劉瑋松　劉海東　焦曉武　金石梅

摘 要 機器人技術(shù)迅速發(fā)展，很多中學(xué)相繼開設(shè)機器人教育課程，但由于機器人教育正處在初級發(fā)展階段，我國中學(xué)機器人教育課程中還有很多問題有待解決，尤其突出的問題是機器人教育功利性強，教育研究視野不寬廣。針對存在的問題，通過將機器人教育與STEAM教育相融合，從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)策略、教學(xué)評價四方面探索機器人教育的新思路。

關(guān)鍵詞 機器人教育；STEAM教育；中學(xué)；互聯(lián)網(wǎng)+

中圖分類號：G630 文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）20-0011-03

Probe into Integration of Robot Education and STEAM Educa-tion in Middle School//LIU Weisong， LIU Haidong， JIAO Xiaowu， JIN Shimei

Abstract The rapid development of robot technology， many schools have carried out the robot education curriculum， but because the

robot education is in the primary stage of development， the robot course in middle school education in our country has many problems，

especially the problem of robot education is utilitarian， from the per-

spective of educational research is not broad， aiming at these pro-blems， the robot STEAM education and education integration， from

the teaching objectives， teaching content， teaching strategies， tea-

ching evaluation four aspects to explore new ideas for robot education.

Key words robot education； STEAM education； middle school； internet plus

1 引言

在“互聯(lián)網(wǎng)+”時代，教育與技術(shù)全面融合，中學(xué)機器人教育有了很大發(fā)展，已經(jīng)有很多中學(xué)開展了機器人教育課程，但建設(shè)中還存在很多問題，例如：教育目標(biāo)重模仿實驗，重基礎(chǔ)輕應(yīng)用；教育內(nèi)容重技術(shù)輕整合；教育研究與實踐視野不夠?qū)拸V[1]；教育模式以競賽為主，尚未普及[2]；

等等。當(dāng)前正風(fēng)靡于美國、韓國、英國等國家和地區(qū)的STEAM（Science，科學(xué)；Technology，技術(shù)；Engineering，

工程；Art，藝術(shù)；Mathematics，數(shù)學(xué)）教育依托新技術(shù)轉(zhuǎn)變教學(xué)理念和教學(xué)模式，正好適合解決中小學(xué)機器人教育存在的問題[3]。通過將科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)五方面進行整合，體現(xiàn)了對現(xiàn)實世界的全面理解，順應(yīng)了時代的發(fā)展，反映了新時代對人才的要求。將機器人教育和STEAM教育相融合是十分有意義的[4]，因此提出將機器人教育和STEAM教育相融合，探索機器人教育新思路。

2 STEAM教育

STEAM教育由美國弗吉尼亞科技大學(xué)學(xué)者Yakman在研究綜合教育時首次提出，即加強美國K12關(guān)于科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)及數(shù)學(xué)教育[3]，專門用于建立動手類創(chuàng)造性課程。STEAM教育實施最有效的策略，是從跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的角度，從開展實踐、促進專長發(fā)展的角度，以及從真實情境中的問題解決角度，將其融入現(xiàn)有課程中。不僅可以使學(xué)生迅速接受新改變，而且便于進行及時調(diào)整，使學(xué)生學(xué)習(xí)起來更加輕松，同時也能方便教師掌握。

3 機器人教育存在的不足

近年來，隨著基礎(chǔ)教育課程改革的不斷深入，我國中學(xué)機器人教育有了很大發(fā)展，但客觀來說，仍然處于初級階段，普及率很低[2]，且大都以功利性競賽為主，在教育目標(biāo)層面?zhèn)戎啬７聦嶒?，重基礎(chǔ)輕應(yīng)用[5]；在教育內(nèi)容層面?zhèn)戎貙W(xué)科本位，重技術(shù)輕整合；教育理念支持不足，一直沒有提出教育理念和準則[6]，機器人教育無法更深入開展；教育發(fā)布不均衡、發(fā)展不平衡，西北地區(qū)相對于南方發(fā)達地區(qū)，機器人教育起步較晚，相關(guān)教學(xué)活動很少。

4 機器人教育與STEAM教育融合的必然性

當(dāng)前應(yīng)試教育根深蒂固于家長、教師和學(xué)生的心中，大多數(shù)人認為機器人教育是一種課外活動，是為了娛樂學(xué)生而存在的，并不是一門真正獨立的完整學(xué)科。他們認為，學(xué)生應(yīng)該更注重課本知識的學(xué)習(xí)，而不是過多地參與這種活動。這就使得機器人教育課程難以順利有效地開展，進而學(xué)生也就很難有興趣參與其中，遏制了學(xué)生想象力和創(chuàng)新力的發(fā)展。而STEAM教育強調(diào)以學(xué)生為中心，將科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)及數(shù)學(xué)進行融合，開展教學(xué)活動。在機器人教學(xué)過程中綜合運用多方面內(nèi)容進行教學(xué)，讓學(xué)生在機器人教育中不僅可以學(xué)習(xí)到先進的機器人技術(shù)，而且可以學(xué)習(xí)到各個方面的知識，通過實際操作，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和能力。最終打破上述僵局，幫助家長、教師和學(xué)生理解機器人教育的重要性，讓機器人教育沖破原有的束縛，解決當(dāng)前機器人教育中存在的現(xiàn)實問題。

