師范生機器人創(chuàng)客素養(yǎng)模型構建

蔡陽 金石梅

摘? 要 隨著創(chuàng)客教育的興起，機器人教育逐步走進中小學信息技術課堂。由于師資缺乏，在一定程度上限制了機器人創(chuàng)客活動的發(fā)展。因此，有必要在師范院校開展機器人創(chuàng)客教師的培養(yǎng)。通過分析中小學學習者特征，了解中小學機器人創(chuàng)客活動內容、中小學機器人創(chuàng)客活動組織形式和評價，構建面向師范生的機器人創(chuàng)客素養(yǎng)模型，希望為機器人創(chuàng)客教師的師資培養(yǎng)研究指明方向，為師范院校開展機器人創(chuàng)客人才培養(yǎng)提供參考。

關鍵詞 中小學;機器人;創(chuàng)客教育;師范院校;創(chuàng)客教師;信息素養(yǎng);信息技術;創(chuàng)客素養(yǎng)模型

中圖分類號：G655? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）07-0006-04

1 前言

隨著智能機器人的發(fā)展，中小學越來越重視機器人教育。機器人創(chuàng)客教育推動了信息技術課程的創(chuàng)新發(fā)展，對信息技術教師的要求也逐漸增高。然而，中小學缺乏符合機器人創(chuàng)客的師資，影響了中小學機器人創(chuàng)客教育的發(fā)展，給師范院校培養(yǎng)機器人創(chuàng)客教師提出要求。如何培養(yǎng)優(yōu)秀的機器人創(chuàng)客教師，是值得探索研究的問題。

2 中小學機器人創(chuàng)客活動的目標

國家政策? 中小學信息技術教育專業(yè)委員會編制的《中小學智能機器人課程指導意見（試行）》指出，中小學智能機器人課程的主要任務是培養(yǎng)學生對智能機器人的興趣，讓學生了解和掌握以智能機器人為載體的通用技術與信息技術的基本知識和技能，了解技術的發(fā)展及其應用對人類生活和科學的深刻影響，通過智能機器人課程培養(yǎng)學生良好的信息素養(yǎng)、創(chuàng)新精神和實踐能力。

2015年9月，教育部發(fā)布的《關于“十三五”期間全面深入推進教育信息化工作的指導意見（征求意見稿）》中提出：有效利用信息技術推進“眾創(chuàng)空間”建設，探索STEAM教育、創(chuàng)客教育等新教育模式，使學生有較強的信息意識與創(chuàng)新意識，養(yǎng)成數(shù)字化學習習慣。

2017年7月，國務院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，提出利用智能技術加快推動人才培養(yǎng)模式、教學方法改革，構建包含智能學習、交互式學習的新型教育體系，要求我國中小學階段設置人工智能、編程教育等課程，完善相關課程體系。

中小學信息技術課程標準? 2003年，教育部頒布《普通高中信息技術課程標準（實驗）》，首次在高中通用技術課程中設立“簡易機器人制作”，在信息技術課程中設立“人工智能初步”內容作為選修模塊[1]。

2012年5月，中國教育技術協(xié)會信息技術教育專業(yè)委員會起草的《基礎教育信息技術課程標準（2012版）》，對中小學機器人教育模塊的教學內容進行了詳細說明。

2017年制定的《普通高中信息技術課程標準》，選擇性必修課程“人工智能初步”和“開源硬件項目設計”模塊中納入人工智能、機器人、編程等內容?？梢?，國家對機器人教育越來越重視，機器人教育將逐步滲入我國基礎教育階段，在中小學開展機器人的相關探究活動。

為滿足社會發(fā)展需求，基礎教育課程標準不斷改革，機器人教育也逐步獲得重視，當前社會各界廣泛圍繞機器人設計與制作展開創(chuàng)客教育[1]。

3 中小學機器人創(chuàng)客活動的課程內容

基礎模塊? 基礎模塊分為理論知識和實際操作兩部分內容。

1）理論知識是指機器人的基本概念、特點、分類、功能及其在操作中需要的理論知識等。對基礎知識有了深入的了解和認識，為之后的具體操作訓練作鋪墊。

2）實際操作是指機器人組裝和利用Arduino等編程語言編寫程序。學生能夠根據(jù)機器人組裝結構圖，獨自完成機器人的組裝，也能夠卸裝和改裝。學生要了解編程語言、編程的原理，能夠根據(jù)實際操作調試程序，能更深刻地理解有關編程的知識，實現(xiàn)各類機器人功能。

基礎模塊的目標是通過實際操作，使學生對所學知識有一個全面鞏固和綜合訓練，提高他們搭建、組裝的操作能力和編程能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識、探究意識，提高協(xié)作能力和團隊意識。

