中小學(xué)機(jī)器人教育中的探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)實(shí)施策略研究

孫巖松 張克松

摘 要：機(jī)器人教育能有效發(fā)展學(xué)生的科學(xué)精神、自主發(fā)展及實(shí)踐創(chuàng)新等核心素養(yǎng)。在中小學(xué)機(jī)器人教育中應(yīng)用探究性學(xué)習(xí)模式可進(jìn)一步提升機(jī)器人教育的成效，基于此，本文提出中小學(xué)機(jī)器人教育與探究性學(xué)習(xí)模式有機(jī)結(jié)合的實(shí)施策略，即教師樹(shù)立“學(xué)生中心”教育觀、遵循探究性學(xué)習(xí)的心理學(xué)理論和依據(jù)探究性學(xué)習(xí)的一般過(guò)程進(jìn)行實(shí)踐演繹，希望為一線實(shí)踐者提供些許參考。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人教育；探究性學(xué)習(xí)；實(shí)施策略

現(xiàn)階段，中小學(xué)機(jī)器人教育開(kāi)展的如火如荼，機(jī)器人教育所特有的創(chuàng)新性和實(shí)踐性在發(fā)展學(xué)生科學(xué)精神、自主發(fā)展及實(shí)踐創(chuàng)新等核心素養(yǎng)方面極具前瞻性價(jià)值。2017年8月由美國(guó)新媒體聯(lián)盟頒布的《地平線報(bào)告（基礎(chǔ)教育版）》將機(jī)器人技術(shù)列為近期進(jìn)入主流應(yīng)用的教育技術(shù)，強(qiáng)調(diào)其在基礎(chǔ)教育中的作用。2018年4月教育部印發(fā)《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》，提出加強(qiáng)學(xué)生課內(nèi)外一體化的信息技術(shù)知識(shí)、技能、應(yīng)用能力以及信息意識(shí)、信息倫理等方面的培育。隨著國(guó)內(nèi)外信息化政策的持續(xù)出臺(tái)，機(jī)器人教育在人工智能教育、創(chuàng)客教育等新型教育模式中的應(yīng)用價(jià)值漸受研究者矚目。在中小學(xué)機(jī)器人教育中應(yīng)用探究性學(xué)習(xí)模式可進(jìn)一步提升機(jī)器人教育的成效，因此，本文將基于探究性學(xué)習(xí)模式著重探討中小學(xué)機(jī)器人教育中的探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)實(shí)施策略。

一、中小學(xué)機(jī)器人教育中的探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)實(shí)施策略

（一）教師應(yīng)樹(shù)立“學(xué)生中心”教育觀

目前，機(jī)器人教育并沒(méi)有作為一門(mén)獨(dú)立學(xué)科納入中小學(xué)日常教育教學(xué)中，在《義務(wù)教育階段信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2012版）》中也是作為拓展模塊存在，絕大多數(shù)是以興趣班、綜合實(shí)踐課組成部分、學(xué)科整合和機(jī)器人競(jìng)賽驅(qū)動(dòng)等方式引入機(jī)器人教育，并且多由計(jì)算機(jī)教師或短期培訓(xùn)教師教學(xué)，教師水平參差不齊。在這一現(xiàn)狀下，是否能富有成效的實(shí)現(xiàn)機(jī)器人教育價(jià)值與機(jī)器人教師專業(yè)水平和教育理念息息相關(guān)。

機(jī)器人教育的創(chuàng)新性和實(shí)踐性的本質(zhì)決定了機(jī)器人教師不能“一本書(shū)講一輩子”，尤其面對(duì)的學(xué)生是新時(shí)代在互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下長(zhǎng)大的“原著民”。他們更善于交流與合作且思維具自主性、開(kāi)放性。因此機(jī)器人教師不僅要熟練掌握機(jī)器人教學(xué)相關(guān)知識(shí)、工具、資源，而且要大膽求索、開(kāi)拓新路，在教學(xué)實(shí)踐中“以教為學(xué)”拓寬知識(shí)儲(chǔ)備，不斷更新專業(yè)知識(shí)，提升專業(yè)技能，并且積極參加各種線上或線下的教研活動(dòng)來(lái)不斷更新教育觀，逐漸樹(shù)立“以學(xué)生為中心”的教育觀，尊重中小學(xué)生的主體學(xué)習(xí)地位。

