STEM理念與機(jī)器人教學(xué)的融合

汪小慶

（江蘇省江都中學(xué)，江蘇揚(yáng)州 225200）

引 言

STEM教育是集合了多種能力，培養(yǎng)學(xué)生通過跨學(xué)科思考、動手實(shí)踐，解決實(shí)際問題的教育方式。STEM教育為信息技術(shù)課程注入了新的活力，構(gòu)建并實(shí)施基于STEM理念的信息技術(shù)課堂是信息技術(shù)課程改革和STEM教育的必然要求。而機(jī)器人融合了多個當(dāng)代信息技術(shù)，已經(jīng)成為信息技術(shù)的重要內(nèi)容和結(jié)晶，在信息技術(shù)教學(xué)中，機(jī)器人與計算機(jī)成為信息技術(shù)教育的工具，都承擔(dān)著信息技術(shù)教學(xué)載體的任務(wù)。許多中學(xué)開展了有關(guān)機(jī)器人教育的課程，雖然取得了些許進(jìn)步，但仍存在一定的問題。而STEM教育依托新技術(shù)轉(zhuǎn)變了教學(xué)理念和教學(xué)模式，成為完善機(jī)器人教學(xué)的新思路和新方向。

一、STEM教育與機(jī)器人教學(xué)相融合的必然性

STEM教育是一種重實(shí)踐的超學(xué)科教育理念，融合了科學(xué)的力量、技術(shù)的創(chuàng)新、工程的巧妙、藝術(shù)的美感和數(shù)學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)，通過寓教于樂的方式，讓學(xué)生快樂學(xué)習(xí)，愛上學(xué)習(xí)。機(jī)器人教學(xué)以機(jī)器人為載體進(jìn)行STEM創(chuàng)新教育，機(jī)器人教育具有較強(qiáng)的落地性和系統(tǒng)的教學(xué)體系，是一門非常經(jīng)典的跨學(xué)科課程，持續(xù)的學(xué)習(xí)能夠有效提升學(xué)生創(chuàng)造、分析和實(shí)踐的能力，因此，機(jī)器人教學(xué)應(yīng)該綜合多種科學(xué)知識和技能，注重對學(xué)生的創(chuàng)新意識、動手能力、綜合能力的培養(yǎng)。融入了STEM教育的機(jī)器人教學(xué)體系才能越來越完善，才能健康發(fā)展[1]。

目前，應(yīng)試教育思想根深蒂固，機(jī)器人教育并沒有成為一門真正獨(dú)立的完整學(xué)科，主要以功利性的比賽為主，機(jī)器人教學(xué)課程難以順利有效地開展，遏制了學(xué)生想象力和創(chuàng)造能力的發(fā)展。但STEM教育堅持以人的發(fā)展為出發(fā)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)多種手段的融合，不僅可以讓學(xué)生學(xué)到先進(jìn)的機(jī)器人技術(shù)，還能提升其綜合能力，通過實(shí)際操作培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。STEM教育與機(jī)器人教學(xué)的融合打破了機(jī)器人教學(xué)的僵局，使機(jī)器人教學(xué)沖破原有的束縛，解決了當(dāng)前機(jī)器人教學(xué)中存在的現(xiàn)實(shí)問題。

二、STEM教育與機(jī)器人教學(xué)相融合的角度

機(jī)器人STEM課程將動手與動腦相結(jié)合，融合科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)等學(xué)科知識制作智能機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)整體的全能教學(xué)，符合現(xiàn)代科技的特點(diǎn)，化繁為簡，提升學(xué)習(xí)效率，為中學(xué)課堂帶來全新的綜合性和創(chuàng)造性的教學(xué)體驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生學(xué)科成績的提高。機(jī)器人教學(xué)與STEM理念相互融合充分彰顯了“教師主導(dǎo)、學(xué)生主體”的精神，通過融合教學(xué)，打破傳統(tǒng)教學(xué)的束縛，讓學(xué)生在獲得知識的同時提高學(xué)習(xí)興趣、獲得樂趣。STEM教育與機(jī)器人教學(xué)相融合的目的是幫助高中生打開視野，理解前沿科研課題設(shè)計基礎(chǔ)，實(shí)踐機(jī)器人在項(xiàng)目任務(wù)中的重要應(yīng)用，學(xué)習(xí)制作機(jī)器人的核心技能[2]。STEM教育與機(jī)器人教學(xué)的融合打破了傳統(tǒng)教學(xué)模式，轉(zhuǎn)化為以問題為導(dǎo)向、多學(xué)科相融合、基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，通過系統(tǒng)的教育方式，培養(yǎng)出更多的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才。那么，如何在STEM理念下進(jìn)行機(jī)器人課程的創(chuàng)新呢？

