機(jī)器人教育中的工程思維培養(yǎng)

摘 要：機(jī)器人教育具作為最具代表性的一門(mén)新興技術(shù)教育課程，對(duì)學(xué)生工程思維的培養(yǎng)具有重要作用。文章將從機(jī)器人教育與工程教育的關(guān)系、機(jī)器人教育對(duì)學(xué)生工程思維的影響及如何通過(guò)機(jī)器人教育培養(yǎng)學(xué)生工程思維等方面介紹機(jī)器人教育對(duì)學(xué)生工程思維的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：STEM教育;機(jī)器人教育;工程思維

一、相關(guān)概念介紹

（一）STEM教育

STEM教育源于美國(guó)，STEM是科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)英文首字母的縮寫(xiě)。STEM教育強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科整合性，以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)知識(shí)、技術(shù)意識(shí)、工程思維和計(jì)算思維為主要教學(xué)目標(biāo)，重點(diǎn)關(guān)注學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。雖然STEM教育強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生綜合能力進(jìn)行培養(yǎng)，但目前我國(guó)基礎(chǔ)教育領(lǐng)域?qū)W(xué)生科學(xué)與數(shù)學(xué)知識(shí)的關(guān)注度一直很高，技術(shù)在近年來(lái)也逐漸受到重視，但對(duì)工程知識(shí)方面的關(guān)注遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。

（二）機(jī)器人教育

近年來(lái)機(jī)器人已經(jīng)走進(jìn)中小學(xué)的課堂，通過(guò)機(jī)器人教學(xué)旨在培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)與創(chuàng)新能力。機(jī)器人學(xué)科綜合了物理、數(shù)學(xué)、生物、機(jī)械、電子等相關(guān)學(xué)科知識(shí)，對(duì)學(xué)生綜合能力的提升具有關(guān)鍵作用，彭紹東的文章里對(duì)機(jī)器人教育所下的定義是：機(jī)器人教育是指學(xué)習(xí)、利用機(jī)器人，優(yōu)化教學(xué)效果及師生勞動(dòng)方式的理論與實(shí)踐。也就是說(shuō)機(jī)器人教育具有理論與實(shí)踐兩大領(lǐng)域，在理論方面機(jī)器人教育具有自身的理論基礎(chǔ)，在實(shí)踐方面機(jī)器人作為載體，在具體的教學(xué)實(shí)踐中開(kāi)展系列教學(xué)活動(dòng)。學(xué)生在機(jī)器人學(xué)習(xí)中除學(xué)習(xí)機(jī)器人學(xué)科知識(shí)和基本技能外，也要學(xué)會(huì)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的系統(tǒng)思維，為適應(yīng)未來(lái)社會(huì)奠定基礎(chǔ)。

（三）工程思維

工程思維是人們?cè)谶M(jìn)行工程決策、工程設(shè)計(jì)和工程運(yùn)行的過(guò)程中形成的一種思維方式，工程思維的核心要素為工程決策思維、工程設(shè)計(jì)思維、工程實(shí)施思維和工程評(píng)價(jià)思維。有些研究并沒(méi)有將關(guān)注的焦點(diǎn)放在對(duì)中小學(xué)生工程思維的培養(yǎng)上，認(rèn)為工程思維的培養(yǎng)不符合特定年齡階段學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展。我國(guó)教育部在2011年就提出“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”，旨在培養(yǎng)一批兼具工程能力和創(chuàng)新能力的高質(zhì)量工程技術(shù)人才。可見(jiàn)，工程思維的培養(yǎng)更應(yīng)該從小抓起。

二、機(jī)器人教育與工程教育的關(guān)系

在中小學(xué)開(kāi)設(shè)的機(jī)器人教育中，學(xué)生要以小組的形式共同完成機(jī)器人主體的搭建，首先各小組要規(guī)劃搭建思路、設(shè)計(jì)機(jī)器人主體及實(shí)施驗(yàn)證機(jī)器人主體的穩(wěn)固性，整個(gè)活動(dòng)的進(jìn)行需要一系列工程設(shè)計(jì)步驟，這很好的鍛煉了學(xué)生的工程思維。另一方面，讓學(xué)生親自體驗(yàn)機(jī)器人編程才能鍛煉學(xué)生編程能力，同樣，對(duì)機(jī)器人進(jìn)行編程要經(jīng)過(guò)策劃?rùn)C(jī)器人運(yùn)動(dòng)路徑、設(shè)計(jì)機(jī)器人主體、對(duì)機(jī)器人進(jìn)行編程及調(diào)試程序等一系列操作過(guò)程，并且每一個(gè)過(guò)程都不是孤立存在的，機(jī)器人主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固與否嚴(yán)重影響后續(xù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)情況，對(duì)機(jī)器人編程的準(zhǔn)確性也直接影響著后期進(jìn)行調(diào)試的過(guò)程。總而言之，學(xué)生通過(guò)機(jī)器人的學(xué)習(xí)能夠體會(huì)工程設(shè)計(jì)流程，對(duì)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力及工程思維的培養(yǎng)具有很好的促進(jìn)作用，換句話說(shuō)，中小學(xué)機(jī)器人教育促進(jìn)工程思維的培養(yǎng)。