（二）遵循探究性學(xué)習(xí)的心理學(xué)基礎(chǔ)理論

大量研究顯示，好的探究能幫助學(xué)生構(gòu)建更深層次的概念和提升高端思維能力。因此在機(jī)器人教育中開(kāi)展探究性學(xué)習(xí)是實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的較佳路徑。探究性學(xué)習(xí)的理論基礎(chǔ)可以在心理學(xué)上追溯到布魯納的認(rèn)知-發(fā)現(xiàn)說(shuō)和建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論。

1.布魯納的認(rèn)知-發(fā)現(xiàn)說(shuō)

按照布魯納的觀點(diǎn)，學(xué)習(xí)的實(shí)質(zhì)是個(gè)體在教師引導(dǎo)下積極主動(dòng)的形成自己的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，并將自主所學(xué)的新知識(shí)與先前認(rèn)知結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)起來(lái)，構(gòu)建其知識(shí)體系，在教學(xué)觀上，教學(xué)的根本目的在于使學(xué)生理解學(xué)科基本結(jié)構(gòu)，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)習(xí)遷移，發(fā)展兒童智力和創(chuàng)造力。并且強(qiáng)調(diào)發(fā)現(xiàn)法是學(xué)生掌握學(xué)科結(jié)構(gòu)的最好方法。在發(fā)現(xiàn)法的使用中，教師需要根據(jù)學(xué)生的心理發(fā)展水平和經(jīng)驗(yàn)來(lái)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情景，激發(fā)學(xué)生的探究欲望使其積極尋求解決問(wèn)題的各種假設(shè)方法，并引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用分析思維在理論和實(shí)踐上驗(yàn)證假設(shè)，最終在解決問(wèn)題的過(guò)程中使學(xué)生“樂(lè)學(xué)善思”發(fā)展自身創(chuàng)造性和批判性思維。

2.建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論根據(jù)研究者關(guān)注點(diǎn)的不同分為認(rèn)知建構(gòu)主義和社會(huì)建構(gòu)主義。兩者基本觀點(diǎn)都認(rèn)為教育者必須以兒童在日常生活中積攢的豐富經(jīng)驗(yàn)為起點(diǎn)，創(chuàng)設(shè)合適的學(xué)習(xí)情景，引導(dǎo)兒童“生長(zhǎng)”出新的知識(shí)。同時(shí)學(xué)習(xí)者在知識(shí)建構(gòu)過(guò)程中具有主動(dòng)建構(gòu)性、社會(huì)互動(dòng)性、學(xué)習(xí)情景性。認(rèn)知建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論在教學(xué)中具體應(yīng)用以探究性學(xué)習(xí)為典型代表，探究學(xué)習(xí)的過(guò)程就是學(xué)生通過(guò)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題而生成知識(shí)的過(guò)程，探究性學(xué)習(xí)的具體的、廣泛采用的模式是基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，一個(gè)項(xiàng)目式的學(xué)習(xí)由教師提出驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題、學(xué)生制定探究計(jì)劃、實(shí)施計(jì)劃、交流實(shí)施結(jié)果、評(píng)價(jià)等組成。

（三）依據(jù)探究性學(xué)習(xí)的一般過(guò)程進(jìn)行實(shí)踐演繹

基于上述，結(jié)合教學(xué)設(shè)計(jì)的基本理論，中小學(xué)機(jī)器人教育中的探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)由如下部分構(gòu)成。

