毛丹玲，惠恭健

（江南大學(xué) 人文學(xué)院，江蘇 無錫 214122）

0 引言

隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能等新技術(shù)的發(fā)展，人工智能逐漸滲透到教育領(lǐng)域，給教育帶來了巨大的變革。近年來，隨著世界各國在人工智能領(lǐng)域的發(fā)展，機(jī)器人教育逐漸受到越來越多人的關(guān)注。美國、日本、歐洲等國家致力于發(fā)展人工智能教育，制定了人工智能與機(jī)器人發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃，極大地推動了機(jī)器人教育領(lǐng)域的發(fā)展。

2019 年，教育部公布《2019 年教育信息化和網(wǎng)絡(luò)安全工作要點(diǎn)》，強(qiáng)調(diào)了人工智能與教育深度融合的重要性，指出要對2 萬名中小學(xué)生進(jìn)行信息素養(yǎng)評測，推動中小學(xué)階段人工智能相關(guān)課程的設(shè)置，逐步推廣編程教育。該文件中提出的人工智能教育規(guī)劃可以追溯到2017 年和2018 年我國頒布的相關(guān)政策：2018 年，教育部印發(fā)《教育信息化2.0 行動計劃》，提出“在新課改背景下，要將大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等領(lǐng)域相結(jié)合，促進(jìn)教育模式變革與生態(tài)重構(gòu)，全面支持中小學(xué)機(jī)器人教育的普及和深化”［1］。2017年，國務(wù)院頒布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中多次提到機(jī)器人，明確指出全民智能教育項目的重要性，強(qiáng)調(diào)在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育［2］。

然而，我國中小學(xué)機(jī)器人教育仍處于起步階段，存在教學(xué)內(nèi)容單一、包容性差、跨學(xué)科性不足等問題。我國有學(xué)者從研究目的、技術(shù)和方法三個層面分析了機(jī)器人教育的現(xiàn)狀并對未來的發(fā)展趨勢進(jìn)行展望［3］；鐘柏昌等［4］聚焦于機(jī)器人教學(xué)模式，分析了不同教學(xué)模式應(yīng)用的場景與效果；李幸等［5］提出基于設(shè)計的STEM+C 課程，以提升學(xué)生的計算思維水平。以上研究表明，機(jī)器人作為人工智能教育的代表，具有非常大的潛力。它不僅能夠用于教授機(jī)器人本位知識，而且在促進(jìn)學(xué)生參與科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)（STEM）領(lǐng)域，培養(yǎng)計算思維、創(chuàng)造能力、問題解決能力，提升學(xué)習(xí)動機(jī)、興趣、態(tài)度等方面具有很大的價值。因此，梳理國際上STEM 領(lǐng)域中的機(jī)器人教育研究，探究STEM 與機(jī)器人進(jìn)行整合的形式，可以為我國機(jī)器人教育研究帶來新的啟示，促進(jìn)我國中小學(xué)機(jī)器人教育的發(fā)展。

在現(xiàn)有研究中，周進(jìn)等［6］采用CiteSpace 工具對國際上的機(jī)器人教育進(jìn)行梳理，從學(xué)習(xí)效果層面進(jìn)行探究，指出機(jī)器人教育實(shí)踐與應(yīng)用的重要性；龔禮林等［7］對國內(nèi)外K12 階段的機(jī)器人教育進(jìn)行梳理，劃分了STEM 領(lǐng)域和非STEM 領(lǐng)域的機(jī)器人教育，但未對STEM 領(lǐng)域的機(jī)器人教育進(jìn)行深入探究；鐘柏昌［8］對國外機(jī)器人支持?jǐn)?shù)學(xué)教學(xué)的案例進(jìn)行剖析，提出機(jī)器人作為教學(xué)工具進(jìn)入課堂的可能，同時指出開展STEM 相關(guān)的教學(xué)活動是中小學(xué)機(jī)器人教育發(fā)展的重要方向。隨著人工智能技術(shù)的迅猛發(fā)展，機(jī)器人的創(chuàng)新性、實(shí)踐性、多樣性都為中小學(xué)實(shí)施STEM 教育提供了可能。然而，已有研究多集中在機(jī)器人本位知識學(xué)習(xí)，整合STEM 的機(jī)器人教育甚少?；诖?，本研究對國際上STEM 領(lǐng)域的機(jī)器人教育進(jìn)行了梳理，總結(jié)了STEM+機(jī)器人的教學(xué)價值、教學(xué)設(shè)計、教學(xué)模式以及現(xiàn)存問題，以期為我國機(jī)器人教育的實(shí)踐與應(yīng)用提供參考。