三、機(jī)器人教育中工程思維的培養(yǎng)

（一）選擇系統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容

目前機(jī)器人教學(xué)中存在教學(xué)內(nèi)容零散、不規(guī)范的問(wèn)題，對(duì)學(xué)生系統(tǒng)思維的培養(yǎng)具有不良的影響。首先機(jī)器人教學(xué)內(nèi)容要具有銜接性、連貫性和系統(tǒng)性，那么教師在設(shè)計(jì)機(jī)器人教學(xué)內(nèi)容時(shí)除了要考慮到學(xué)生的年齡及認(rèn)知特點(diǎn)外，更要考慮到各個(gè)知識(shí)點(diǎn)間的內(nèi)在邏輯聯(lián)系和整體的系統(tǒng)性特點(diǎn)，例如選擇一個(gè)總的教學(xué)主題——設(shè)計(jì)一款競(jìng)技機(jī)器人，在這個(gè)大的主題下又有很多子主題，包括競(jìng)技機(jī)器人的車(chē)身設(shè)計(jì)與搭建、競(jìng)技機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)及編程、競(jìng)技機(jī)器人的測(cè)試與調(diào)試等過(guò)程，每個(gè)小主題都有各自的重點(diǎn)和難點(diǎn)，而整個(gè)大主題又是多種知識(shí)、技能和環(huán)境等因素相融合的工程系統(tǒng)，那么學(xué)生就能夠在系統(tǒng)的學(xué)習(xí)環(huán)境中培養(yǎng)工程思維。

（二）以工程思維為主線組織教學(xué)內(nèi)容

教師在選擇教學(xué)任務(wù)時(shí)要考慮到工程思維的現(xiàn)實(shí)性和集成性的特點(diǎn)，從學(xué)生實(shí)際生活出發(fā)選擇具有真實(shí)性較強(qiáng)的任務(wù)，以便學(xué)生能夠在解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中可以找到豐富的背景資料，引導(dǎo)學(xué)生綜合考慮多種因素進(jìn)行方案的設(shè)計(jì)。同時(shí)，教師進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)要以工程設(shè)計(jì)過(guò)程為參考，根據(jù)工程設(shè)計(jì)過(guò)程組織教學(xué)，讓學(xué)生在親自動(dòng)手實(shí)踐的過(guò)程中，體會(huì)工程設(shè)計(jì)思想，逐步培養(yǎng)學(xué)生工程思維。

（三）實(shí)現(xiàn)“講授”與“活動(dòng)”的動(dòng)態(tài)平衡

工程思維是一種典型的實(shí)踐性思維，但并不代表著在機(jī)器人教學(xué)中不需要理論支撐，機(jī)器人學(xué)科是綜合性較強(qiáng)的一門(mén)學(xué)科，需要學(xué)生在“做中學(xué)”去獲得知識(shí)，教師要平衡好“講授”與“活動(dòng)”的動(dòng)態(tài)平衡。傳統(tǒng)教學(xué)中填鴨式的教學(xué)已經(jīng)適用現(xiàn)在的課堂教學(xué)，在機(jī)器人教學(xué)中教師可以給學(xué)生提出具體的任務(wù)，讓學(xué)生圍繞任務(wù)進(jìn)行方案的策劃、設(shè)計(jì)、實(shí)施、測(cè)試等一系列過(guò)程，這樣的方式可以幫助學(xué)生進(jìn)行完整知識(shí)的建構(gòu)，對(duì)學(xué)生工程思維的培養(yǎng)具有促進(jìn)作用。

四、結(jié)語(yǔ)

學(xué)生工程思維的培養(yǎng)并非一朝一夕就能解決的，而機(jī)器人教育為工程思維的培養(yǎng)提供了很好的載體，但機(jī)器人教育在中小學(xué)的發(fā)展還不完善，特別是如何開(kāi)設(shè)、如何實(shí)施教學(xué)，如何深入培養(yǎng)工程思維都有待進(jìn)一步研究，這也是今后我們要重點(diǎn)進(jìn)行研究的方向。

參考文獻(xiàn)

[1] 范文翔，趙瑞斌，張一春.美國(guó)STEAM教育的發(fā)展脈絡(luò)、特點(diǎn)與主要經(jīng)驗(yàn)[J].比較教育研究，2018，40（06）：17-26.

[2] 丁婧.STEM教育中的工程思維培養(yǎng)[J].物理之友，2018， 34（09）：4-6.

[3] 彭紹東.論機(jī)器人教育.上[J]電化教育研究，2002（06）：3-7.

[4] 王穎.普通高中機(jī)器人教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生工程思維的行動(dòng)研究[D].南京：南京師范學(xué)，2014.

[5] 王齊偉.小學(xué)STEM課程中工程思維培養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)研究[D].上海：上海師范大學(xué)，2016.

[6] 王榮良.機(jī)器人教育與工程思維關(guān)系之研究[J].中國(guó)教育信息化，2008（24）：27-29.

作者簡(jiǎn)介：孟雪（1993.09- ），女，漢族，遼寧建昌人，碩士，研究方向：教育技術(shù)學(xué)（教育學(xué)）。