1.學(xué)習(xí)者分析：教學(xué)目標(biāo)定制化

根據(jù)加德納的多元智力理論，每一個(gè)學(xué)習(xí)者在不同程度上擁有言語(yǔ)-語(yǔ)言、邏輯-數(shù)理、視覺(jué)-空間等九種智力。不同智力的不同組合構(gòu)成了學(xué)生的個(gè)性差異。因而中小學(xué)機(jī)器人教師不能“一視同仁”，在開(kāi)展探究性學(xué)習(xí)的過(guò)程中首先因在對(duì)學(xué)習(xí)者特征及知識(shí)、技能、態(tài)度進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上理解每一個(gè)學(xué)生都有自身長(zhǎng)處和發(fā)展需求，并以此為基礎(chǔ)從知識(shí)、技能、情感態(tài)度三方面為不同學(xué)生定制不同的教學(xué)目標(biāo)，只有“隨人分限所及”才能積極促進(jìn)學(xué)生個(gè)性充分發(fā)展，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人教育的預(yù)期價(jià)值。

2.學(xué)習(xí)內(nèi)容設(shè)計(jì)：跨學(xué)科式學(xué)習(xí)內(nèi)容

由于中小學(xué)機(jī)器人教育仍處于初級(jí)階段，教育部門(mén)及專家學(xué)者沒(méi)有制定統(tǒng)一的課程標(biāo)準(zhǔn)及編寫(xiě)一致的教材，因而中小學(xué)機(jī)器人的學(xué)習(xí)內(nèi)容質(zhì)量良莠不齊，教學(xué)內(nèi)容多以機(jī)器人本體知識(shí)為主，缺乏綜合性、包容性。為此中小學(xué)機(jī)器人教師應(yīng)在深入解讀《基礎(chǔ)教育信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》、《中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》、《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》等指導(dǎo)文件的基礎(chǔ)上根據(jù)學(xué)習(xí)者的發(fā)展水平拓寬學(xué)習(xí)內(nèi)容的廣度與深度。在開(kāi)展機(jī)器人教育的過(guò)程中將語(yǔ)文、數(shù)學(xué)、物理、電子、計(jì)算機(jī)、能源、人工智能等學(xué)科知識(shí)整合起來(lái)，將課堂變成學(xué)生喜愛(ài)的“繽紛多彩”的世界，使學(xué)生所學(xué)知識(shí)不僅與生活緊密相關(guān)并且能夠適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要。

3.學(xué)習(xí)過(guò)程設(shè)計(jì)：六步循環(huán)法

借鑒第二部分所論述的探究性學(xué)習(xí)步驟及中小學(xué)機(jī)器人教育實(shí)踐狀況可從驅(qū)動(dòng)型問(wèn)題導(dǎo)入、“頭腦風(fēng)暴法”形成假設(shè)、基本概念和結(jié)構(gòu)澄清、進(jìn)行假設(shè)驗(yàn)證、成果展示及評(píng)價(jià)、設(shè)置挑戰(zhàn)六個(gè)方面進(jìn)行中小學(xué)機(jī)器人教育探究性學(xué)習(xí)活動(dòng)過(guò)程設(shè)計(jì)。

（1）驅(qū)動(dòng)型問(wèn)題導(dǎo)入

課堂導(dǎo)入作為教學(xué)必不可少的環(huán)節(jié)之一，是教學(xué)實(shí)施的先行部分?！傲己玫拈_(kāi)始等于成功了一半”，恰當(dāng)而富有啟發(fā)性的課堂導(dǎo)入環(huán)節(jié)在整個(gè)教學(xué)實(shí)施中舉足輕重。中小學(xué)機(jī)器人教師在教學(xué)的導(dǎo)入環(huán)節(jié)應(yīng)當(dāng)根據(jù)學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)、興趣和需要提出一個(gè)或幾個(gè)與教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容緊密相關(guān)的富有趣味性、探索性、驅(qū)動(dòng)性的問(wèn)題，以此將學(xué)生注意力吸引到課堂中來(lái)，激發(fā)他們的探求欲，啟發(fā)其創(chuàng)造思維，使學(xué)生在輕松愉悅的環(huán)境中開(kāi)始新知識(shí)的學(xué)習(xí)。當(dāng)然，高質(zhì)量的課堂導(dǎo)入環(huán)節(jié)也是良好師生關(guān)系建立的開(kāi)端。

