基于STEM教育理念的小學(xué)機器人課程開發(fā)與實踐研究

吳碟

【摘 要】長期以來，我國普通的學(xué)科教育，大多只是知識的教育，較少涉及動手實踐的技術(shù)教育。而“知道了”和“學(xué)會了”之間，相距甚遠(yuǎn)，動手實踐是彌補這個距離的最佳方法?；赟TEM教育理念的小學(xué)機器人課程開發(fā)與實踐研究，從當(dāng)代學(xué)生的生活特點出發(fā)，貼合學(xué)生生活實際，符合學(xué)生認(rèn)知與探究規(guī)律。該研究緊跟時代步伐，針對傳統(tǒng)小學(xué)課程存在的不足而展開，是強調(diào)以前沿科學(xué)知識的運用和生活中的具體問題解決為取向的主題性課程開發(fā)研究。

【關(guān)鍵詞】STEM教育 機器人課程 人工智能 跨學(xué)科整合

一、研究試圖解決的主要問題

（一）知識教育多，動手實踐少

長期以來，我國普通的學(xué)科教育，較多的只是知識的教育，很少涉及動手實踐的技術(shù)教育。而“知道了”和“學(xué)會了”之間，其實還有“十萬八千里”的距離，動手實踐是彌補這個距離的最佳方法。在普通教育課程中，技術(shù)教育不僅不具有相對獨立的地位，而且它與學(xué)科教育的聯(lián)系也不甚密切。

（二）表面了解多，深入了解少

學(xué)校教學(xué)內(nèi)容與實際生活結(jié)合得比較表面，導(dǎo)致學(xué)生對實際生活中科技的了解只停留在初級階段，對作用、原理等方面的認(rèn)識仍是“知其然而不知其所以然”，缺乏深入了解。

（三）知識灌輸多，主動探究少

教育教學(xué)方面，教師的教學(xué)方式、方法需提升，使學(xué)生不是被動地接受學(xué)科知識，而是主動學(xué)習(xí)、探究，積極地探索身邊的科技，感受科技的魅力;少有學(xué)科可以把STEM（科學(xué)+技術(shù)+工程+數(shù)學(xué)）相互結(jié)合、相互融通;課程設(shè)置過于單一，不利于學(xué)生建構(gòu)完整的生活、科技一體化的體系，公眾整體的科學(xué)素養(yǎng)也需提高。

二、研究核心概念的理解

（一）對STEM教育的理解

STEM教育是綜合融通的教育。它打破學(xué)科疆域，是學(xué)生通過對學(xué)科素養(yǎng)的綜合應(yīng)用，解決學(xué)習(xí)、生活實際問題的教育，包容性和跨學(xué)科是STEM教育的與眾不同之處。

STEM教育是注重過程的教育。其關(guān)注的是：是否主動探究、思考，學(xué)習(xí)過程遇到了哪些阻礙，解決了哪些問題，學(xué)習(xí)過程得到了什么經(jīng)驗和啟發(fā)……

（二）對機器人課程的理解

機器人課程是一門綜合程度極高的學(xué)科。學(xué)生們學(xué)習(xí)構(gòu)建機器人，使用電腦編寫程序來控制自己搭建的機器人，用機器人進行數(shù)據(jù)采集，學(xué)習(xí)藍(lán)牙或遠(yuǎn)程通信等技術(shù)。學(xué)生在設(shè)計中不斷測試和調(diào)整機器人，能夠理解機器人在真實世界中工作的各種原理。機器人教育要求學(xué)生在課堂上必須動腦、動手、動口。機器人課程綜合培養(yǎng)和鍛煉了學(xué)生的動手能力、語言溝通能力，提高了學(xué)生的協(xié)作和創(chuàng)造的能力。

（三）對“課程開發(fā)”的理解

基于STEM教育理念的小學(xué)機器人課程開發(fā)與實踐研究，緊跟時代步伐，針對傳統(tǒng)小學(xué)課程存在的不足而展開，是強調(diào)以前沿科學(xué)知識的運用和生活中的具體問題解決為取向的主題性課程開發(fā)研究。課程從當(dāng)代學(xué)生的生活特點出發(fā)，貼合學(xué)生生活實際，符合學(xué)生認(rèn)知與探究規(guī)律。