（一）教學(xué)理念

首先，課程教學(xué)必須以學(xué)生為本，以數(shù)字校園的環(huán)境為支撐，形成以“機(jī)器人”為代表的數(shù)字化校本課程群，以課程拓寬學(xué)生的眼界，促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展，著眼于學(xué)生一生的發(fā)展。其次，機(jī)器人教育必須基于小組合作，堅持“做中學(xué)”的理念。再次，機(jī)器人教育必須基于項(xiàng)目開展學(xué)習(xí)活動。最后，課程必須基于STEM教育理念設(shè)計教學(xué)。機(jī)器人校本課程設(shè)計的著眼點(diǎn)主要放在挖掘?qū)W科交叉上，以多種學(xué)科相互滲透，通過多樣化的情境、多角度的任務(wù)、多維度的評價，讓每個學(xué)生都有發(fā)揮自己所長的舞臺，都能夠做到學(xué)以致用。

（二）教學(xué)目標(biāo)

第一，能夠讓學(xué)生了解機(jī)器人的歷史發(fā)展和應(yīng)用，了解機(jī)器人對人類社會的價值；第二，能夠了解機(jī)器人的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和基本原理；第三，能夠完成簡單機(jī)器人的設(shè)計組裝；第四，能夠掌握基本的C語言編程的方法，認(rèn)識簡單的程序和結(jié)構(gòu)，進(jìn)行簡單的程序調(diào)試；第五，能夠養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S習(xí)慣，提升學(xué)生的創(chuàng)新能力。總而言之，機(jī)器人教學(xué)的目的是提高學(xué)生的核心素養(yǎng)。

（三）教學(xué)方式

傳統(tǒng)的信息技術(shù)課堂強(qiáng)調(diào)學(xué)生對技術(shù)的掌握，而忽略學(xué)生在真實(shí)情境下對技術(shù)的應(yīng)用，學(xué)生難以將課堂上所學(xué)的技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際的生活中。STEM教育主要采用的是項(xiàng)目式教學(xué)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生主動參與和主動探究，強(qiáng)調(diào)項(xiàng)目的真實(shí)性，強(qiáng)調(diào)與實(shí)際生活發(fā)生的真實(shí)聯(lián)系。項(xiàng)目式的教學(xué)方式能夠讓學(xué)生既掌握技術(shù)，又能夠有機(jī)會將技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際生活中，能啟發(fā)學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力，并激發(fā)學(xué)生利用所學(xué)知識，以科學(xué)的解釋、嚴(yán)密的思維、藝術(shù)的美感和積極的態(tài)度參與到問題的發(fā)掘和解決中，不但培養(yǎng)了學(xué)生的各種能力，還激發(fā)了學(xué)生的團(tuán)隊合作意識。這種教學(xué)方式就要求教師在教學(xué)中要善于創(chuàng)設(shè)問題，激發(fā)學(xué)生的思考，促進(jìn)學(xué)生思維能力的發(fā)展和提升。

（四）教學(xué)內(nèi)容

傳統(tǒng)的機(jī)器人教育只注重對信息技術(shù)基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)，STEM理念與機(jī)器人教學(xué)相融合的教學(xué)內(nèi)容不僅包括傳統(tǒng)機(jī)器人教育中的基礎(chǔ)學(xué)科，還包括科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)等與之緊密相關(guān)的內(nèi)容。①現(xiàn)代最新的科學(xué)、技術(shù)的現(xiàn)狀和基本理論，在課堂上滲透當(dāng)前社會上新出現(xiàn)的科技內(nèi)容，避免出現(xiàn)閉門造車，與時代脫軌的問題；②機(jī)器人發(fā)展的過程和數(shù)學(xué)邏輯知識，開展機(jī)器人課程的目的并不單單是教會學(xué)生進(jìn)行簡單操作，而是讓學(xué)生能夠真正了解機(jī)器人的原理與核心，使學(xué)生深刻了解科學(xué)技術(shù)與社會的關(guān)系。

三、STEM理念與機(jī)器人教學(xué)相融合的教學(xué)策略

（一）在STEM情境性的理念下利用情境導(dǎo)入

在STEM理念下的信息技術(shù)教學(xué)中，情境性的導(dǎo)入顯得十分有必要，STEM理念主張教學(xué)生活化，在教學(xué)中融入日常生活元素，能夠讓學(xué)生更容易理解信息技術(shù)課堂上機(jī)器人教學(xué)的重要性，體會到機(jī)器人教育的應(yīng)用價值，進(jìn)而提升學(xué)生的學(xué)習(xí)動力。此外，在情境導(dǎo)入中還應(yīng)讓學(xué)生充分感受到信息技術(shù)和機(jī)器人的魅力，明確機(jī)器人對人類生活的重要價值。應(yīng)注意盡量設(shè)置快速提升學(xué)生注意力的情境導(dǎo)入，充分提升學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。