1 研究設(shè)計

1.1 文獻(xiàn)檢索

為獲得國際范圍內(nèi)STEM+機(jī)器人的相關(guān)研究，研究者在 Web of Science、EBSCO、SpringerLink、Wiley 等國際權(quán)威的社會科學(xué)引文索引中檢索，以檢索式“（robotics OR Lego）AND（STEM OR STEAM）AND（learn* OR education*）”在摘要中檢索，文獻(xiàn)類型設(shè)為期刊文章，時間設(shè)定為2012 年1 月-2021 年12 月，共獲得348 篇文獻(xiàn)作為數(shù)據(jù)源，以備后續(xù)數(shù)據(jù)處理。

1.2 文獻(xiàn)篩選

為保證研究過程的嚴(yán)謹(jǐn)性與科學(xué)性，本研究制定了4條文獻(xiàn)篩選標(biāo)準(zhǔn)，包括納入標(biāo)準(zhǔn)與排除標(biāo)準(zhǔn)，以此來評估文獻(xiàn)質(zhì)量，如表1所示。

Table 1 Literature screening criteria表1 文獻(xiàn)篩選標(biāo)準(zhǔn)

剔除重復(fù)文獻(xiàn)后，首先進(jìn)行初篩，閱讀文獻(xiàn)標(biāo)題與摘要，根據(jù)上述篩選標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行初步篩選；其次進(jìn)行二次篩選，對文獻(xiàn)進(jìn)行全文閱讀，根據(jù)篩選標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行深度復(fù)篩；最后，補(bǔ)充篩選階段，采用“滾雪球”的方式，以二次篩選過后所得文獻(xiàn)以及綜述類文獻(xiàn)為基礎(chǔ)，對其所引用以及被引用的文獻(xiàn)進(jìn)行檢索與閱讀，并根據(jù)篩選標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行最后篩選；最終共得到符合要求的文獻(xiàn)30篇。篩選過程如圖1所示。

1.3 數(shù)據(jù)抽取與整合

為從選取的文獻(xiàn)中抽取出關(guān)鍵信息，對機(jī)器人教學(xué)的過程與方法進(jìn)行系統(tǒng)性分析，將抽取信息分為以下四個維度：①文獻(xiàn)基本信息，包含第一作者、發(fā)表年份、發(fā)表期刊；②研究問題，包含對該文獻(xiàn)研究問題及結(jié)果的提煉、總結(jié)；③研究方法，包含研究設(shè)計、數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析方法；④教學(xué)情境，包含教學(xué)年級、工具、內(nèi)容、對象、場景。

2 研究結(jié)果

通過系統(tǒng)性文獻(xiàn)綜述法梳理出國際上整合STEM 的機(jī)器人教育在中小學(xué)階段的最新研究現(xiàn)狀，為更清晰地明確研究進(jìn)展，仔細(xì)閱讀全文并結(jié)合抽取信息的4 個維度，將研究主題分為以下3 種（見表2）：①機(jī)器人教學(xué)的價值；②機(jī)器人教學(xué)設(shè)計與方法；③機(jī)器人教學(xué)模式。