擴展提升模塊? 擴展提升模塊是參加校內外組織的各類機器人比賽。通過參加機器人比賽實現(xiàn)“賽中學”的有效學習，不僅能激發(fā)學生學習機器人知識的興趣，提升機器人操作能力，促進學生創(chuàng)作和動手能力，同時能夠營造良好的學習氣氛，調動學生的實踐熱情，鍛煉學生的實踐操作能力。在比賽過程中能夠提高學生獨立分析問題的能力和解決問題的能力，讓學生綜合運用專業(yè)知識，提升團隊合作能力，積累參加機器人競賽的經(jīng)驗。

4 中小學學習者特征分析

小學? 根據(jù)《基礎教育信息技術課程標準（2012版）》，學生從三年級就開始學習信息技術，到五年級已掌握信息技術基礎知識，了解信息技術的發(fā)展過程及對社會的影響，初步具有獲取、傳輸、處理和應用信息的能力等基礎的信息素養(yǎng)。機器人創(chuàng)客活動需要較強的動手操作能力，對于低年級的學生來說很難完成。然而，五、六年級的學生探究能力較強，對新事物有很強的好奇心，能夠快速接受新事物，能夠很好地進行機器人創(chuàng)客活動[2]。

中學? 中學生已經(jīng)具備信息獲取、信息處理與加工等相應的信息素養(yǎng)，因此，獲取機器人學習資源對中學生來說不成問題。中學生有較強的好奇心，思維活躍，能夠掌握程序編碼，理解編碼設計原理。不僅如此，中學生有很強的動手能力，在機器人創(chuàng)客活動中根據(jù)機器人組裝圖，能夠自主完成機器人組裝、卸裝等實踐操作，不需要一一進行講解或說明。

5 中小學機器人創(chuàng)客活動組織形式

2017年，教育部新制定《普通高中信息技術課程標準》，在課程標準中更深度地呈現(xiàn)有關人工智能和機器人的內容。因此，機器人教育在信息技術課程中成為一個重要的組成部分。中小學機器人創(chuàng)客活動組織形式分為課堂教學、操作訓練和科技活動等三個方面。

課堂教學? 機器人創(chuàng)客的基本理論知識是教師通過課堂講授的方式，利用4～6學時的時間進行機器人創(chuàng)客教育。在課堂教學中，教師還可以將學生分成小組，組織學生搜集機器人相關資料，整理成報告形式。教師在每一堂課選一個小組做課前五分鐘講座，做一些關于機器人知識和前沿發(fā)展的小講座，既可以激發(fā)學生的學習興趣，也可以讓學生及時了解機器人發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，掌握更多的有關機器人的基本理論知識。

操作訓練? 經(jīng)過教師課堂講授，學生已具備一定的基礎知識。操作訓練階段為10～12學時，主要搭建簡單的機器人模型，并利用Arduino等編程語言編寫程序。操作訓練大部分是以學生為主、教師為輔，基于項目學習的方式來完成教學。每一堂課，教師給學生提供任務和相關的學習資源，讓學生以小組的形式進行自主學習和協(xié)作學習，完成課堂學習項目。教師以指導者的角色對學生進行個別指導，對學生提出的問題及時反饋;在課堂結束前要組織學生對他們的任務或作品進行自評和互評，教師也要進行合理的評價和反饋。

科技活動? 科技活動是指創(chuàng)建活動小組，利用各種技術資源和平臺參與機器人競賽。機器人競賽既是一項很好的科技創(chuàng)新活動，又是普及機器人教育的重要途徑，為對機器人感興趣的學生提供一個延伸學習的平臺。教師可以在校內組織機器人競賽，通過競賽讓學生體驗競賽的氛圍，積累經(jīng)驗。通過校內機器人競賽，教師可以選出較優(yōu)秀的一兩支隊伍進行訓練和培訓，參加校外的機器人大賽，如州內機器人比賽、吉林省機器人大賽、中國青少年機器人大賽等。

6 中小學機器人創(chuàng)客活動評價

過程性評價? 機器人創(chuàng)客活動的過程性評價是在學習機器人的過程中隨時對學生的學習各方面情況進行評價。這樣可以使教師隨時得到學生各方面發(fā)展程度的反饋信息，可以使學生隨時發(fā)現(xiàn)自身存在的問題，并及時加以改進，掌握正確的學習策略，明確學習目標，提高學習質量和效率[3]。在課前，對有關機器人的知識點或前一節(jié)的內容進行提問或測驗，了解學生掌握所學機器人知識的程度;在課中，對機器人編程、機器人組裝、團隊合作、小組作品展示等進行學生自評和互評以及教師評價，才能及時糾正問題，逐步完善學習方式，提高機器人學習效率和質量;在課后，通過布置的作業(yè)和任務來讓學生鞏固學習內容，了解學生在課上的學習效果。單元測試和期中考試是為了了解學生經(jīng)過一段時間的學習，所掌握的機器人知識技能程度。

