(chǔ)，在創(chuàng)客平臺(tái)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支撐下，從教學(xué)分析、學(xué)習(xí)支架設(shè)計(jì)、教學(xué)工具與資源開發(fā)、教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)施、教學(xué)評(píng)價(jià)等五個(gè)方面構(gòu)建機(jī)器人教育模式，最后以中山大學(xué)深圳附屬學(xué)校機(jī)器人訓(xùn)練營(yíng)的《循跡小車的組裝與應(yīng)用》課程為例，驗(yàn)證了該模式的有效性。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人教育;STEAM教育;教學(xué)模式;實(shí)踐探究

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1673-8454（2021）16-0022-05

一、引言

創(chuàng)新人才是知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代下國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，是我國(guó)由“中國(guó)制造”向“中國(guó)創(chuàng)造”轉(zhuǎn)變的必要條件。國(guó)家提出要加大基礎(chǔ)教育新課程改革力度，著力培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力與創(chuàng)造能力。機(jī)器人教育作為一種全新的教育方式，以問(wèn)題或項(xiàng)目為起點(diǎn)，旨在推進(jìn)跨學(xué)科知識(shí)融合，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力。然而，目前國(guó)內(nèi)機(jī)器人教育過(guò)分關(guān)注智能機(jī)器人的炫酷，缺乏科學(xué)的教育設(shè)計(jì)和基礎(chǔ)性學(xué)科與跨學(xué)科知識(shí)的融合注入，使之無(wú)法滿足現(xiàn)代化人才培養(yǎng)的需要。

作為有著豐富理論與實(shí)踐基礎(chǔ)的STEAM教育，其跨學(xué)科、綜合性、協(xié)作學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)性等教育理念對(duì)機(jī)器人教育的發(fā)展有著積極的借鑒作用。一方面，STEAM教育的跨學(xué)科、綜合性等理念，使機(jī)器人教育能更好地融入基礎(chǔ)性學(xué)科知識(shí)，教育設(shè)計(jì)更加科學(xué)、有效，而這恰恰是目前機(jī)器人教育的薄弱環(huán)節(jié)。另一方面，STEAM教育理念可以豐富機(jī)器人教育的教學(xué)內(nèi)容與方法，使其目標(biāo)、方向與實(shí)施過(guò)程更加清晰，更符合現(xiàn)代人才培養(yǎng)的需求。

鑒于此，本文嘗試以STEAM教育理念為基礎(chǔ)，構(gòu)建基于STEAM理念的機(jī)器人教育模式，并將該模式應(yīng)用于中山大學(xué)深圳附屬學(xué)校機(jī)器人教育中，以期為我國(guó)機(jī)器人教育的開展，提供一些有益的參考與啟發(fā)。

二、STEAM教育與機(jī)器人教育

1.STEAM教育

STEAM教育源于美國(guó)，其前身為20世紀(jì)80年代提出的STEM教育，涵蓋了科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、數(shù)學(xué)（Mathematics）等四門學(xué)科的綜合知識(shí)。2006年，美國(guó)弗吉尼亞理工大學(xué)的Yakman教授將代表人文藝術(shù)的Arts融入到已有的STEM教育中，從而形成了STEAM教育[1]。STEAM教育綜合科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)和藝術(shù)的特點(diǎn)，整合了知識(shí)的獲取、方法與工具的利用以及創(chuàng)新生產(chǎn)的過(guò)程，以系統(tǒng)、聯(lián)系思維促進(jìn)教育多元化發(fā)展。

STEAM教育的幾門學(xué)科之間緊密相連，以整合的教學(xué)方式，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力[2]。融合的STEAM教育具有新的核心理念，主要體現(xiàn)在跨學(xué)科、情境性、做中學(xué)、綜合性、協(xié)作學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)性等六個(gè)方面。