2.1 機(jī)器人教學(xué)的價值

對數(shù)據(jù)源進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，機(jī)器人走進(jìn)教育領(lǐng)域的角色包括學(xué)習(xí)的對象、認(rèn)知工具或者教學(xué)工具等，研究者多從知識與技能兩個維度驗證機(jī)器人教學(xué)的有效性。

2.1.1 知識維度

在知識維度上，機(jī)器人教學(xué)的目的主要是促進(jìn)學(xué)生理解 STEM 相關(guān)學(xué)科知識，包括以機(jī)器人作為教學(xué)主題的綜合性STEM 課程和以機(jī)器人作為教學(xué)工具，強(qiáng)調(diào)促進(jìn)目標(biāo)學(xué)科知識理解的跨學(xué)科課程。

Fig.1 Screening process圖1 篩選過程

機(jī)器人教育集創(chuàng)新性、實(shí)踐性與多學(xué)科性于一身，涉及數(shù)學(xué)、科學(xué)、物理等多個學(xué)科領(lǐng)域，因而研究者常將機(jī)器人作為教學(xué)主題開設(shè)STEM 課程。如Coxon［9］設(shè)計并開發(fā)以數(shù)學(xué)為重點(diǎn)的CREST-M 課程，在課程中圍繞機(jī)器人的設(shè)計、搭建、編程等活動進(jìn)行了為期一周的教學(xué)實(shí)踐，機(jī)器人的加入幫助了學(xué)生減少視線轉(zhuǎn)移，從而專注于學(xué)習(xí)內(nèi)容，最終學(xué)生的數(shù)學(xué)成績以及認(rèn)知能力都有所提升；Vicente 等［10］以問題為驅(qū)動，將“可持續(xù)性城市”作為主題設(shè)計科學(xué)活動，開展為期九周的STEM 主題項目課程，并在課程結(jié)束時以小組為單位制作課程作品來提高學(xué)生的項目參與度。最終，學(xué)生的反饋結(jié)果顯示，STEM 課程不僅促進(jìn)了他們科學(xué)技能的發(fā)展，而且增加了學(xué)習(xí)的興趣和積極性。

除了綜合性的STEM 課程之外，機(jī)器人也常作為教學(xué)工具，被用于學(xué)科教學(xué)之中。在科學(xué)課的學(xué)習(xí)中，學(xué)生們所學(xué)習(xí)的知識點(diǎn)多是由教師對照課本講解，并沒有通過具體的實(shí)例幫助學(xué)生理解，為此Guven 等［11］將Arduino 機(jī)器人加入到課堂中，通過利用機(jī)器人模擬“能源轉(zhuǎn)換”、“能源效率”等場景，幫助學(xué)生理解生活中的科學(xué)知識，同時提高對學(xué)習(xí)的興趣。Saez等［12］則分別將mbot和Arduino 整合到數(shù)學(xué)知識點(diǎn)“整數(shù)”與科學(xué)知識點(diǎn)“電與磁”之中，以4 所小學(xué)的 93 名六年級學(xué)生作為研究對象，采用測試、問卷、課堂觀察等多種方式收集實(shí)驗數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示學(xué)生的數(shù)學(xué)成績有增長趨勢，但科學(xué)成績并無顯著性變化。