（2）“頭腦風(fēng)暴法”形成假設(shè)

“頭腦風(fēng)暴法”作為一種培養(yǎng)創(chuàng)造性思維的有效方法，核心思想是把頭腦中產(chǎn)生的想法和想法的可行性劃分開(kāi)來(lái)，其創(chuàng)造性特征符合中小學(xué)機(jī)器人教育價(jià)值訴求。教師在導(dǎo)入環(huán)節(jié)提出驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題后，應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)揮想象力在頭腦中快速聯(lián)想，大膽尋求解決問(wèn)題的任何做法，并且大聲表達(dá)出來(lái)。在這一過(guò)程中學(xué)生之間的想法可互相啟發(fā)，教師對(duì)學(xué)生所提的建議不做干涉，待所有建議提出后，教師與學(xué)生一同對(duì)想法進(jìn)行探討、評(píng)價(jià)、改進(jìn)，從而產(chǎn)生一種或幾種可行的具有創(chuàng)造性的做法。

（3）基本概念和結(jié)構(gòu)澄清

創(chuàng)造性的想法可以“天馬行空”，但將想法付諸實(shí)踐必須“腳踏實(shí)地”。學(xué)生的知識(shí)不是憑空產(chǎn)生的，機(jī)器人教師在引導(dǎo)學(xué)生形成解決問(wèn)題的創(chuàng)造性想法后，必須將關(guān)乎本次機(jī)器人教學(xué)的基本概念、原理及搭建的機(jī)器人基本結(jié)構(gòu)向?qū)W生澄清，學(xué)生只有在明晰控制器、傳感器、執(zhí)行器等零件的基本運(yùn)用方法、搭建中的數(shù)學(xué)、力學(xué)等原理，所需搭建機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)，編程方面的循環(huán)分支結(jié)構(gòu)等一般性知識(shí)才能更好的將所學(xué)知識(shí)在不同情境中靈活遷移，才能在接下來(lái)的實(shí)踐驗(yàn)證環(huán)節(jié)避免“無(wú)米之炊”，保持良好的學(xué)習(xí)態(tài)度和動(dòng)機(jī)。

（4）實(shí)踐驗(yàn)證

“導(dǎo)而弗牽、強(qiáng)而弗抑，開(kāi)而弗達(dá)”，教師在機(jī)器人教學(xué)中主要扮演一個(gè)“點(diǎn)撥者”的角色。教師需引導(dǎo)學(xué)生按自己的創(chuàng)新想法做并且鼓勵(lì)學(xué)生堅(jiān)持不懈的探究，克服實(shí)踐中的難題和積極改進(jìn)自己的作品，同時(shí)啟發(fā)學(xué)生的思維，在學(xué)生需要時(shí)給予適當(dāng)?shù)摹爸Ъ堋倍弧叭纹渌鶠椤?。在學(xué)生帶著自己獨(dú)特想法進(jìn)行實(shí)踐的過(guò)程中，所有探究最終以解決問(wèn)題為目標(biāo)，任何符合機(jī)器人基本原理及結(jié)構(gòu)的并且能合理的解決問(wèn)題的做法都值得推崇。同時(shí)教師在必要時(shí)可以給學(xué)生布置一個(gè)任務(wù)，讓學(xué)生采用小組合作式進(jìn)行探究，通過(guò)合作完成任務(wù)，培養(yǎng)他們的組織力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作力、溝通與交流能力的過(guò)程。

（5）成果展示與評(píng)價(jià)