“跨學(xué)科”是指鼓勵(lì)學(xué)生跨學(xué)科界限，融入基礎(chǔ)性學(xué)科知識(shí)，建立起現(xiàn)實(shí)生活與科學(xué)、技術(shù)等學(xué)科之間的聯(lián)系，提高利用不同學(xué)科知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力;“情境性”重視情境的構(gòu)建，鼓勵(lì)學(xué)習(xí)者理論聯(lián)系實(shí)踐，靈活地解決問(wèn)題;“做中學(xué)”強(qiáng)調(diào)以活動(dòng)為基礎(chǔ)、基于問(wèn)題解決的學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)向?qū)嵺`的轉(zhuǎn)變;“綜合性”要求學(xué)生結(jié)合自己的興趣，綜合利用科學(xué)、技術(shù)、工程等多方面知識(shí)與技能，培養(yǎng)自己的創(chuàng)造能力;“協(xié)作學(xué)習(xí)”鼓勵(lì)學(xué)生以協(xié)作學(xué)習(xí)的方式，提出問(wèn)題、解決問(wèn)題，并對(duì)學(xué)習(xí)成果進(jìn)行評(píng)價(jià)[3];“設(shè)計(jì)性”指通過(guò)學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)的方式，促進(jìn)知識(shí)的融合與遷移運(yùn)用[4]。

2.機(jī)器人教育

智能機(jī)器人融入了云計(jì)算、人工智能、電子技術(shù)、圖像處理等先進(jìn)技術(shù)，是近年來(lái)高新技術(shù)研究的熱點(diǎn)。機(jī)器人教育是指以智能機(jī)器人為主要教學(xué)內(nèi)容或教學(xué)工具而開展的教與學(xué)活動(dòng)，旨在通過(guò)智能機(jī)器人的學(xué)科教育，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維與實(shí)踐能力[5]。教育部正式頒布的《普通高中技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》，首次在高中《信息技術(shù)》《通用技術(shù)》課程中分別設(shè)立了“人工智能初步”“簡(jiǎn)易機(jī)器人制作”選修模塊，此后機(jī)器人教育在國(guó)內(nèi)開始逐步發(fā)展[6]。目前，國(guó)內(nèi)已有數(shù)百所學(xué)校開展了機(jī)器人教學(xué)，主要以機(jī)器人教學(xué)和機(jī)器人競(jìng)賽的形式展開[7]。經(jīng)過(guò)十幾年的教學(xué)與實(shí)踐，我國(guó)的機(jī)器人教育取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，已經(jīng)由早期的競(jìng)賽推動(dòng)逐漸向培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新與創(chuàng)造能力方向發(fā)展。

3.STEAM影響下機(jī)器人教育的發(fā)展趨勢(shì)

近年來(lái)，隨著STEAM教育的不斷發(fā)展，其提倡的理念與實(shí)踐已經(jīng)逐漸滲入機(jī)器人教育的各個(gè)環(huán)節(jié)，使機(jī)器人教育更加符合創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需要[8]。因此，在STEAM教育理念的指導(dǎo)下，機(jī)器人教育主要顯現(xiàn)出以下一些發(fā)展趨勢(shì)：

（1）跨學(xué)科綜合發(fā)展

機(jī)器人教育強(qiáng)調(diào)課程結(jié)構(gòu)的跨學(xué)科和多種知識(shí)的運(yùn)用。目前國(guó)內(nèi)機(jī)器人教育缺乏基礎(chǔ)性學(xué)科知識(shí)融合。因此，機(jī)器人教育要延續(xù)STEAM教育跨學(xué)科、綜合性的理念，在教學(xué)活動(dòng)中統(tǒng)籌整合各類知識(shí)，彼此聯(lián)系不可或缺[8]。其培養(yǎng)的重點(diǎn)不僅僅是學(xué)生對(duì)機(jī)器人知識(shí)的掌握能力，更多的是學(xué)生運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力和創(chuàng)造力。

（2）協(xié)同性發(fā)展

機(jī)器人教育是一種全新的開放式創(chuàng)新模式，不是簡(jiǎn)單的親手去做，而是一起來(lái)做[9]。因此，機(jī)器人教育必須打破傳統(tǒng)教育封閉的教學(xué)模式，不僅僅要秉承STEAM教育協(xié)作學(xué)習(xí)等理念，鼓勵(lì)學(xué)生根據(jù)自身的興趣以協(xié)作學(xué)習(xí)的方式解決問(wèn)題，而且要緊跟時(shí)代的腳步，在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行協(xié)作探究。