2.1.2 技能維度

在技能維度上，機(jī)器人教學(xué)主要考察學(xué)生的思維技能、社交技能以及學(xué)習(xí)動機(jī)與態(tài)度。

Sen 等［13］將LEGO 機(jī)器人與3D 打印機(jī)作為工具，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建能夠求解魔方的機(jī)器人，通過學(xué)習(xí)機(jī)器人搭建和程序編寫，達(dá)到促進(jìn)學(xué)生計算思維水平提升的目的。在另一項研究中，為了培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊合作能力，Nemiro 等［14］在SRI 計劃中開展基于問題的機(jī)器人項目課程，在教授5個月的機(jī)器人知識之后，開展了以小組為單位的機(jī)器人搭建項目。另外，空間能力的培養(yǎng)也是機(jī)器人教學(xué)關(guān)注的重點(diǎn)，Sisman 等［15］使用Robotis Dream ER 設(shè)計機(jī)器人編程課程，每周進(jìn)行不同的機(jī)器人活動，幫助學(xué)生從最初的機(jī)器人基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)到利用機(jī)器人完成課程任務(wù)，經(jīng)過31 周的實(shí)踐，學(xué)生的空間推理能力得到了顯著提升。在疫情期間，Cheng 等［16］開發(fā)了一種特殊的機(jī)器人課程，該課程將以視頻的形式講解知識點(diǎn)，結(jié)合在線小組學(xué)習(xí)系統(tǒng)來支持學(xué)生隨時隨地學(xué)習(xí)。隨后，研究者以22 名五年級學(xué)生作為實(shí)驗對象開展為期3 個月的實(shí)踐，通過課堂測試成績、學(xué)生在線學(xué)習(xí)時長、課程作品評價等多個維度的數(shù)據(jù)收集，發(fā)現(xiàn)參與該課程的學(xué)生邏輯思維能力有顯著提升。

Table 2 Specific information of literatures表2 文獻(xiàn)具體信息

然而，在改善學(xué)生STEM 態(tài)度與提升自我效能感方面，各研究呈現(xiàn)的結(jié)果卻截然不同。Barak 等［17］開展了為期30h 的機(jī)器人課程，根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展情況將機(jī)器人課程劃分為機(jī)器人基礎(chǔ)知識、問題解決、項目練習(xí)三個部分，在每個部分都設(shè)置相應(yīng)的主題任務(wù)以測試學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，最終在課程結(jié)束后對學(xué)生進(jìn)行知識測試，結(jié)果顯示學(xué)生的學(xué)習(xí)動機(jī)有大幅度的提高。而Leonard 等［18］通過將游戲與課程結(jié)合的方式設(shè)計教學(xué)活動，并在課程結(jié)束后對學(xué)生的自我效能感進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)學(xué)生在使用計算機(jī)時的自我效能感有所下降。為探究機(jī)器人課程對學(xué)生STEM 態(tài)度的變化，Bethke 等［19］在小學(xué)課堂中進(jìn)行了另一項研究，他們在第一年課堂中使用傳統(tǒng)方式進(jìn)行教學(xué)，在第二年課堂中使用LEGO 機(jī)器人作為教學(xué)工具進(jìn)行教學(xué)，結(jié)果顯示使用LEGO 機(jī)器人的課程效果優(yōu)于傳統(tǒng)課程，但學(xué)生對兩種教學(xué)模式的態(tài)度并未產(chǎn)生明顯區(qū)別。

2.2 機(jī)器人教學(xué)設(shè)計與方法

機(jī)器人在教學(xué)課堂中的實(shí)際應(yīng)用，關(guān)乎機(jī)器人教育的應(yīng)用與發(fā)展?，F(xiàn)有較多學(xué)者對其教學(xué)設(shè)計進(jìn)行了探討。