成果展示環(huán)節(jié)與評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)可同步進(jìn)行。評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)主要由：自我評(píng)價(jià)、教師及學(xué)生評(píng)價(jià)、家長(zhǎng)評(píng)價(jià)等構(gòu)成。教師要特別注意的是：由于每個(gè)學(xué)生的先前經(jīng)驗(yàn)、個(gè)性特征及智力組合等不同，學(xué)生通過(guò)實(shí)踐完成的作品水平是有差異的，在學(xué)生展現(xiàn)作品時(shí)不能“厚此薄彼”以免挫其信心，降低學(xué)習(xí)興趣，而應(yīng)當(dāng)真誠(chéng)的贊賞作品的閃光點(diǎn)和“移情性”的點(diǎn)出作品了進(jìn)一步改進(jìn)的地方。在此基礎(chǔ)上，教師鼓勵(lì)每一位學(xué)生輪流向大家介紹自己作品的想法、創(chuàng)新點(diǎn)及沒(méi)有克服的問(wèn)題等，同時(shí)教師可將學(xué)生在成果展示環(huán)節(jié)的作品借由微信、QQ等通訊軟件及時(shí)的傳送給不在現(xiàn)場(chǎng)的家長(zhǎng)，使家長(zhǎng)能掌握孩子最新的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)和機(jī)器人教學(xué)效果進(jìn)而建立良好的親子關(guān)系。

（6）設(shè)置挑戰(zhàn)

根據(jù)維果斯基的最近發(fā)展區(qū)理論，學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí)表現(xiàn)出兩種水平，一種是符合學(xué)生年齡特征的水平，另一種是學(xué)生在他人幫助和指導(dǎo)下能達(dá)到的水平，兩種水平差距構(gòu)成最近發(fā)展區(qū)。因而教師在教學(xué)時(shí)一方面以學(xué)生現(xiàn)有水平為依據(jù)，另一方面要?jiǎng)?chuàng)設(shè)最近發(fā)展區(qū)，采用不同方法和形式使教學(xué)引領(lǐng)學(xué)生發(fā)展。因此成果展示及評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)不是教學(xué)的結(jié)束，教師應(yīng)當(dāng)在評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)結(jié)束后對(duì)學(xué)生進(jìn)行“拔高”，在本次教學(xué)的基礎(chǔ)上根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況設(shè)置新的“挑戰(zhàn)”，創(chuàng)設(shè)知識(shí)遷移和自主探究的情景，給學(xué)生提出更高的要求以進(jìn)一步激發(fā)其求知欲和學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，促進(jìn)學(xué)生再發(fā)展。

二、結(jié)語(yǔ)

中小學(xué)機(jī)器人教育是當(dāng)下流行的教育形式之一，如何有效的實(shí)現(xiàn)其教育價(jià)值并為中小學(xué)機(jī)器人教育提供指導(dǎo)是目前亟待解決的問(wèn)題，本文根據(jù)心理學(xué)的研究成果結(jié)合探究性學(xué)習(xí)模式開(kāi)展的一般范式提出中小學(xué)機(jī)器人教育教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)策略，希冀為中小學(xué)機(jī)器人教育實(shí)踐者提供些許借鑒，但本文僅停留與理論層面，未作實(shí)踐探索，下一步將繼續(xù)完善。

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基金項(xiàng)目：安徽省高等學(xué)校省級(jí)質(zhì)量工程“現(xiàn)代教育技術(shù)之?dāng)?shù)字圖像處理智慧課堂試點(diǎn)項(xiàng)目”階段成果（課題編號(hào)：2017zhkt220）。

作者簡(jiǎn)介：孫巖松（1993- ），男，安徽合肥人，安徽師范大學(xué)教育科學(xué)學(xué)院，現(xiàn)代教育技術(shù)碩士研究生；張克松（1966- ），安徽蕪湖人，安徽師范大學(xué)教育技術(shù)系主任，副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向：教育技術(shù)學(xué)基本理論、信息技術(shù)教育。