（3）教育設(shè)計(jì)性增強(qiáng)

科學(xué)的教育設(shè)計(jì)是機(jī)器人教學(xué)活動(dòng)正常開展的重要保證。通過(guò)設(shè)計(jì)不僅可以促進(jìn)學(xué)生知識(shí)的遷移，使其獲得外顯習(xí)得的知識(shí)與能力，而且也是激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和保持學(xué)習(xí)興趣的一個(gè)重要途徑。

（4）情境體驗(yàn)性提升

情境是機(jī)器人教育重要的組成部分，不同的學(xué)習(xí)情境，學(xué)生學(xué)習(xí)情況也不同。因此，有別于傳統(tǒng)教育，機(jī)器人教育重視情境的構(gòu)建，鼓勵(lì)學(xué)生問(wèn)題聯(lián)系實(shí)際，在項(xiàng)目任務(wù)的驅(qū)動(dòng)下獲得在具體情境下知識(shí)應(yīng)用的能力。

三、基于STEAM教育理念的機(jī)器人教育模式構(gòu)建

目前，國(guó)內(nèi)機(jī)器人教育的教學(xué)理論和實(shí)踐案例研究相對(duì)較少，還未形成完善的教學(xué)體系，存在教學(xué)資源不足、基礎(chǔ)性學(xué)科知識(shí)融入不夠、教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)施不夠完善等問(wèn)題。為解決這些問(wèn)題，促進(jìn)機(jī)器人教育的健康發(fā)展，我國(guó)學(xué)者開展了一些有意義的探索。例如，劉淑云等在創(chuàng)客理念的指導(dǎo)下，從教學(xué)目標(biāo)、操作程序、實(shí)現(xiàn)手段、成果轉(zhuǎn)化等方面，構(gòu)建了創(chuàng)客理念下的機(jī)器人教學(xué)模式[10];裘國(guó)永、李玉紅等在分析中學(xué)VEX機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合PBL設(shè)計(jì)性、情境性等特點(diǎn)，構(gòu)建了基于PBL的中學(xué)VEX機(jī)器人教育模式[11];閆妮、鐘柏昌等結(jié)合機(jī)器人教育發(fā)展特點(diǎn)，在分析學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)上，提出了發(fā)明創(chuàng)造型教學(xué)模式[12]。

雖然觀點(diǎn)不近相同，但是這些機(jī)器人教育教學(xué)模式都強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力、創(chuàng)新思維能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，為本研究教育模式的構(gòu)建提供了有益的參考。需要特別指出的是，本研究所構(gòu)建的機(jī)器人教育模式融入了STEAM教育理念，具有跨學(xué)科綜合、設(shè)計(jì)性、情境性等特征，能夠有效地開發(fā)和整合各類優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，優(yōu)化教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)，促進(jìn)學(xué)生開放創(chuàng)新探究式學(xué)習(xí)[3]。

本研究在吸收借鑒已有相關(guān)優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以STEAM教育理念為指導(dǎo)，結(jié)合機(jī)器人教育發(fā)展的趨勢(shì)，在參照ADDIE的流程基礎(chǔ)上，嘗試以教學(xué)設(shè)計(jì)為起點(diǎn)和立足點(diǎn)，圍繞問(wèn)題或項(xiàng)目，在創(chuàng)客平臺(tái)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支撐下，構(gòu)建基于STEAM理念的機(jī)器人教育模式，如圖1所示。該模式基于STEAM教育的六大核心理念，以項(xiàng)目與問(wèn)題為核心，主要包括教學(xué)分析、學(xué)習(xí)支架設(shè)計(jì)、教學(xué)工具與資源開發(fā)、教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)施、教學(xué)評(píng)價(jià)五個(gè)環(huán)節(jié)。

（1）“教學(xué)分析”環(huán)節(jié)