三、基于STEM教育理念的小學(xué)機器人課程開發(fā)與實踐研究

（一）提出“基于STEM教育理念的小學(xué)機器人課程開發(fā)”的核心理念：團隊協(xié)作、跨學(xué)科整合、解決真實問題

在研究中，為提升學(xué)生科技素養(yǎng)，我們明確提出“基于STEM教育理念的小學(xué)機器人課程開發(fā)與實踐研究”的核心理念是：“團隊協(xié)作”“解決真實問題”和“跨學(xué)科整合”。具體開發(fā)方案的目標(biāo)為：1.通過課程的內(nèi)容及學(xué)習(xí)方式的整合，著力于視野的拓展、知識的獲得、技能的掌握、能力的提升和創(chuàng)意的增強，實現(xiàn)課程價值的合理重建;2.通過課程把課外及校外生活融合，聚焦項目探究，實現(xiàn)課程內(nèi)容的充分拓展;3.課堂通過真實情境的建構(gòu)，以多學(xué)科和跨學(xué)科的視角，提供知識活化和整合的機會，實現(xiàn)探究、研討、體驗等學(xué)習(xí)方式的有效整合;4.從積極樂觀的態(tài)度、探究發(fā)現(xiàn)的意識、想象與創(chuàng)造的思維和思考與問題解決的能力、實踐與表達的能力、溝通與合作的能力等方面，構(gòu)建課程的多元評價體系。我們依托課程基地建設(shè)，團隊成員經(jīng)多輪的反復(fù)實踐與反思、多輪修改確立了智能機器人普及課程的校本化實施綱要及策略。

同時，學(xué)校面向三至六年級學(xué)生，基于基礎(chǔ)教育規(guī)律和學(xué)生身心發(fā)展需要，階梯式架構(gòu)系列化“人工智能課程”的課程目標(biāo)、內(nèi)容層級及其教學(xué)體系，如：三年級的《智能機器人》（動手做）、四年級的《智能機器人》（動起來）、五年級軟硬件結(jié)合的《創(chuàng)意編程》、六年級的《一起學(xué)人工智能》。系列課程讓學(xué)生感受人工智能的魅力及其給生活和學(xué)習(xí)帶來的便捷，促進學(xué)生學(xué)習(xí)用人工智能解決學(xué)習(xí)、生活中的問題。

（二）分步建設(shè)了以“三個機器人實驗室”為主體的課程活動探究室

我們充分利用課程建設(shè)創(chuàng)造的條件，為了讓學(xué)生沉浸在科技氛圍中，給學(xué)生提供更多體驗、探究、合作、創(chuàng)新的平臺，共裝備了三個機器人實驗室：

技術(shù)體驗實驗室：機器人知識學(xué)習(xí)的活動場所。室內(nèi)主要配置了結(jié)構(gòu)件套裝、機器人套裝等主要設(shè)備。學(xué)生能在教師的有效引導(dǎo)下，自由發(fā)揮、創(chuàng)造制作，利用機器人套裝制作與日常生活密切相關(guān)的模型，以此鍛煉學(xué)生的邏輯思維能力、空間想象力和規(guī)劃實踐能力。

創(chuàng)客探究實驗室：我們立足信息課和學(xué)生社團，把教師、學(xué)生、學(xué)習(xí)資源、信息技術(shù)有機整合。學(xué)生利用創(chuàng)新思維把創(chuàng)意和信息技術(shù)知識與實踐相結(jié)合。我們通過軟、硬件的學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生創(chuàng)造出有創(chuàng)意的作品。我們還跟美術(shù)教師合作，成立了3D打印筆社團。學(xué)校學(xué)生多次在市、區(qū)創(chuàng)客大賽中榮獲一等獎。

競賽實驗室：主要為社團參加機器人比賽的學(xué)生提供深入學(xué)習(xí)、訓(xùn)練的場所。自2004年率先開展機器人社團活動，學(xué)校的科技教師和學(xué)生，經(jīng)過多年學(xué)習(xí)、磨煉，取得了豐碩成果。學(xué)校每年都有多位學(xué)生榮獲省、市、區(qū)機器人比賽一等獎，有多名學(xué)生曾站上國家級比賽的領(lǐng)獎臺。

（三）初步構(gòu)建了科學(xué)合理的多元評價體系

1.機器人學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)： 在專家教師的指導(dǎo)下，我們與信息技術(shù)課標(biāo)結(jié)合，嘗試?yán)眯畔⒓夹g(shù)學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)來對學(xué)校三至六年級學(xué)生進行檢測摸底，逐步提升學(xué)生信息素養(yǎng)和計算思維能力。

2.注重過程，量化評價，不斷提高學(xué)生自我認(rèn)識、自我反思的能力：依據(jù)量化評價表，我們對課堂的每個小組、每位同學(xué)在學(xué)習(xí)態(tài)度、責(zé)任擔(dān)當(dāng)、學(xué)習(xí)互助、樂于分享、學(xué)會傾聽、學(xué)習(xí)效果、交流展示、合理評價、任務(wù)完成情況等九個方面進行量化積分，將評價落實在實踐過程之中，讓學(xué)生人人知曉每節(jié)課、每個任務(wù)、每堂課自己的“得失”之處，明確學(xué)習(xí)努力的方向，不斷提高學(xué)生自我認(rèn)識、自我反思的能力。