5 機器人教育與STEAM教育融合

機器人教育與STEAM教育融合應(yīng)注意：重視科學(xué)、技術(shù)的實際意義，運用實際的例子，幫助學(xué)生發(fā)揮想象力進行創(chuàng)作；重視學(xué)生的情緒與社交，幫助學(xué)生在操作過程中培養(yǎng)情感態(tài)度和價值觀[7]；以科學(xué)解釋和嚴密的數(shù)學(xué)邏輯為基礎(chǔ)，幫助學(xué)生認清事物的原理，掌握關(guān)鍵技術(shù)，找到根本原因，解決問題；在操作和探究過程中注重藝術(shù)的發(fā)揮，培養(yǎng)學(xué)生對待事物的藝術(shù)感和審美能力。endprint

STEAM教育的五部分（科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)）既相互獨立又彼此聯(lián)系，將STEAM教育融入機器人教育課程，核心離不開教學(xué)過程中這五部分的相互綜合、相互作用。并且機器人教育處在初級階段，同樣離不開STEAM教育的補充和構(gòu)建。同時，在機器人教育過程中要遵循STEAM教育的相關(guān)原則，但最終要以中小學(xué)機器人教育原則為主，探索出完善的中小學(xué)機器人教育課程體系。

在教學(xué)之前需要進行的是教學(xué)前期分析，需要分析學(xué)習(xí)者也就是學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)動機，分析機器人教育的軟硬件環(huán)境，如教室、機器人設(shè)備、相關(guān)軟件等，最終明確學(xué)習(xí)需要，制定相關(guān)教學(xué)環(huán)節(jié)。在融合前后都需要進行這些方面的分析，因此在此不做贅述。本文著重從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)策略、教學(xué)評價四個環(huán)節(jié)，融合STEAM教育的科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)等五方面進行探索設(shè)計。

教學(xué)目標(biāo) 以學(xué)習(xí)者特征分析為依據(jù)，結(jié)合當(dāng)前機器人教育重模仿實驗、重基礎(chǔ)輕應(yīng)用的狀況，以三維目標(biāo)體系為基礎(chǔ)，機器人教育與STEAM教育融合后的教學(xué)目標(biāo)如下。

1）知識與技能：學(xué)生在創(chuàng)設(shè)的實際科學(xué)和技術(shù)情境中理解基礎(chǔ)理論知識，掌握具體操作技術(shù)，改變以往教師操作、學(xué)生模仿的教學(xué)模式，學(xué)生在實際情境中發(fā)揮想象力，自由設(shè)計，創(chuàng)作自己的作品，在實際動手操作過程中提升創(chuàng)新能力和科學(xué)素養(yǎng)。

2）過程與方法：學(xué)生在對實際問題的研究過程中，彼此之間進行交流合作，在探究過程中以科學(xué)的解釋和嚴密的數(shù)學(xué)邏輯為基礎(chǔ)，認清事物發(fā)展的原理，注重在探究過程中發(fā)展自己的能力，培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新意識，掌握機器人實際操作的基本過程，提升動手能力。

3）情感態(tài)度價值觀：通過在實際的科技情境中進行創(chuàng)新操作，消除學(xué)生與現(xiàn)代科技的隔閡，培養(yǎng)學(xué)生勇于創(chuàng)新的精神和與他人交流合作的能力，使學(xué)生真正感受到“玩中學(xué)、學(xué)中玩”，在得到“作品”的同時獲得寶貴的學(xué)習(xí)過程，在“作品”創(chuàng)作中提升審美能力，培養(yǎng)藝術(shù)感。

教學(xué)內(nèi)容 基于機器人教育重技術(shù)輕基礎(chǔ)的現(xiàn)狀，本文從兩方面介紹機器人教育與STEAM教育融合后的教學(xué)內(nèi)容[8]：一方面為當(dāng)前機器人教育中的基礎(chǔ)學(xué)科內(nèi)容，一方面為機器人教育與科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)教育緊密相關(guān)的內(nèi)容。雖然在機器人教育中也涉及這些方面的內(nèi)容，但都不夠深入和全面，內(nèi)容相對匱乏。本文著重對第二部分內(nèi)容深入組織，進行描述。

1）當(dāng)前最新科學(xué)和技術(shù)概況、基本理論：學(xué)校和教育部門應(yīng)實時關(guān)注當(dāng)前社會上新出現(xiàn)的各種新科技，適時在課堂上為學(xué)生介紹新科技內(nèi)容，讓學(xué)生時時刻刻跟上時代的步伐，避免閉門造車，和時代脫軌。

2）與機器人教育相關(guān)的倫理安全性信息：學(xué)校和教育部門適時對學(xué)生進行思想道德教育，幫助培養(yǎng)和糾正學(xué)生對于機器人的觀念，使學(xué)生樹立正確的人生觀和價值觀[9]，如機器人的發(fā)展和普及對人類生活帶來的便利和對人類生活帶來的倫理道德問題。