指在機(jī)器人教育開始之前，通過(guò)教學(xué)目標(biāo)分析、學(xué)習(xí)者特征分析、教學(xué)策略設(shè)計(jì)，促進(jìn)機(jī)器人教育三維目標(biāo)（知識(shí)目標(biāo)、技能目標(biāo)、情感目標(biāo)）的實(shí)現(xiàn)。

（2）“學(xué)習(xí)支架設(shè)計(jì)”環(huán)節(jié)

主要是融合了STEAM教育情景性和做中學(xué)的理念，根據(jù)不同的學(xué)習(xí)情景和學(xué)習(xí)對(duì)象，采用情境性支架、問(wèn)題型支架、實(shí)驗(yàn)型支架、策略型支架等多種學(xué)習(xí)支架，促進(jìn)教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)[4]。

（3）“教學(xué)工具與資源開發(fā)”環(huán)節(jié)

該環(huán)節(jié)不僅僅需要建立在已有的信息化軟件、硬件和各種信息化工具上，例如Arduino開源硬件、教育機(jī)器人組裝套件等，而且需要建立在程序設(shè)計(jì)工具、概念圖工具等認(rèn)知工具上，同時(shí)應(yīng)根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和學(xué)習(xí)任務(wù)要求，開發(fā)微課學(xué)習(xí)資源、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源、移動(dòng)學(xué)習(xí)資源等。

（4）“教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)施”環(huán)節(jié)

主要是以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)，在任務(wù)驅(qū)動(dòng)下，采取小組分工、協(xié)作分享、探究實(shí)踐、創(chuàng)造學(xué)習(xí)等不同的學(xué)習(xí)形式，融入相關(guān)基礎(chǔ)性學(xué)科知識(shí)，促進(jìn)學(xué)生不斷地實(shí)踐與創(chuàng)新[4]。

（5）“教學(xué)評(píng)價(jià)”環(huán)節(jié)

結(jié)合STEAM教育設(shè)計(jì)性和綜合性理念，采取自我評(píng)價(jià)、小組和教師評(píng)價(jià)相結(jié)合的形式，從信息工具使用、協(xié)作學(xué)習(xí)、創(chuàng)造力、動(dòng)機(jī)、項(xiàng)目完成情況等多個(gè)維度，對(duì)整個(gè)機(jī)器人教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行客觀、準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)，不斷修訂改進(jìn)。

四、基于STEAM教育理念的機(jī)器人教育實(shí)踐

基于STEAM理念的機(jī)器人教育模式是以信息技術(shù)融合為前提，以“工程”的思想和模式讓學(xué)生“做中學(xué)”，有目的地培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和協(xié)作能力的教育模式，其核心在于創(chuàng)新與實(shí)踐。本研究以中山大學(xué)深圳附屬學(xué)校機(jī)器人訓(xùn)練營(yíng)為研究對(duì)象，在基于STEAM理念的機(jī)器人教育模式的基礎(chǔ)上，開展機(jī)器人教育的實(shí)踐活動(dòng)。

1.教學(xué)分析

（1）教學(xué)目標(biāo)分析

中山大學(xué)深圳附屬學(xué)校機(jī)器人訓(xùn)練營(yíng)——《循跡小車的組裝與應(yīng)用》課程的目標(biāo)是通過(guò)課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能熟悉和掌握循線小車機(jī)器人的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理，獨(dú)立完成循跡機(jī)器人的組裝、編程和調(diào)試[10]。通過(guò)教學(xué)實(shí)踐提高其分析和解決問(wèn)題的能力，通過(guò)小組探究增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)與提高人際交往能力。

（2）學(xué)習(xí)者特征分析

機(jī)器人訓(xùn)練營(yíng)的學(xué)員是來(lái)自中山大學(xué)深圳附屬學(xué)校的10名學(xué)生。作為小學(xué)生，他們思維活躍、學(xué)習(xí)積極性高，具備一定的獨(dú)立思考、概括歸納的能力[11]，在電子和程序設(shè)計(jì)方面有一定基礎(chǔ)，但是學(xué)生對(duì)傳感器相關(guān)知識(shí)了解較少，動(dòng)手能力較差，在團(tuán)隊(duì)協(xié)作和創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面有待提高。