Ucgul 等［20］重點(diǎn)關(guān)注教育機(jī)器人訓(xùn)練營的活動設(shè)計問題，采用多案例設(shè)計方法來設(shè)計機(jī)器人項目，研究者在兩個訓(xùn)練營中分別開設(shè)不同的主題任務(wù)，用來教授學(xué)生數(shù)學(xué)和科學(xué)知識，并在后續(xù)實(shí)驗中收集定性和定量的數(shù)據(jù)來證明活動的有效性。Wu 等［21］將助教機(jī)器人作為教學(xué)工具，開發(fā)設(shè)計了教學(xué)課程，該課程以交際語言教學(xué)法、全身反應(yīng)教學(xué)法和故事教學(xué)法進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，通過大量的課程實(shí)踐發(fā)現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)成績和學(xué)習(xí)動機(jī)均有所提升。Li 等［22］強(qiáng)調(diào)教學(xué)設(shè)計的重要性，提出一種基于設(shè)計的學(xué)習(xí)方法來提高學(xué)習(xí)者的計算思維水平，旨在通過模擬現(xiàn)實(shí)世界中的問題來促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)編程知識。經(jīng)過3 個單元的系統(tǒng)學(xué)習(xí)后，實(shí)驗組學(xué)生的計算思維水平有較大幅度的提升。除了基于機(jī)器人項目進(jìn)行課程設(shè)計之外，也有部分學(xué)者結(jié)合已有的模式理論開展機(jī)器人教學(xué)，如Shih等［23］基于情境學(xué)習(xí)理論探討在科學(xué)課程中應(yīng)用LEGO NXT 的學(xué)習(xí)效果。研究中，教師在五年級的科學(xué)課程中模擬動物棲息地的場景，講解相關(guān)生物知識。這種教學(xué)設(shè)計以生境環(huán)境為中心，大部分學(xué)習(xí)活動都在生境模型中進(jìn)行，使學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識與情境融為一體，促進(jìn)學(xué)生積極主動地學(xué)習(xí)。Hung 等［24］以ARCS 動機(jī)模型作為理論指導(dǎo)，結(jié)合機(jī)器人助教進(jìn)行學(xué)習(xí)活動的設(shè)計，采用準(zhǔn)實(shí)驗設(shè)計和調(diào)查問卷的方式收集實(shí)驗數(shù)據(jù)，最終發(fā)現(xiàn)該方式顯著提高了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動機(jī)、學(xué)習(xí)表現(xiàn)與持續(xù)意愿。

2.3 機(jī)器人教學(xué)模式

機(jī)器人教育是一種整合了多種學(xué)科的綜合類教學(xué)，涉及數(shù)學(xué)、物理、美術(shù)等學(xué)科知識。理論上，機(jī)器人教學(xué)具有豐富的教育價值，是教育改革的一劑良藥。但機(jī)器人教學(xué)價值的有效發(fā)揮同樣離不開教學(xué)模式、教學(xué)方式的保障。

現(xiàn)今，多數(shù)學(xué)者構(gòu)建的機(jī)器人教學(xué)模式均以建構(gòu)主義理論為基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的自主性與積極性。如Nemiro［25］以建構(gòu)主義理論為基礎(chǔ)，采用基于項目的學(xué)習(xí)方式開展機(jī)器人課程，以培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力，通過對學(xué)生的課堂行為編碼與發(fā)放問卷的形式收集實(shí)驗數(shù)據(jù)，驗證了項目式學(xué)習(xí)活動能有效提升學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力的結(jié)論；Saez 等［12］在小學(xué)數(shù)學(xué)和科學(xué)課的知識點(diǎn)中設(shè)置項目式活動，通過課程測驗成績證明了機(jī)器人有助于學(xué)生對數(shù)學(xué)知識點(diǎn)的理解。除此之外，也有學(xué)者關(guān)注合作學(xué)習(xí)模式在機(jī)器人教育中的應(yīng)用，Cheng 等［26］、Menekse 等［27］采用小組合作學(xué)習(xí)的方式，以機(jī)器人學(xué)習(xí)小組為例，通過客觀任務(wù)績效和專家評委評估作為數(shù)據(jù)衡量標(biāo)準(zhǔn)，探究群體對互動和成就的影響，結(jié)果顯示小組之間的有效互動能夠顯著提升學(xué)生的績效；Yuen 等［28］在機(jī)器人夏令營中探究了小組合作學(xué)習(xí)的方式如何影響學(xué)生的學(xué)習(xí)行為，并為之后的教學(xué)提供了一些活動設(shè)計的建議。Jordan 等［29］建立同伴反應(yīng)模式，開展了為期兩個月的機(jī)器人項目實(shí)踐，利用學(xué)生課堂行為數(shù)據(jù)和小組作品評分，探究了同齡人的互動如何影響學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力。Sullivan 等［30］則強(qiáng)調(diào)采用“開放式”的機(jī)器人教學(xué)模式能夠?qū)W(xué)生的思維能力以及科學(xué)處理能力有顯著的促進(jìn)作用。