總結性評價? 中小學機器人創(chuàng)客活動過程中過程性評價與總結性評價要互相結合?？偨Y性評價是指期末考試或最終作品的評價，考查學生的機器人知識與技能。在機器人創(chuàng)客活動中，參加機器人大賽也是一個能夠很好地體現(xiàn)總結性評價的方式，不僅能夠體現(xiàn)學生所掌握的理論知識和操作技能，而且能體現(xiàn)小組合作能力、解決問題能力、表達能力[4]。教師可以通過觀察每一位學生在比賽中的表現(xiàn)，如機器人搭建、機器人演示、編程以及解決突發(fā)問題等，給出初步的總結性評價，也可以參考比賽中獲得的名次。教師要明確每位學生在小組中的參與程度與付出，給出一個公平合理的評價。

7 構建師范生機器人創(chuàng)客素養(yǎng)模型

機器人創(chuàng)客素養(yǎng)模型是根據(jù)社會發(fā)展需求、國家政策以及中小學課程標準內容為依據(jù)，通過了解中小學機器人創(chuàng)客活動的課程內容，分析中小學生的學習特征，分析中小學機器人創(chuàng)客活動組織形式，了解中小學機器人創(chuàng)客活動評價等四個方面，總結機器人創(chuàng)客教師在每個方面應具備的能力，通過分析、整理、完善、加工，構建機器人創(chuàng)客素養(yǎng)模型，如圖1所示。

機器人創(chuàng)客素養(yǎng)的定義? 祝智庭認為，創(chuàng)客素養(yǎng)是指所有人適應社會與工作在創(chuàng)造層面的知識與能力，與學習者人際溝通、團隊協(xié)作、創(chuàng)新問題解決、批判性思維和專業(yè)技能等方面的能力有關[5]。

機器人創(chuàng)客素養(yǎng)是機器人創(chuàng)客教師與學生在機器人教育過程中應具備的意識與能力，主要包括機器人創(chuàng)客意識、機器人知識與技能、設計與準備、管理與評價等四個方面。

創(chuàng)客意識? 作為機器人創(chuàng)客教師，必須要具備機器人創(chuàng)客意識。創(chuàng)客意識包括道德意識、安全意識、責任意識、崇尚科學意識、創(chuàng)新意識以及終身學習意識。機器人創(chuàng)客教師應該有較強的道德意識，在傳授知識和技能的過程中要注意言行的表達，引導學生自覺遵守道德規(guī)范。機器人創(chuàng)客教師掌握計算機的網(wǎng)絡安全知識是必要的條件，除此之外，在機器人組裝實踐過程中，要了解機器人安全常識，從而很好地引導學生在安全的環(huán)境下完成機器人實踐活動。機器人創(chuàng)客教師要有耐心，要有不怕苦的品質，要對學生的學習負責，引導學生學習，成為學生學習的指導者和引導者。不僅如此，機器人創(chuàng)客教師要對機器人課堂教學負責，按時完成教學任務，認真對待每一節(jié)課堂教學，努力提高機器人教學質量。因此，樹立責任意識是機器人創(chuàng)客教師在機器人教育過程中必不可少的。崇尚科學意識是指熱愛科學、積極探索科學，試著把科學融入實際的學習和生活中。

隨著科學的發(fā)展，機器人教育也發(fā)生變革。因此，機器人創(chuàng)客教師要實時關注先進的理念和技術，對機器人教學目標、教學方法、教學內容、教學評價不斷創(chuàng)新，樹立創(chuàng)新意識是機器人創(chuàng)客教師必要的素養(yǎng)之一。終身學習意識是指機器人創(chuàng)客教師要關注教育改革，不斷學習機器人的知識和技能，探索研究機器人。通過學習，提高自身的知識水平和各項技能，成為優(yōu)秀的機器人創(chuàng)客教師。

知識與技能? 有關機器人的知識和技能是機器人創(chuàng)客教師應該具備的最基本的能力。知識與技能維度包含機器人基礎知識、機器人組裝技能以及編寫調試程序。機器人基礎知識是對機器人的初步認識，要理解機器人的相關定義，機器人的發(fā)展、分類、結構特點，機器人的工作原理等。機器人組裝技能具體指進行機器人組裝、卸裝以及改裝的技巧和能力。機器人創(chuàng)客教師不僅要掌握理論知識，也要熟練掌握機器人組裝等操作技能。熟練掌握這些技能，才能很好地指導學生進行機器人組裝等操作。不僅如此，還應了解Arduino等軟件編程平臺，要了解編程語言，掌握程序設計原理，能夠編寫程序、調試程序。