（二）在STEM協(xié)作性的理念下利用小組協(xié)作學(xué)習(xí)

利用小組協(xié)作學(xué)習(xí)能夠促使教師積極適應(yīng)協(xié)助者和引導(dǎo)者的角色，利用小組協(xié)作的方式培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、自主分析、自主解決、探索創(chuàng)新的能力，小組成員共同完成任務(wù)目標(biāo)，同時也培養(yǎng)了學(xué)生的邏輯思維能力和語言表達(dá)能力。此外，教師應(yīng)依據(jù)學(xué)生的個體特征，尊重學(xué)生的個體差異，發(fā)揮小組合作協(xié)調(diào)進(jìn)步的功能。

（三）在STEM體驗(yàn)性的理念下利用項(xiàng)目引領(lǐng)教學(xué)

STEM理念下的信息技術(shù)教學(xué)注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造思維和探索能力，項(xiàng)目教學(xué)的引入能夠使學(xué)生通過自身探索，掌握更多的知識。教師對每位學(xué)生的理解力、知識掌握程度都應(yīng)有充分的了解，分層設(shè)計相應(yīng)的教學(xué)目標(biāo)，確保每位學(xué)生都能得到進(jìn)一步的提升和發(fā)展。對完成目標(biāo)的學(xué)生和優(yōu)秀的作品進(jìn)行及時表揚(yáng)，保持每位學(xué)生的熱情和創(chuàng)作積極性。

（四）在STEM跨學(xué)科的理念下開展多形式教學(xué)活動

在STEM理念下的信息技術(shù)教學(xué)中，教師可以開展多種形式的教學(xué)活動，促進(jìn)學(xué)生深層次的學(xué)習(xí)。

（五）在STEM學(xué)科融合的理念下推動教師的自我成長

教師要不斷提升自己，關(guān)注信息技術(shù)學(xué)科前沿信息技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)的快速發(fā)展，課本的內(nèi)容已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足學(xué)生日益增長的需求，對新技術(shù)和前沿技術(shù)的掌握才能為提升學(xué)生的創(chuàng)造潛能打下堅實(shí)的基礎(chǔ)。

（六）在STEM實(shí)證性的理念下引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注社會現(xiàn)象

教師應(yīng)該積極引導(dǎo)學(xué)生用所掌握的知識和技術(shù)解決生活中的難題，逐步提升學(xué)生對社會的責(zé)任感。

四、STEM教育與機(jī)器人教學(xué)相融合的阻礙

STEM教育主要以定性評價為主，主要評價學(xué)生的思考能力、解決問題能力、創(chuàng)新能力和溝通協(xié)作能力，以及人生價值觀、積極人格等，STEM理念與機(jī)器人教學(xué)相融合后，強(qiáng)調(diào)評價的過程性和個性化。教學(xué)評價不能僅僅依據(jù)作品進(jìn)行，還應(yīng)注重學(xué)生的動手操作能力和情感的變化。

五、教學(xué)評價

作為一種跨學(xué)科整合的教育模式，STEM教育與機(jī)器人教學(xué)相融合將會促進(jìn)各個學(xué)科通過綜合性的課程結(jié)合起來，加強(qiáng)學(xué)科間的相互配合，利用多種學(xué)科的知識來解決問題。但STEM教育仍然面臨“水土不服”的困境，面臨著課程體系不完善、跨學(xué)科師資匱乏、評價體系不配套等現(xiàn)實(shí)難題。由于缺乏基礎(chǔ)性學(xué)科知識的融合注入，許多中學(xué)教師的知識背景相對比較單一，除了精通自身學(xué)科的知識外，對其他學(xué)科的知識相對比較薄弱，很難獨(dú)立完成 “跨學(xué)科”的STEM課程設(shè)計與講授。學(xué)生完成作品后，根本不了解作品背后的知識，STEM教育成為學(xué)校的“秀場”。學(xué)生雖然動手參與了實(shí)踐，但缺乏動腦探索。在單純的模仿形式下，雖然能夠拿出優(yōu)秀的項(xiàng)目成果，但卻扼殺了學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力，這與STEM教育激發(fā)學(xué)生“創(chuàng)新動力”的初衷背道而馳。

結(jié) 語

總之，在當(dāng)前教育環(huán)境下，學(xué)生家長往往更傾向于關(guān)注立竿見影的提分手段，而STEM教育由于見效較慢而難獲青睞，雖然許多學(xué)校都開始嘗試STEM教育與學(xué)科的融合，但在實(shí)踐中，還面臨很多問題。這些問題需要各界力量，包括政府、高等院校、科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)以及中小學(xué)校形成合力，才有可能在根本上得以解決。