融合STEAM教育理念的交互型機(jī)器人教學(xué)模式探究

摘要：本文參考趣味交互型教學(xué)模式的項(xiàng)目式教學(xué)流程，另將STEAM教育的理念融入其中，以助學(xué)生更好地建構(gòu)知識，并將項(xiàng)目題材由單純的聯(lián)機(jī)交互機(jī)器人擴(kuò)大到人機(jī)交互機(jī)器人，得到融合STEAM教育理念的交互型機(jī)器人教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞：STEAM;交互型機(jī)器人;教學(xué)模式

1.引言

當(dāng)今世界科技發(fā)展日新月異，有高度細(xì)化和融合的發(fā)展趨勢。很多重大問題需要靈活運(yùn)用各學(xué)科知識才能得以解決。因此，跨學(xué)科課程資源的建設(shè)是學(xué)校學(xué)科建設(shè)的重要一環(huán)。雖然各大機(jī)器人賽事正如火如荼展開，但普遍以實(shí)驗(yàn)?zāi)M型教學(xué)為主。這種以教師為主體、以模擬和再現(xiàn)現(xiàn)成機(jī)器人為教學(xué)目標(biāo)的講授教學(xué)法，即便在鞏固學(xué)習(xí)者掌握機(jī)器人基本知識方面有一定優(yōu)勢，卻不利于學(xué)生融會貫通各學(xué)科知識、培養(yǎng)學(xué)習(xí)機(jī)器人的興趣。

融合STEAM教育理念的交互型教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)學(xué)生的直接經(jīng)驗(yàn)和親身經(jīng)歷，鼓勵學(xué)生積極參與到機(jī)器人教學(xué)過程中，結(jié)合各學(xué)科背景知識、綜合性地設(shè)計(jì)交互型機(jī)器人，與機(jī)器人交流互動，激發(fā)其自主性，開拓解決問題的眼界和思路。

2.理論基礎(chǔ)

無處不在的機(jī)器人在為我們提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)的同時，也要求人類進(jìn)一步提高駕馭機(jī)器人的能力。在《關(guān)于“十三五”期間全面深入推進(jìn)教育信息化工作的指導(dǎo)意見》中，教育部提出“機(jī)器人技術(shù)對教育的影響日益明顯，學(xué)校要探索跨學(xué)科融合的 STEAM 教育、創(chuàng)新思維訓(xùn)練的創(chuàng)客教育等新的教育模式，使學(xué)生具有較強(qiáng)的創(chuàng)新能力和信息素養(yǎng)”[1]。這種融合STEAM教育理念的機(jī)器人課程是通過項(xiàng)目式學(xué)習(xí)方式，讓學(xué)生懂得在信息爆炸的時代綜合運(yùn)用所需、所學(xué)、所搜集的科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)以及數(shù)學(xué)等學(xué)科知識，借助開源硬件、軟件以及各種材料解決智能化時代的新問題。

趣味交互型教學(xué)模式是鐘柏昌教授[2]針對我國中小學(xué)機(jī)器人教育中因過多采用講授演示法和任務(wù)驅(qū)動法教學(xué)而導(dǎo)致的一系列問題，結(jié)合項(xiàng)目式教學(xué)法而提出的三種新型教學(xué)模式之一。這種趣味交互型教學(xué)模式是圍繞機(jī)器人聯(lián)機(jī)交互系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)展開，并以開發(fā)有趣、好玩的機(jī)器人聯(lián)機(jī)交互系統(tǒng)為主要任務(wù)的教學(xué)模式[3]。

3.融合STEAM教育理念的交互型機(jī)器人教學(xué)模式

融合STEAM教育理念的交互型機(jī)器人教學(xué)模型，其教學(xué)過程分為需求分析、方案設(shè)計(jì)、項(xiàng)目準(zhǔn)備、方案實(shí)施、測試與調(diào)試以及分享與評價六個階段，如圖1所示。

