◇潘 亮（甘肅：臨洮縣第一實驗小學(xué)）

隨著STEM 教育政策的頒布，中國逐步進(jìn)入STEM 教育體制變革當(dāng)中?；诂F(xiàn)有學(xué)習(xí)模式、知識傳播方式與時代需求無法匹配的問題，傳統(tǒng)教育的弊端日漸顯現(xiàn)，因此進(jìn)行跨學(xué)科素養(yǎng)培養(yǎng)、整體提高學(xué)生的綜合素質(zhì)的課程變革刻不容緩。

一、STEM教育理念和機器人教學(xué)的內(nèi)涵

（一）STEM教育理念

STEM 教育理念是Science、Technology、Engineering、Mathematics 四門學(xué)科的簡稱，意味著多學(xué)科的相互融合，提倡培養(yǎng)多方面優(yōu)秀的綜合型人才。由美國政府率先提議，強調(diào)跨學(xué)科培養(yǎng)并提高學(xué)生的綜合素養(yǎng)，從而加強其社會競爭力。STEM 教育理念是跨學(xué)科教育融合而成的對于課程進(jìn)行變革的一種全新理念，打破了學(xué)科教育的界限，將四個不同學(xué)科相互結(jié)合進(jìn)行教育。近些年來，STEM 又加入Arts（人文藝術(shù)），由STEM 變?yōu)榘菪愿鼜?、跨度更廣的教育新概念——STEAM。

（二）機器人教學(xué)

機器人，簡義為一種可人工編程的并由人類賦予其可模擬人類行為動作的一種多功能操作機。它以電子設(shè)備電路為硬件基礎(chǔ)，以計算機程序設(shè)計為要件，傳感器、算法、機械結(jié)構(gòu)缺一不可，感知、決策、執(zhí)行分門別類，看似機械但又能感知外界，如實地模擬出人的動態(tài)行為。而機器人教學(xué)融合了多方面的學(xué)科知識，是一門需要理論充分結(jié)合實踐的實踐課程。小學(xué)機器人教學(xué)中，機器人教育主要分為四步：導(dǎo)入環(huán)節(jié)、建構(gòu)模型、圖形化編程、智能操控。通過搭建、編程、運行進(jìn)行機器人的構(gòu)造和組建。除機器人構(gòu)建之外，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生在機器人教學(xué)課堂上的多方面能力。

二、傳統(tǒng)教育存在的問題

小學(xué)基礎(chǔ)教育作為學(xué)生整個教育生涯的起始點，也是整個教育的基石，它奠定了學(xué)生時代的教育基礎(chǔ)。STEM 教育理念中的機器人教學(xué)實踐是小學(xué)階段STEM 教育的主要方式之一，旨在提高學(xué)生的跨學(xué)科綜合素養(yǎng)、建立多學(xué)科思維方式、多角度理解解決問題、創(chuàng)新和思維能力的拓展、綜合素質(zhì)能力的提升。這對于小學(xué)生今后的發(fā)展大有裨益。

（一）學(xué)生方面的因素

1.注重知識理論，缺乏實踐能力

我國一直以來都強調(diào)素質(zhì)教育，但是長期應(yīng)試教育的弊端還是無法根除，知識理論的傳授仍然占據(jù)大量的時間，極大地壓縮了動手實踐的空間。懂得理論和會使用是兩個完全不同的概念，只有將理論和實踐相結(jié)合，才能將理論的作用發(fā)揮到最大?；赟TEM 理念的機器人教學(xué)更強調(diào)學(xué)生動手實踐，光有理論知識是無法深入了解并學(xué)會這門學(xué)科的。

2.主觀能動性不足，缺乏學(xué)習(xí)興趣

由于課程設(shè)置單一、單方面的知識普及和灌輸，導(dǎo)致現(xiàn)如今大多數(shù)學(xué)生都是被動地接受知識，對于學(xué)習(xí)沒有興趣，純粹為了學(xué)習(xí)而學(xué)習(xí)。沒有自發(fā)地對學(xué)習(xí)進(jìn)行探究、對未知進(jìn)行探索，很多人對于知識的理解浮于表面，即被動接受的那一部分。當(dāng)然，應(yīng)試教育的局限性其實也決定他們擁有這層知識就足夠了。沒有驅(qū)動力的鞭策導(dǎo)致學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力大幅下降，無可厚非。不主動學(xué)習(xí)，不去構(gòu)建屬于自己的完整的知識體系，永遠(yuǎn)被動地接受知識，是永遠(yuǎn)無法對知識有屬于自己的認(rèn)知范疇和理解的。