3.少兒工程院的“小院士”選拔：每年，學(xué)校都將進行選拔小院士、小博士、小學(xué)士的活動。這是對那些在花小少年科學(xué)院中評價優(yōu)秀、綜合能力強的學(xué)生頒發(fā)的一種榮譽稱號，旨在激勵錄取學(xué)生再接再厲，并為其他學(xué)生樹立學(xué)習(xí)榜樣，激發(fā)更多花小學(xué)生的科學(xué)夢和創(chuàng)造夢。學(xué)校每年向市、區(qū)“少年科學(xué)院”輸送優(yōu)秀人才。

（四）推進課程引領(lǐng)，建構(gòu)區(qū)域機器人教育發(fā)展生態(tài)圈

此外，我們積極推進課程引領(lǐng)，建構(gòu)區(qū)域機器人教育發(fā)展生態(tài)圈。以創(chuàng)設(shè)學(xué)術(shù)交流、資源共享的平臺為重點開展工作，輻射聯(lián)盟校，并逐步向區(qū)域乃至全市開放。

承辦市區(qū)級機器人課堂教學(xué)研討活動，通過開設(shè)公開課、觀摩課來展示機器人教學(xué)探索的成果，發(fā)揮課程基地的輻射功能，提升學(xué)校機器人教育教學(xué)品牌價值;積極承辦高規(guī)格的機器人教練員培訓(xùn)與競賽活動，引領(lǐng)整個教師隊伍專業(yè)技術(shù)水平的提升，為學(xué)生搭建展示的舞臺;積極參加各項科普展示活動，以擴大社會影響力。

四、課題研究的價值與社會效益

（一）研究價值

1.是機器人課程開發(fā)認(rèn)識與理論上的創(chuàng)新，具有一定的認(rèn)識價值和理論價值?！盎赟TEM教育理念的小學(xué)機器人課程開發(fā)與實踐研究”淡化知識體系，強化知識運用;從生活問題出發(fā)，注重探究，運用先進科學(xué)技術(shù)解決問題。

2.改變傳統(tǒng)的以知識點、動手操作為主要內(nèi)容的課程建設(shè)教學(xué)模式。以主題式教學(xué)規(guī)劃課程，從問題出發(fā)，分析問題、解決問題，探索問題解決的最優(yōu)模式，為機器人教育實踐提供一種借鑒，具有一定的實踐價值。

3.“基于STEM教育理念的小學(xué)機器人課程開發(fā)與實踐研究”是一種行動研究。旨在加強學(xué)校科技教育，促進教育質(zhì)量的提升，促進學(xué)生科學(xué)、信息素養(yǎng)的全面提升，促進學(xué)校辦學(xué)質(zhì)量提升。

（二）社會效益

1.轉(zhuǎn)變了學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，促進了學(xué)生有深度的學(xué)習(xí)。學(xué)校學(xué)生是開展課題研究最大的受益者。基于STEM教育理念的小學(xué)機器人課程開發(fā)與實踐研究，有效地促進了學(xué)生學(xué)習(xí)方式的變革，超越了單一的課堂教學(xué)，給了學(xué)生足夠自主的空間。學(xué)生通過探究發(fā)現(xiàn)、大膽質(zhì)疑、調(diào)查研究、實驗論證、合作交流、社會參與，在觀察實驗中學(xué)習(xí)科學(xué)方法，在統(tǒng)計歸類中學(xué)習(xí)探求規(guī)律，在與他人交往交流中學(xué)習(xí)互相合作。學(xué)習(xí)方式的改變，更激發(fā)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的熱情，增強了學(xué)生的自信心，充分發(fā)展了學(xué)生的多元智力，激發(fā)了學(xué)生的潛能和創(chuàng)造力。

2.提高了教師業(yè)務(wù)能力和課堂教學(xué)品質(zhì)。我們深知：課程實施與推進的關(guān)鍵是教師，他們決定著課程開發(fā)的未來。在課程實踐過程中，教師與專家、學(xué)生及家長等共同建構(gòu)課程。在課程的推進實踐中，教師越來越關(guān)注課堂內(nèi)部的活動及其實效，關(guān)注學(xué)生是否真的在學(xué)習(xí)，對問題能否予以整體、全面關(guān)注，鼓勵學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn)，在師生互動中使學(xué)生獲得多方面的發(fā)展。教師相互之間也逐漸形成研討、協(xié)作的氛圍，促進不同學(xué)科背景、不同特長教師之間相互請教、尋求幫助。同時，跨學(xué)科的特點讓更多的教師自覺展開廣泛的繼續(xù)學(xué)習(xí)，提高課程實施的能力。

【參考文獻】

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