3）機器人發(fā)展的過程和數(shù)學(xué)邏輯基礎(chǔ)知識：學(xué)生學(xué)習(xí)機器人課程不能單單只是會操作，要能夠了解機器人的原理和核心，這對學(xué)生發(fā)揮想象力，創(chuàng)新創(chuàng)作出作品有很大幫助。

通過這部分知識的了解，學(xué)生也可以更深刻地了解科學(xué)技術(shù)與社會之間的關(guān)系，促進與當(dāng)前時代相結(jié)合。

教學(xué)策略 改變以往模仿和直接任務(wù)驅(qū)動的教學(xué)策略，融合STEAM教育以學(xué)生為主體的模式，充分調(diào)動學(xué)生的積極性，給予學(xué)生充足的時間和空間去想象，增進他們對科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)教育之間相互融合的理解，以科學(xué)的解釋、嚴密的數(shù)學(xué)邏輯、藝術(shù)的美感、積極的態(tài)度思考和解決科學(xué)和技術(shù)問題，培養(yǎng)與人交流合作的態(tài)度和能力。例如：提供擴展知識內(nèi)容，結(jié)合本節(jié)課所講授的內(nèi)容擴展與其相關(guān)的內(nèi)容，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)新鮮真實的機器人情境，開闊學(xué)生視野，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)動力；以日常生活中可以見到的機器人事物舉例，創(chuàng)設(shè)問題引發(fā)學(xué)生思考，解決實際問題，拉近學(xué)生與社會科技的距離，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力；鼓勵學(xué)生將生活中的廢棄品進行創(chuàng)新加工并運用到機器人教育上，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的同時，教育他們勤儉節(jié)約。

以劉玉田主編的《用Arduino進行創(chuàng)造》（清華大學(xué)出版社，2014）一書中“5.3太陽能板方位控制”為例進行介紹。實現(xiàn)原理：通過雙刀雙擲繼電器，利用光敏電阻的特性使電機正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止。教學(xué)策略：實踐探索法。

創(chuàng)設(shè)一個“高效太陽能充電器”情境，播放一些太陽能充電板的具體實例，讓學(xué)生自己思考如何才能最大限度利用太陽能能源，實現(xiàn)高效充電器的設(shè)計。分小組交流想法進行發(fā)表，發(fā)表小組討論的想法和具體實現(xiàn)過程中可能用到的實驗材料有哪些、生活中還有哪些地方可以根據(jù)自己的創(chuàng)意進行改進等，其他學(xué)生和教師對發(fā)表的想法進行補充。根據(jù)發(fā)表的創(chuàng)意性解決方案進行具體的操作實現(xiàn)，學(xué)生之間交流探索解決實現(xiàn)過程中遇到的問題，最后由教師進行補充和講解。在創(chuàng)作過程中應(yīng)注意盡可能將實驗材料替換成環(huán)保材料或生活廢棄品，如電機可以采用舊的云臺，光敏電阻暗盒可以采用生活中常用的塑料盒替代，等等。

教學(xué)評價 STEAM教育以定性評價為主，評價學(xué)生的五大能力：探索學(xué)習(xí)能力；思考與問題解決能力；創(chuàng)意革新能力；溝通合作能力；積極人格與價值觀。因此，機器人教育與STEAM教育相融合后也應(yīng)該以定性評價為主，圍繞學(xué)生的五大能力，強調(diào)使用更具過程性和個性化的評價形式。

教學(xué)評價不能只依據(jù)作品進行，要注重學(xué)生動手操作學(xué)習(xí)的過程和在操作過程中情感與態(tài)度的變化。例如：通過機器人教育中真實的動手操作實踐，學(xué)生可能變得對機器人教育更有興趣，更愿意了解和掌握機器人教育的相關(guān)知識，了解當(dāng)前最先進的科學(xué)、技術(shù)、工程等；在作品創(chuàng)作過程中培養(yǎng)了藝術(shù)感和美感，鍛煉了交流合作能力；在基礎(chǔ)部分和動手操作環(huán)節(jié)的掌握中培養(yǎng)了嚴密的數(shù)學(xué)邏輯思維。學(xué)生在實際學(xué)習(xí)過程中在這些方面得到一定的提升，就可以說實現(xiàn)了教學(xué)目標(biāo)，具備了一定的創(chuàng)新能力和科學(xué)素養(yǎng)。具體而言，教師可以從學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的態(tài)度、表現(xiàn)、藝術(shù)感、作品等方面來評價學(xué)生的學(xué)習(xí)效果[10]。

6 結(jié)論

將機器人教育與STEAM教育進行融合，不斷完善機器人教育是十分必要的，這是一個新思路、新方向，在一定程度上可以解決當(dāng)前機器人教育面臨的困境，幫助培養(yǎng)中學(xué)生的創(chuàng)新能力和科學(xué)素養(yǎng)。而機器人教育也正處在激烈的變革時期，越來越多的新模式、新知識會加入機器人教育結(jié)構(gòu)中，機器人教育會越來越成熟，體系會越來越完善，將更加健康地發(fā)展下去。

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