3 研究結(jié)論

目前機(jī)器人教育主要面對小學(xué)生，多數(shù)集中在對學(xué)生能力的培養(yǎng)上，其中 LEGO 系列和Arduino 機(jī)器人是研究中廣泛采用的教育機(jī)器人。從研究方法來看，多數(shù)研究采用實(shí)驗與準(zhǔn)實(shí)驗設(shè)計結(jié)合的方式，部分研究集中在機(jī)器人課程的教學(xué)設(shè)計上?；诖说贸鲆韵陆Y(jié)論：

3.1 機(jī)器人教學(xué)效果有待驗證

從教學(xué)效果上看，多數(shù)研究從學(xué)生成績、興趣與動機(jī)、情感態(tài)度等方面衡量學(xué)習(xí)效果，數(shù)據(jù)顯示機(jī)器人教學(xué)在很大程度上對學(xué)生的學(xué)習(xí)有正向促進(jìn)作用，但也仍有部分研究表明機(jī)器人教學(xué)對學(xué)生學(xué)習(xí)效果存在著消極影響。

在知識維度上，機(jī)器人的趣味性與實(shí)踐性使其能夠?qū)⒉糠謱W(xué)科中難以理解的概念具象化，因而成為數(shù)學(xué)、物理、科學(xué)等學(xué)科的有力教學(xué)工具。不論是在綜合性的STEM 課程，或是相關(guān)學(xué)科的教學(xué)中，多數(shù)研究表明機(jī)器人教學(xué)能積極促進(jìn)學(xué)生學(xué)業(yè)課程表現(xiàn)，提升學(xué)業(yè)成績。而在技能維度上，尤其是在改善STEM 態(tài)度與培養(yǎng)STEM 學(xué)習(xí)動機(jī)方面，各研究呈現(xiàn)出不一樣的結(jié)果。Negrini 等［31］的研究表明，大部分學(xué)生的STEM 態(tài)度有所改善，但性別與年齡上的差異影響著學(xué)生對該項目的看法。Leonard 等［18］則將游戲融入到機(jī)器人課程中，在課后對學(xué)生的自我效能感進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的自我效能感有所下降，筆者認(rèn)為這一結(jié)果可能是受編程工具和項目中問題難度的影響所致。由此得出，機(jī)器人教學(xué)的研究結(jié)果受諸多因素影響，教學(xué)環(huán)境、樣本數(shù)量與性別、工具的使用頻率與周期、機(jī)器人的類型與數(shù)量、評價的方法等均能對研究產(chǎn)生一定影響［32］，后續(xù)仍需完善實(shí)驗設(shè)計，控制無關(guān)變量，提高實(shí)驗信度。

盡管大多數(shù)研究認(rèn)為機(jī)器人在促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)成績、提高STEM 興趣、改善STEM 態(tài)度等方面效果卓越，但由于機(jī)器人教學(xué)的研究結(jié)果受諸多因素影響，仍需進(jìn)行更多的實(shí)踐研究進(jìn)一步證明這一結(jié)果，并探究其影響因素。

3.2 機(jī)器人課程設(shè)計亟待完善

從機(jī)器人教學(xué)設(shè)計的角度上看，盡管關(guān)于機(jī)器人教學(xué)的討論較多，但針對機(jī)器人課程設(shè)計的研究并不多見。