（3）教學(xué)策略設(shè)計(jì)

機(jī)器人教育學(xué)習(xí)形式多樣，注重分享與交流，鼓勵(lì)學(xué)生探究式學(xué)習(xí)。因此，為了提升學(xué)生的綜合能力，教師應(yīng)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生特征分析，在教學(xué)中采用探究學(xué)習(xí)教學(xué)策略、任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)策略、協(xié)作學(xué)習(xí)策略等符合現(xiàn)實(shí)情景的策略與方法。

2.學(xué)習(xí)支架設(shè)計(jì)

本課程以中山大學(xué)深圳附屬學(xué)校機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室和創(chuàng)客空間為基礎(chǔ)，通過(guò)搭建循跡機(jī)器人仿真場(chǎng)地、播放有關(guān)機(jī)器人的視頻短片和展示圖片的方式創(chuàng)設(shè)情境，為青少年提供支撐、承載、聯(lián)結(jié)的情景性支架[13]，引導(dǎo)其進(jìn)入學(xué)習(xí)。同時(shí)，為支持創(chuàng)客教育的開展，機(jī)器人創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室購(gòu)入20多套Arduino元器件、金屬積木結(jié)構(gòu)件、電子模塊等，作為本課程的實(shí)驗(yàn)器材。此外，選用2018年出版的《Ardunio機(jī)器人創(chuàng)客教育課程》為實(shí)驗(yàn)教材，通過(guò)教師演示機(jī)器人操作實(shí)驗(yàn)等方式，為學(xué)生模仿創(chuàng)造提供實(shí)驗(yàn)型支架，促進(jìn)其創(chuàng)造性學(xué)習(xí)。

3.教學(xué)活動(dòng)工具與資源的開發(fā)

豐富的教學(xué)活動(dòng)資源和一定的硬軟件條件是機(jī)器人教育中必不可少的環(huán)節(jié)。Arduino開源硬件是當(dāng)前流行的開源電子原型平臺(tái)，具有簡(jiǎn)易的編程環(huán)境，軟硬件開源并可擴(kuò)展，跨平臺(tái)兼容、教學(xué)成本低等其他平臺(tái)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。作為一種實(shí)用的圖形化編程工具——Mblock，具有操作簡(jiǎn)單、趣味性強(qiáng)、效果直觀等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛運(yùn)用于中小學(xué)機(jī)器人教育領(lǐng)域。因此，本次教學(xué)實(shí)踐采用Arduino開源硬件配合Mblock相關(guān)套件作為機(jī)器人教學(xué)實(shí)踐的硬件平臺(tái)，以Mblock軟件作為機(jī)器人教學(xué)實(shí)踐的軟件開發(fā)平臺(tái)，為學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新提供物質(zhì)和技術(shù)支持。

為了方便學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，教師根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)需求，將課程學(xué)習(xí)資源進(jìn)行整合，開發(fā)了相關(guān)的微課資源，如《認(rèn)識(shí)傳感器》《循跡機(jī)器人的組裝》等，如圖2所示。另一方面，教師整合和運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)，結(jié)合網(wǎng)上大量的Arduino課程資源，開發(fā)了基于微信等網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的移動(dòng)學(xué)習(xí)資源，如圖3所示。

4.教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)與實(shí)施

（1）教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)