①需求分析階段：學(xué)生在任課教師引導(dǎo)下，開展對某一現(xiàn)實(shí)問題的討論，明確項(xiàng)目主題，并進(jìn)一步分析機(jī)器人所需要實(shí)現(xiàn)的主要功能有哪些。學(xué)生在教師的引領(lǐng)下，一起探究“現(xiàn)實(shí)中遇到的問題是什么？”“為什么會出現(xiàn)這一問題？”等問題。

②方案設(shè)計(jì)階段：根據(jù)需求分析出的機(jī)器人需要實(shí)現(xiàn)的功能，確定交互方式和子系統(tǒng)功能，進(jìn)而確定實(shí)現(xiàn)機(jī)器人輸入、輸出信號類型和內(nèi)容，最后，再確定需要的傳感器類型和輸出設(shè)備類型。在此階段，師生共同探究“怎么才能實(shí)現(xiàn)所需功能？”等問題。

③項(xiàng)目準(zhǔn)備階段：依據(jù)第二階段方案設(shè)計(jì)的子系統(tǒng)功能，學(xué)生在教師帶領(lǐng)下針對性地從科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)五個方面搜集、整理、鞏固背景知識，為第四階段方案的實(shí)施做好知識儲備工作，實(shí)現(xiàn)STEAM教育理念的融合;依照方案設(shè)計(jì)階段所確定的傳感器和輸出設(shè)備類型，準(zhǔn)備好相應(yīng)的材料和設(shè)備。這一階段，尤其是知識準(zhǔn)備方面，相比其他階段，教師需要起到更多的幫助作用，幫助學(xué)生將舊的學(xué)科知識內(nèi)容與新遇到的問題和需求聯(lián)系起來，并由STEAM背景知識構(gòu)筑新的、綜合性的機(jī)器人知識。

④方案實(shí)施階段：按照之前所設(shè)計(jì)的項(xiàng)目方案，在為項(xiàng)目做好充分的知識儲備和材料準(zhǔn)備后，學(xué)生自主完成程序的編寫和硬件的搭建;教師從旁監(jiān)督，并適時地給予指導(dǎo)。

⑤測試、調(diào)試階段：在完成項(xiàng)目作品的雛形后，學(xué)生應(yīng)反復(fù)多次地對其功能進(jìn)行測試，若效果不如預(yù)期，可與教師及同學(xué)從硬件、軟件兩方面探討和分析問題所在，在排除實(shí)施過程的失誤因素后，針對性地調(diào)整設(shè)計(jì)方案，并觀察效果。

⑥分享、評價階段：學(xué)生在成功實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的預(yù)期功能后，經(jīng)過完善，將自己項(xiàng)目作品通過多種方式與他人分享、討論、共同進(jìn)步，并通過教師評價和學(xué)生互評等方式得到作品在實(shí)用性、創(chuàng)新性、趣味性、交互型、完整性等五方面的評價結(jié)果。

4.結(jié)語

通過融合STEAM教育理念，將科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)以及數(shù)學(xué)等背景學(xué)科知識有機(jī)地融合到交互型機(jī)器人教學(xué)模式中，進(jìn)而加強(qiáng)學(xué)生在面對實(shí)際問題時靈活運(yùn)用各科知識的能力，使機(jī)器人成為學(xué)生認(rèn)識和改造世界的一個平臺。

參考文獻(xiàn)：

[1]?關(guān)于“十三五”期間全面深入推進(jìn)教育信息化工作的指導(dǎo)意見[J]. 山西電教，2015（3）：5-9.

[2]?鐘柏昌. 中小學(xué)機(jī)器人教育的核心理論研究——機(jī)器人教學(xué)模式的新分類[J]. 電化教育研究，2016（12）：89-94.

[3]?鐘柏昌，韓蕾. 中小學(xué)機(jī)器人教育的核心理論研究——論趣味交互型教學(xué)模式[J]. 電化教育研究，2018，v.39;No.305（09）：90-97.

作者簡介：夏揚(yáng)（1990—），男（漢族），重慶人，碩士研究生，助教，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)教育。

（作者單位：重慶工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院）