（二）教師方面的因素

1.專業(yè)知識水平的局限

STEM 教育理念下的機器人教學(xué)的普及是要由高素質(zhì)的專業(yè)教師完成的，哪怕國家已經(jīng)著重推動STEM 教育理念深入課堂，但是現(xiàn)如今并沒有STEM 教育理念方面的專業(yè)性培訓(xùn)，很多地區(qū)也沒有相對應(yīng)的培訓(xùn)條件。這意味著小學(xué)課堂上的STEM 教育是不完全專業(yè)的，很容易對學(xué)生的教育產(chǎn)生誤導(dǎo)。因此建設(shè)一支專業(yè)性強的教師團隊是十分必要的，而且由于機器人教學(xué)學(xué)科交叉性極強，也需要配備相對應(yīng)的專業(yè)老師，對學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)的教學(xué)項目規(guī)劃。

2.缺乏創(chuàng)新因素

傳統(tǒng)教育的理念深入人心，長時間的傳統(tǒng)教育哪怕在新的思潮噴涌而出、迅速普及的當(dāng)下，也無法完全被拋棄。尤其是教師這個越老越吃香的行業(yè)，閱歷和資歷決定了一個教師的發(fā)展空間，長期的教學(xué)經(jīng)驗是教師的資本，傳統(tǒng)教育方法是他們一直以來的教學(xué)方式，無法基于目前教育現(xiàn)狀進(jìn)行創(chuàng)新式教育，一直囿于傳統(tǒng)教育思路的束縛。在現(xiàn)如今課程變革的大浪潮下，進(jìn)行STEM 創(chuàng)新教育迫在眉睫，作為教師更需要把握時代的教育需求，對傳統(tǒng)教育方式取其精華去其糟粕，融入新興的教育理念，進(jìn)行課堂的完全式變革。

三、機器人教學(xué)的總體策略

（一）理解滲入STEM教育理念的機器人教學(xué)

提升學(xué)生綜合素養(yǎng)并將教學(xué)理念真正融入課堂，需要全體師生對STEM 教育理念有更深入了解，需要體會小學(xué)機器人教學(xué)的核心理念。STEM 是綜合通融的教學(xué)方式，它突破了學(xué)科界限，更強調(diào)團隊的分工和整體的協(xié)同合作，需要有真正解決實際問題的能力。在機器人課程教學(xué)中，不僅僅需要教導(dǎo)學(xué)生如何進(jìn)行機器人的開發(fā)和執(zhí)行，以專門課程形式去教導(dǎo)學(xué)生掌握機器人相關(guān)的基本知識和基本技能，更重要的是，在動手實操的過程中，開闊自己的視野、創(chuàng)建多學(xué)科思維，進(jìn)行多元知識體系建設(shè)和知識融合。比如，3～6年級的一系列機器人課程，從動手做的《智能機器人》到整體結(jié)合的《創(chuàng)意編程》到最后的《一起來學(xué)人工智能》，呈現(xiàn)系列課程的教育體系，深入淺出、循序漸進(jìn)地將學(xué)生一步步引入機器人學(xué)習(xí)的課堂，給他們的機器人學(xué)習(xí)構(gòu)建了一個初步藍(lán)圖。

（二）利用高校STEM資源

由于小學(xué)資源有限，沒有條件去組建STEM教育方面的專業(yè)教師團隊，甚至有些學(xué)校因地域限制，沒有教材課本和教學(xué)經(jīng)驗。因此在小學(xué)課堂上開展機器人教學(xué)，可以聯(lián)合當(dāng)?shù)氐母咝?，利用高校的資源和師資條件，借助高校的經(jīng)驗和實際教學(xué)的幫助，學(xué)習(xí)STEM 相關(guān)方面的教學(xué)經(jīng)驗。根據(jù)自己學(xué)校的特點組建并培養(yǎng)專業(yè)的師資力量，設(shè)置相匹配的專業(yè)性、系統(tǒng)性的課程方案，探索屬于自己的教學(xué)道路。參考其他小學(xué)的機器人教學(xué)經(jīng)驗，開發(fā)經(jīng)典和特色相結(jié)合的機器人課程，打造專有的小學(xué)機器人課程的基礎(chǔ)設(shè)施。如果沒有周邊或是當(dāng)?shù)馗咝５馁Y助，也可以向當(dāng)?shù)亟逃鞴懿块T尋求資金或是物力、人力的幫助。在開展小學(xué)機器人教育的過程中，要找對方法，懂得尋求外力的幫助，這好過自己盲目摸索試錯，能夠?qū)崿F(xiàn)事半功倍的效果。