機(jī)器人教育是以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，注重協(xié)作學(xué)習(xí)和創(chuàng)造學(xué)習(xí)的教學(xué)活動(dòng)。因此，本課程的教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)主要包括課程導(dǎo)入、知識(shí)技能的學(xué)習(xí)、合作探究與分享等?！罢n程導(dǎo)入”主要是通過(guò)教師播放機(jī)器人短片、演示操作循跡機(jī)器人、學(xué)生觀摩體驗(yàn)并討論等方式，激發(fā)學(xué)生對(duì)循跡機(jī)器人的興趣，引導(dǎo)其進(jìn)入課程?！爸R(shí)技能的學(xué)習(xí)”主要是教師利用圖片資料、微課資源和Mblock軟件平臺(tái)，講解循跡機(jī)器人知識(shí)點(diǎn)和編程思路，然后演示組裝機(jī)器人，使學(xué)生了解循跡機(jī)器人的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理及相關(guān)的基礎(chǔ)性學(xué)科知識(shí)，熟悉機(jī)器人組裝的流程，掌握編程要點(diǎn)，為合作探究與分享階段打下基礎(chǔ)?！昂献魈骄颗c分享”主要是通過(guò)小組協(xié)作探究、創(chuàng)造性學(xué)習(xí)、實(shí)踐創(chuàng)新、教師指導(dǎo)、分享交流等方式，鞏固學(xué)生課程所學(xué)知識(shí)，提升其創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和動(dòng)手實(shí)踐能力。

（2）教學(xué)活動(dòng)實(shí)施

本課程教學(xué)活動(dòng)從實(shí)施到完成主要由三部分構(gòu)成，具體如下：

①課程導(dǎo)入

教師首先播放《生活中的機(jī)器人》微視頻和《機(jī)器人總動(dòng)員》片段。然后用App手機(jī)終端操作多種循跡機(jī)器人按指定路線運(yùn)行，并提出問(wèn)題：循跡機(jī)器人是如何工作的？學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)觀摩、體驗(yàn)操作循跡機(jī)器人并圍繞問(wèn)題展開討論。

②知識(shí)技能的學(xué)習(xí)

教師通過(guò)展示圖片形式，向?qū)W生講解循跡機(jī)器人概念，然后利用《認(rèn)識(shí)傳感器》《循跡機(jī)器人的組裝》等微課教學(xué)活動(dòng)資源和移動(dòng)學(xué)習(xí)資源，向?qū)W生介紹循跡機(jī)器人內(nèi)部結(jié)構(gòu)、控制與規(guī)避障礙等原理以及相關(guān)的基礎(chǔ)性學(xué)科知識(shí)，最后演示如何組裝循跡機(jī)器人（包括主板、馬達(dá)、循線模塊、傳感器等部件的組裝）。在軟件編程方面，教師通過(guò)Mblock軟件平臺(tái)講解循跡機(jī)器人的編程思路和案例，然后演示如何將程序與循跡機(jī)器人連接，使其按預(yù)定的路線運(yùn)行，深化學(xué)生對(duì)機(jī)器人控制系統(tǒng)的理解。最后學(xué)生分組進(jìn)行模仿練習(xí)。

③合作探究與創(chuàng)造分享階段

教師首先將10名學(xué)生分為5個(gè)小組，以小組為單位協(xié)作探究有關(guān)循跡機(jī)器人的機(jī)體構(gòu)造、操作工具使用等課程知識(shí)，然后各個(gè)小組以協(xié)作學(xué)習(xí)的方式，模仿組裝、編程和調(diào)試循跡機(jī)器人。之后，教師布置“機(jī)器人走直角”“機(jī)器人曲線運(yùn)動(dòng)”“機(jī)器人在不同場(chǎng)景下循跡”等3個(gè)編程小項(xiàng)目（項(xiàng)目主要來(lái)自于《Arduino項(xiàng)目DIY》一書），學(xué)生反復(fù)模仿，掌握編程要點(diǎn)。

在這個(gè)過(guò)程中，教師重點(diǎn)講解了有關(guān)底盤組裝、循線模塊連線、“機(jī)器人曲線運(yùn)動(dòng)”程序編寫等學(xué)生自主探究過(guò)程中遇到的難點(diǎn)問(wèn)題。同時(shí)教師提出新問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)意，引導(dǎo)學(xué)生思考[4]：還能通過(guò)改變Mblock程序讓循跡機(jī)器人走哪些不同的路線？比如十字路口、S型路線、田字格路線等。接著學(xué)生自主探究，小組討論解決方案，然后自行分工協(xié)作，設(shè)計(jì)多條程序，改變小車的運(yùn)行軌跡，最后學(xué)生展示各自的創(chuàng)意作品，分享自己心得。各小組之間互相提問(wèn)，提出優(yōu)化意見。