設計與準備? 設計與準備模塊包含機器人教學設計、獲取資源的能力、分析與解決問題的能力等三個方面。

機器人教學設計主要是指學情分析、教學目標分析、教學內容分析、教學方法選擇、教學過程組織、教學評價等。機器人創(chuàng)客教師能夠獨立完成每一堂課的機器人教學設計，并能夠通過實際教學，發(fā)現(xiàn)問題、分析問題，完善機器人教學設計。機器人創(chuàng)客教學必須具有創(chuàng)新點，機器人創(chuàng)客教師根據(jù)學生的學情特點，合理安排教學內容，采用先進的教學方法和教學模式，設計出具有獨特創(chuàng)新的教學設計。

獲取資源的能力是指機器人創(chuàng)客教師能夠對大量的機器人學習資源進行分析、鑒別、評價，選擇有用的學習資源，并在此基礎上進行加工，使學習資源更加有效精致。

機器人創(chuàng)客教師應具備分析與解決問題的能力。在機器人教學和參賽過程中會發(fā)生很多問題需要解決，機器人創(chuàng)客教師要主動發(fā)現(xiàn)知識或技術上的問題，分析問題，善于解決問題，也要引導學生解決學習過程中的問題。

管理與評價? 管理與評價包括組織與管理學生的學習和活動、實踐與創(chuàng)新能力、評價與判斷能力以及指導參賽能力等四個方面。

組織管理學生的學習和活動，是指機器人創(chuàng)客教師要設計學生自主或合作學習機器人的環(huán)境與資源，設計機器人教學任務，合理安排小組，進行協(xié)作學習，并能引導學生形成良好的人際關系。機器人創(chuàng)客教師要引導學生在師生和生生之間不斷地溝通交流，樂于傾聽他人的建議和想法，也要引導學生善于與他人分享知識、技術、學習資源、經(jīng)驗和成果。機器人教育中，協(xié)作是至關重要的。遇到困難，機器人創(chuàng)客教師要成為學生之間相互溝通交流、不斷磨合、形成共識的引導者，使學生的協(xié)作能力發(fā)揮到極致。

實踐能力是指機器人創(chuàng)客教師要有較強的動手能力，機器人創(chuàng)客大部分是通過一系列的動手實踐來完成的。創(chuàng)新能力是機器人創(chuàng)客最基本的素養(yǎng)，機器人創(chuàng)客教師要能夠獲取新型的教學資源，采用創(chuàng)新的教學方法，設計有創(chuàng)意的機器人教學設計，也要引導學生積極參與機器人創(chuàng)新比賽。

評價與判斷的能力包括機器人創(chuàng)客教師合理地選擇評價工具實施教學評價，發(fā)現(xiàn)機器人教學問題，提出改進方案。引導學生利用評價工具進行自評和互評，機器人創(chuàng)客教師也能夠及時反饋，做好對機器人教育的過程性和總結性評價。

指導參賽是指機器人創(chuàng)客教師要指導學生參加各項機器人大賽（如州內機器人比賽、吉林省機器人大賽），知道機器人比賽的規(guī)章制度，掌握比賽流程，能夠及時解決比賽過程中的突發(fā)情況，能使學生順利完成比賽，獲得優(yōu)秀的成績。

8 結語

創(chuàng)客教育的不斷發(fā)展，對師資的要求也不斷提升。師范生作為未來的機器人創(chuàng)客教師，不僅要具備機器人創(chuàng)客意識、機器人知識與各項技能，而且要能夠設計出較好的機器人教學設計，具備獲取機器人資源的能力、解決問題的能力、組織管理能力、實踐創(chuàng)新能力與評價判斷能力。與其他創(chuàng)客教育不同的是，機器人創(chuàng)客教育包含參加各項機器人大賽，因此，教師也必須要有指導學生參賽的能力。依據(jù)社會發(fā)展需求、國家政策、中小學課程標準內容，通過了解中小學機器人創(chuàng)客活動的課程內容，分析中小學生的學習特征，分析中小學機器人創(chuàng)客活動組織形式，了解中小學機器人創(chuàng)客活動評價等內容，建構出機器人創(chuàng)客素養(yǎng)模型，以期機器人創(chuàng)客素養(yǎng)模型能為師范院校的機器人教師培養(yǎng)提供借鑒。

參考文獻

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[2]彭青青.小學創(chuàng)客基礎課程開發(fā)與實踐研究：以機器人課程為例[D].沈陽：沈陽大學，2017.

[3]朱光明，等.普通高中新課程信息技術教學與評價指導[M].廣州：廣東教育出版社，2006.

[4]王同聚.中小學機器人教學評價方法的探索[J].教育信息技術，2015（6）：75-78.

[5]祝智庭，雒亮.從創(chuàng)客運動到創(chuàng)客教育：培植眾創(chuàng)文化[J].電化教育研究，2015（7）：5-13.