（三）整合STEM項目設(shè)計

在進(jìn)行STEM 教育理念設(shè)計的時候，我們需要考慮到STEM 教育理念的具體目標(biāo)，選定最相匹配的STEM 機器人項目。明確機器人載體的具體構(gòu)建是第一步，考慮該載體的功能和日常應(yīng)用，并考慮后續(xù)的場景設(shè)計和方案計劃。機器人引導(dǎo)教學(xué)，比如，在“探月工程”主題設(shè)計過程中，對于模擬“月球車”在月球表面進(jìn)行探測，可以專門設(shè)計一個相關(guān)的教學(xué)活動，要求該“月球車”機器人有相應(yīng)的探測功能，能夠正常運行到達(dá)指定地點并進(jìn)行探測，體會我國探月工程中的一些基本問題解決方式。確定STEM 教育理念下的機器人教學(xué)項目設(shè)計，進(jìn)行簡單的機器人任務(wù)布置，搭建一個月球車探測的具體場景，能夠幫助學(xué)生很快進(jìn)入機器人設(shè)計的學(xué)習(xí)狀態(tài)，更好地融入機器人學(xué)習(xí)當(dāng)中。

四、滲入STEM教育理念的機器人教學(xué)思路

STEM 教育理念下的機器人教學(xué)，強調(diào)動手實踐能力，要求對知識進(jìn)行整合且能夠解決實際問題。在實際設(shè)計一個機器人的過程當(dāng)中，我們需要確定具體的實踐項目主題并界定主題目標(biāo)，要貼近現(xiàn)實生活并體現(xiàn)學(xué)科交融性，在設(shè)計的過程中，能夠及時發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，以提升學(xué)生的跨學(xué)科綜合素養(yǎng)。

（一）確定實踐項目主題

在具體的機器人教學(xué)實踐當(dāng)中，設(shè)計一個有針對性、功能性的機器人。設(shè)計機器人的前期，需要確立實踐項目主題。主題的選擇可以是生活瑣事，也可以是時態(tài)熱點，或國家大事。在進(jìn)行項目選擇和確立的時候，需要認(rèn)真觀察生活，根據(jù)自己的生活經(jīng)驗，對生活取樣，進(jìn)行項目主題的選擇。要貼近生活，能夠解決實際問題，也要符合自己的興趣愛好并考慮設(shè)計難度。假設(shè)設(shè)計一個智能澆花機器人，能夠解決現(xiàn)如今很多人忙于工作生活、無暇照看花草的問題。

（二）界定實踐主題目標(biāo)

在確定好需要實踐的主題之后，需要調(diào)研分析該主題需要實現(xiàn)的具體目標(biāo)，對于該主題所涉及的所有學(xué)科知識進(jìn)行搜尋和整合。可以在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行與主題相關(guān)資料的尋找，調(diào)研其他相關(guān)項目，分析優(yōu)缺點，借鑒其優(yōu)點，避免并思考解決其缺點的方法，進(jìn)行創(chuàng)造性思考分析，將思考融入實踐。具體思考該項目需要實現(xiàn)哪些目標(biāo)，思考此項目需要哪些資源能夠?qū)崿F(xiàn)相關(guān)目標(biāo)。同時進(jìn)行項目的功能性思考，對功能實現(xiàn)的步驟進(jìn)行設(shè)計。比如，在智能澆花機器人設(shè)計上，便可分為四部分：啟動—循跡—澆水—自動關(guān)機。同時設(shè)計土壤濕度傳感器，測試土壤濕度，判斷是否需要澆水，需要澆水時自動開機澆水，實現(xiàn)一定濕度時，自動關(guān)機。

（三）整合并儲備目標(biāo)資源

在設(shè)計智能機器人的時候，涉及的學(xué)科知識和資源非常多，是多學(xué)科、多實踐的極具挑戰(zhàn)性的作業(yè)。在動手實操前，需要準(zhǔn)備好支持實踐的材料并翻閱相關(guān)的書籍，即技術(shù)類的資源和輔助類的資料，包括一些軟硬件設(shè)施、電子電路以及軟件編程工具、學(xué)習(xí)類書籍等。比如，上述智能澆花機器人需要的是Arduino 開源硬件、傳感器以及一些與智能澆花機器人相關(guān)的設(shè)計編程類書籍和網(wǎng)站等。

隨著國家越來越重視教育行業(yè)的改革和發(fā)展，以及相關(guān)政策的頒布，對學(xué)科本質(zhì)和科學(xué)素養(yǎng)越發(fā)重視，在教育行業(yè)刮起了一股STEM 熱。而小學(xué)機器人教學(xué)實踐是其中的重要組成之一，小學(xué)教育的重要性決定了小學(xué)機器人教學(xué)實踐需要更強的專業(yè)素質(zhì)，要開展并安排好基于STEM 教育理念的小學(xué)機器人實踐教育。在STEM 教育理念之下的機器人教學(xué)，應(yīng)當(dāng)具有目標(biāo)性、場景性、整合性，要有具體的清晰的實行計劃和專業(yè)的STEM 教育團隊。在STEM 教育理念下，拓展學(xué)生的思維，加強學(xué)生的綜合素質(zhì)，讓學(xué)生跨學(xué)科全方面發(fā)展，是時代的教育要求，也是今后教育的發(fā)展方向。