5.教學(xué)評(píng)價(jià)

中山大學(xué)深圳附屬學(xué)校機(jī)器人訓(xùn)練營(yíng)——《循跡小車的組裝與應(yīng)用》課程通過(guò)自我評(píng)價(jià)、小組和教師評(píng)價(jià)相結(jié)合的形式，從參與度、項(xiàng)目完成情況、信息工具的使用、協(xié)作學(xué)習(xí)、創(chuàng)造力等多個(gè)維度，全面考察學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

參考評(píng)價(jià)的維度編制問(wèn)卷量表，讓學(xué)生對(duì)本次學(xué)習(xí)情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)實(shí)踐項(xiàng)目的參與熱情很高，較好地掌握了知識(shí)技能學(xué)習(xí)部分的知識(shí)點(diǎn)，但是在Mblock程序編寫方面，還需要教師進(jìn)一步指導(dǎo);在小組展示后，通過(guò)小組互評(píng)方式，鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)其他小組的作品進(jìn)行總評(píng)與交流，發(fā)現(xiàn)各小組能根據(jù)教師的問(wèn)題積極思考，通過(guò)團(tuán)隊(duì)協(xié)作和實(shí)踐的方式，自主設(shè)計(jì)完成解決方案。例如“循跡機(jī)器人走田字格路線”，體現(xiàn)出一定的創(chuàng)造力;課程結(jié)束后，教師結(jié)合整個(gè)學(xué)習(xí)活動(dòng)中學(xué)生的表現(xiàn)，對(duì)本節(jié)課的教學(xué)進(jìn)行總結(jié)性評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)通過(guò)課程學(xué)習(xí)，學(xué)生熟悉了循跡機(jī)器人的工作原理，能夠較為熟練地運(yùn)用信息化工具，實(shí)踐項(xiàng)目的完成率達(dá)到70%以上，提高了自身的動(dòng)手實(shí)踐能力，體會(huì)了項(xiàng)目從設(shè)計(jì)到完成帶來(lái)的成就感。同時(shí)，以此課程為基礎(chǔ)，鼓勵(lì)學(xué)生組隊(duì)參加全國(guó)中小學(xué)電腦制作大賽、深圳市中小學(xué)機(jī)器人競(jìng)賽、光明區(qū)機(jī)器人競(jìng)賽等比賽，取得了不錯(cuò)的成績(jī)。

通過(guò)教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，基于STEAM理念的機(jī)器人教育模式能夠較好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)，提高了學(xué)生的STEAM素養(yǎng)。但是仍存在以下一些問(wèn)題，比如在教學(xué)活動(dòng)實(shí)施環(huán)節(jié)中，由于小學(xué)生自制力較差、教師課堂掌控能力不足等原因，教學(xué)出現(xiàn)了短暫的混亂;教學(xué)任務(wù)與支架設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中課程和任務(wù)的設(shè)計(jì)不夠系統(tǒng);學(xué)生比較注重動(dòng)手實(shí)踐而輕視理論知識(shí)的學(xué)習(xí)。

針對(duì)機(jī)器人教育中存在的問(wèn)題，教師首先應(yīng)在充分了解學(xué)生的基礎(chǔ)上，幫助他們確立和實(shí)現(xiàn)機(jī)器人課程目標(biāo)，并設(shè)計(jì)好課堂的每一個(gè)環(huán)節(jié)，使得教學(xué)井然有序。為了提升課堂掌控力，教師一方面可以轉(zhuǎn)化師生角色，細(xì)化教學(xué)任務(wù)與活動(dòng)設(shè)計(jì);另一方面可以在今后的教學(xué)過(guò)程中不斷地實(shí)踐與反思，在反思中發(fā)展，提高自身專業(yè)素養(yǎng)。其次，應(yīng)根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和學(xué)習(xí)者特征的分析，堅(jiān)持綜合性原則和針對(duì)性原則，將學(xué)習(xí)問(wèn)題與真實(shí)情景相融合，系統(tǒng)地設(shè)計(jì)教學(xué)課程。為解決學(xué)生輕理論知識(shí)學(xué)習(xí)的問(wèn)題，教師可以優(yōu)化教學(xué)語(yǔ)言，采用案例式教學(xué)法、互動(dòng)式教學(xué)法等多種教學(xué)法，增強(qiáng)理論知識(shí)學(xué)習(xí)的趣味性，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情。