研究者多角度進(jìn)行了探索，相關(guān)研究方法與策略值得借鑒，但大多課程僅停留在簡單的機(jī)器人應(yīng)用層面，教學(xué)方法缺乏一定沉淀。從課程設(shè)計的實(shí)踐上看，大多在設(shè)計的基礎(chǔ)上選取部分案例，通過準(zhǔn)實(shí)驗設(shè)計的方法進(jìn)行簡單實(shí)踐，研究方法較為單一，且并未對后續(xù)實(shí)驗中發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行二次實(shí)踐和修改。同時，課程設(shè)計后的相關(guān)研究未得到大規(guī)模的推廣應(yīng)用，缺乏成熟的案例作為參考。因此，對于機(jī)器人教學(xué)的課程設(shè)計和具體開展形式需要進(jìn)一步的探索。除此之外，機(jī)器人教育的“主力軍”是教師，因此師資力量也是影響機(jī)器人教學(xué)推進(jìn)和改革的重要因素。如何在學(xué)校中提供技術(shù)支持類的學(xué)習(xí)環(huán)境，幫助教師完成數(shù)字化轉(zhuǎn)型是未來機(jī)器人課程設(shè)計的重要議題。

3.3 教學(xué)模式評價指標(biāo)單一

從教學(xué)模式的角度上看，機(jī)器人教育模式的構(gòu)建處于快速發(fā)展階段，多數(shù)現(xiàn)有教學(xué)模式已在教學(xué)實(shí)踐中得到驗證，證明其有利于學(xué)生團(tuán)隊協(xié)作能力的培養(yǎng)。但機(jī)器人教學(xué)模式多采用項目式或合作學(xué)習(xí)模式，且多數(shù)教學(xué)模式構(gòu)建集中在學(xué)習(xí)績效、團(tuán)隊協(xié)作能力等單一評價指標(biāo)上。

在機(jī)器人教學(xué)模式的評價指標(biāo)上，多數(shù)學(xué)者以建構(gòu)主義理論為基礎(chǔ)，構(gòu)建項目式教學(xué)模式，將學(xué)生的團(tuán)隊協(xié)作能力與學(xué)業(yè)成績作為衡量教學(xué)模式的首要指標(biāo)，忽略了機(jī)器人教學(xué)模式對學(xué)生動手、創(chuàng)新能力等多方面的影響，無法全面評價機(jī)器人教學(xué)模式的作用。同時，在評價方式、評價內(nèi)容方面多采用問卷調(diào)查、學(xué)業(yè)成績等單一維度的方式收集數(shù)據(jù)，樣本容量以及數(shù)據(jù)的可靠性仍有待驗證。

4 未來研究方向

從以上研究中可知，當(dāng)前國際機(jī)器人教育應(yīng)用研究主要集中于教學(xué)價值、教學(xué)設(shè)計、教學(xué)模式等方面?；诖?，本文在分析機(jī)器人教育的實(shí)證研究中，提出我國機(jī)器人教育應(yīng)用研究發(fā)展方向。

4.1 完善實(shí)驗設(shè)計，提高機(jī)器人實(shí)驗信度

以上研究表明，多數(shù)機(jī)器人教學(xué)實(shí)踐的周期較短，且樣本量較小，研究信度有待提升。多數(shù)實(shí)驗的實(shí)踐周期維持在一學(xué)期之內(nèi)，且實(shí)驗對象的年齡多集中在小學(xué)階段，缺乏標(biāo)準(zhǔn)的各年齡段的機(jī)器人課程。除此之外，機(jī)器人對學(xué)習(xí)效果的影響也有待驗證。

在Leonard 等［18］的實(shí)驗中，學(xué)生在計算機(jī)使用這一模塊的自我效能感顯著下降，筆者認(rèn)為是受到項目問題與編程工具的影響，進(jìn)一步說明了機(jī)器人教學(xué)效果受到諸多因素的影響。性別差異對機(jī)器人教學(xué)效果的影響也是學(xué)者們關(guān)注的重點(diǎn)，Master 等［33］采用對照實(shí)驗的方法驗證性別差異是否會影響學(xué)生在STEM 領(lǐng)域的學(xué)習(xí)，結(jié)果證明男女生在STEM 興趣方面并無顯著差異。但Negrini 等［31］的實(shí)驗則發(fā)現(xiàn)女生認(rèn)為在團(tuán)隊協(xié)作能力上有較大提升，而男生認(rèn)為計算控制能力與自我效能感方面的提升更多。因此，后續(xù)仍需更多實(shí)踐探究機(jī)器人教學(xué)的影響因素。同時，也要避免“霍桑效應(yīng)”，即被研究者意識到自己被關(guān)注時，會刻意改變自身行為，造成實(shí)驗出現(xiàn)偏差。未來，機(jī)器人的實(shí)踐應(yīng)采用實(shí)驗或準(zhǔn)實(shí)驗設(shè)計，收集多維度全面的數(shù)據(jù)，盡可能采用較大樣本進(jìn)行較長周期的研究來提高實(shí)驗信度。