五、結(jié)語(yǔ)

基于STEAM理念的機(jī)器人教育模式，在創(chuàng)客平臺(tái)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支撐下，圍繞項(xiàng)目與問(wèn)題，通過(guò)協(xié)作學(xué)習(xí)和合理利用資源，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，有助于優(yōu)化機(jī)器人教育過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和創(chuàng)造能力。

本研究闡述了STEAM理念下機(jī)器人教育的特征，分析了STEAM影響下機(jī)器人教育的發(fā)展趨勢(shì)，建構(gòu)了基于STEAM理念的機(jī)器人教育模式。通過(guò)教學(xué)實(shí)踐，驗(yàn)證了該教學(xué)模式具有較好的教學(xué)效果，為開展機(jī)器人教育提供了借鑒。但是在教學(xué)過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)一些問(wèn)題，例如機(jī)器人教育過(guò)程中，學(xué)生重視動(dòng)手實(shí)踐而輕視理論知識(shí)的學(xué)習(xí)。因此，如何有效地解決這些問(wèn)題，更好地把STEAM教育與機(jī)器人教育融合，還需要更進(jìn)一步探索。

參考文獻(xiàn)：

[1]范文翔，張一春.STEAM教育：發(fā)展、內(nèi)涵與可能路徑[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2018（3）：99-105.

[2]李揚(yáng).STEM教育視野下的科學(xué)課程構(gòu)建[D].金華：浙江師范大學(xué)，2014.

[3]何克抗.建構(gòu)主義——革新傳統(tǒng)教學(xué)的理論基礎(chǔ)（一）[J].學(xué)科教育，1998（3）：29-31.

[4]余勝泉，胡翔.STEM教育理念與跨學(xué)科整合模式[J].開放教育研究，2015（4）：13-22.

[5]祝龍記，鄭曉亮.基于機(jī)器人制作平臺(tái)的大學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)[J].安徽理工大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2010，12（1）：95-97.

[6]王同聚.中小學(xué)機(jī)器人教學(xué)中“微課”的制作與應(yīng)用研究[J].中國(guó)電化教育，2014（6）：107-110+126.

[7]鐘柏昌，張祿.我國(guó)中小學(xué)機(jī)器人教育的現(xiàn)狀調(diào)查與分析[J].中國(guó)電化教育，2015（7）：101-107.

[8]楊維，費(fèi)瑞偉.基于中小學(xué)課程整合的創(chuàng)客式教學(xué)模式構(gòu)建[J].中國(guó)電化教育，2017（7）：53-57.

[9]張敬云，鐘柏昌.中小學(xué)機(jī)器人教育的核心理論研究——論科學(xué)探究型教學(xué)模式[J].電化教育研究，2017，38（10）：106-111.

[10]劉淑云，馬燕，范文翔.創(chuàng)客理念下師范院校的機(jī)器人教學(xué)模式探究[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2016（7）：120-126.

[11]裘國(guó)永，李玉紅.中學(xué)VEX機(jī)器人教育的PBL教學(xué)模式探索及影響分析[J].現(xiàn)代中小學(xué)教育， 2017，33（7）：70-75.

[12]閆妮，鐘柏昌.中小學(xué)機(jī)器人教育的核心理論研究——論發(fā)明創(chuàng)造型教學(xué)模式[J].電化教育研究，2018，39（4）：66-72.

[13]傅騫，王辭曉.當(dāng)創(chuàng)客遇上STEAM教育[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2014（10）：37-42.

（編輯：李曉萍）