4.2 立足教學(xué)實(shí)踐，推動個性化課程開發(fā)

機(jī)器人課程的目的是培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)未來社會的核心能力，基于此，如何培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，將成為機(jī)器人課程開展的重要內(nèi)容?，F(xiàn)今的課程大多以項目化活動為依托進(jìn)行機(jī)器人主題相關(guān)教學(xué)，國際上利用實(shí)證研究分析了整合STEM 的機(jī)器人課程流程，針對課程的設(shè)計、開展、影響等進(jìn)行總結(jié)，提出了課程設(shè)計的策略與方法，為后續(xù)不同學(xué)段的課程開發(fā)打下了基礎(chǔ)。

相較而言，我國機(jī)器人課程仍處于起步階段，各地未出現(xiàn)統(tǒng)一的課程標(biāo)準(zhǔn)，部分地區(qū)還未開展相關(guān)內(nèi)容教學(xué)［34］。因此，研究者有必要立足于我國國情與教學(xué)需求，大力推進(jìn)機(jī)器人課程的實(shí)證研究與項目開發(fā)，積極開展跨學(xué)科課例研究、各學(xué)段教材開發(fā)、個性化項目實(shí)施等工作，在實(shí)踐中收集數(shù)據(jù)，驗證課程效果，以總結(jié)經(jīng)驗，完善理論建設(shè)，真正推動我國機(jī)器人教育理論與實(shí)踐的發(fā)展。

4.3 整合外部資源，多維度構(gòu)建評價指標(biāo)

機(jī)器人課程的教學(xué)模式遵循 STEM 教育理念下的經(jīng)典教學(xué)模式，多數(shù)學(xué)者以項目化學(xué)習(xí)為引導(dǎo)，構(gòu)建機(jī)器人教學(xué)模式［35］。但其評價維度單一，僅從學(xué)業(yè)成績或者STEM 態(tài)度等方面進(jìn)行分析，缺乏對學(xué)習(xí)者創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力等綜合能力的評估。

我國尚未形成較為完善的機(jī)器人教學(xué)模式，對機(jī)器人學(xué)科的特點(diǎn)認(rèn)識不足，多數(shù)依托于STEM 教育模式，僅僅將STEM 教學(xué)模式直接運(yùn)用到機(jī)器人教育教學(xué)中。盡管機(jī)器人教育的理念與STEM 教育相一致，但機(jī)器人學(xué)科也存在不同的學(xué)科特征，教學(xué)模式的構(gòu)建要從機(jī)器人學(xué)科的特點(diǎn)出發(fā)。因此，未來研究應(yīng)從機(jī)器人學(xué)科的角度出發(fā)，分析學(xué)習(xí)者與教學(xué)者對機(jī)器人教育教學(xué)的需求，多維度構(gòu)建教學(xué)模式及其評價體系等內(nèi)容。具體而言，我國應(yīng)整合外部資源，構(gòu)建高等院校、社會企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)與政府的合作體系，結(jié)合我國不同年齡階段學(xué)生的編程認(rèn)知能力與技術(shù)接受度，分析各個地區(qū)的教學(xué)需求，以國家教育政策為指導(dǎo)，學(xué)校課程為樣例，探究適合我國學(xué)生發(fā)展、適應(yīng)當(dāng)前教學(xué)現(xiàn)狀、側(cè)重核心素養(yǎng)培育的機(jī)器人教學(xué)模式。