STEAM教育理念下初中機器人課程教學模式

馬淑蘭

【摘要】? ? 從上世紀迄今，至今短短的十幾年的時間，智能機器人課堂教學以其不同尋常的內(nèi)容特性迅速發(fā)展趨勢起來，并在全世界范疇內(nèi)刮起了一股智能機器人課堂教學的浪潮。STEM教學理念作為當今國際上頗具知名度的教育思想之一，也是我國近年來探尋信息技術(shù)推動各學科課堂教學內(nèi)容、模式轉(zhuǎn)型的重要方向之一。伴隨著信息技術(shù)教育課程與教材內(nèi)容改革創(chuàng)新的不斷深入，以及人工智能技術(shù)的迅速發(fā)展，在中小學教育中融合STEM等新穎教學理念的機器人學科教育刻不容緩。

【關(guān)鍵詞】? ? 初中機器人教育? ? 自主創(chuàng)新教學? ? 教學措施

引言：

伴隨著時代的發(fā)展和進步，創(chuàng)新意識和自主創(chuàng)新能力早已變成決定一個國家發(fā)展和前進的主要因素，這就要求當代的青年志士應(yīng)有高度的創(chuàng)新精神和自主創(chuàng)新能力。因此在初中機器人課堂教學中，應(yīng)該高度重視學生思維和實際操作能力的開發(fā)，通過自主創(chuàng)新教育理念和教學策略充分培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力，將學生培養(yǎng)成時代所需要的自主創(chuàng)新實踐型人才，文章重點研究初中機器人自主創(chuàng)新課堂教學的開展策略。

一、STEAM教學理念與金字塔學習理論

2008年專家學者YaKman在STEM教學理念基礎(chǔ)上增加了造型藝術(shù)（Art）元素，由此形成了更加系統(tǒng)的STEAM理念。研究人員運用不一樣的學習的方法來測算兩個星期后學生對學習內(nèi)容的記憶力程度。

金字塔學習是一種被動學習，較低的一部分是主動學習，與本人學習或處于被動學習相比，學習效率較高。主動學習和參加式學習比傳統(tǒng)式的學習方法更有效。金字塔式學習基礎(chǔ)理論表明，中學生的主動學習能夠明顯提升學生的學習效果。

教師應(yīng)研究下列課題：在當下緩解壓力、提高素質(zhì)的情況下，怎樣根據(jù)金字塔學習理論提升教師個人行為，提高學生的學習效率。

二、STEAM教學理念下機器人教育各國現(xiàn)狀

在機器人教育領(lǐng)域，發(fā)展處于前面的國家中，歐美國家以美國、波蘭和俄羅斯為代表，東亞地區(qū)以日本、韓和馬來西亞為代表。

海外的智能機器人教育技術(shù)性技術(shù)領(lǐng)先在我國的教育，國外的STEAM教育理念最初是由美國政府部門明確提出的教育倡導，為加強美國K12相關(guān)科研、技術(shù)性、工程項目、造型藝術(shù)及其數(shù)學課的教育。

STEAM教育國外的重要性不遜于在我國的品德教育教育，在國外絕大多數(shù)中小學校都設(shè)立了STEAM教育的經(jīng)費預算，在2015年，美政府專項撥款2.4億用于推廣STEAM教育的發(fā)展。

在短短的幾年內(nèi)，機器人教育培訓機構(gòu)如雨后春筍般陸續(xù)創(chuàng)立，市場量體已經(jīng)達到了千億級別，在中國教育自主創(chuàng)新政策支持與機器人概念比賽的情況下，展示出慢慢升高的發(fā)展趨向。

盡管在我國發(fā)展比較晚，但伴隨著消費能力的以及有關(guān)比賽的盛行，機器人文化教育近幾年來在我國快速地發(fā)展起來。

從國務(wù)院的宏觀經(jīng)濟教育政策法規(guī)具體指導方面上也明確指出：即日起，從幼兒教育，初中學科，到高校學院，全都逐漸增加人工智能課程，建設(shè)全國各地人才隊伍。

從中國的機器人足球比賽、機器人救火比賽到國際上的機器人奧林匹克運動會、FLL機器人世界錦標賽、VEX機器人世界錦標賽等項目上面都能夠看得出全球賽事對青少年兒童的培養(yǎng)的決心。而在我國青少年兒童不斷在國際比賽上獲得榮譽稱號和獎項則證實了我國對機器人教育的高度重視。

三、STEAM教學理念

STEAM教育是提倡學科學（Science）、技術(shù)性（Technology）、工程項目（Engineering）、造型藝術(shù)（Art）、數(shù)學課（Mathematics）這五個綜合應(yīng)用能力的融合。STEAM文化教育可用學生以課程結(jié)合的方法掌握了解全球，以綜合自主創(chuàng)新的方式改造世界，鼓勵孩子解決問題的自主創(chuàng)新能力。

STEAM教育具備新的主要特點：學科交叉性、參與性、情景性、團隊協(xié)作性、設(shè)計性、藝術(shù)性。STEAM有別于傳統(tǒng)式的單課程內(nèi)容、重教材專業(yè)知識的教育方法，它是一種重社會實踐活動的超課程教育核心理念。任何事情取得成功都不僅依靠某一種能力的體現(xiàn)，而是必須介于多種多樣的能力之間，例如科技電子設(shè)備的修建過程中，不但需要科技創(chuàng)新，應(yīng)用高新科技方式產(chǎn)品創(chuàng)新作用，還必須好看的外觀設(shè)計，也就是造型藝術(shù)等層面的綜合性才可以，因此單一技能的應(yīng)用早已沒法支撐未來優(yōu)秀人才的發(fā)展。讓小朋友們親自動手完成他們感興趣的，而且和他們?nèi)粘Ｉ钣嘘P(guān)的項目，從這個過程中了解到各種各樣課程及跨學科的專業(yè)知識，讓他們變成綜合性的優(yōu)秀人才。

四、STEAM教學理念下機器人課程教學的對策和方法

4.1激起中學機器人課程興趣，培養(yǎng)創(chuàng)新意識

興趣愛好是影響學生學習效率的第一因素，擁有了興趣才會出現(xiàn)學習探究的動力，怎樣激起學生學習興趣是每一個教師值得關(guān)心的問題，使學生想要積極主動地去思索和學習，對教學書評的提升具備十分深遠的意義。

因而在實際的課堂教學開始時，大家必須讓學生掌握到究竟什么是機器人、機器人種類和主要用途有哪些、現(xiàn)階段的發(fā)展現(xiàn)狀是如何的、將來的發(fā)展趨勢是什么呢，讓學生對機器人有一個更全名、更科學的了解，而不是只滯留在卡通片、影片里的“變形金剛”，同時為進一步學習機器人技術(shù)的相關(guān)知識奠定基礎(chǔ)。

4.2中學機器人課程獨立研究，培養(yǎng)創(chuàng)新思維

除了引起學生的學習興趣，老師還應(yīng)當在教學課堂中關(guān)鍵培養(yǎng)學生的主動性、自覺性，正確對待學生提出異議。而且積極地去研究問題。

首先教師應(yīng)該通過信息化教學設(shè)備向?qū)W生詳細介紹經(jīng)典的教學案例，促使學生可以充分地了解和掌握機器人的原理。其次，在學生掌握了基本的原理之后，教師應(yīng)該更改教學方法，不會再向?qū)W生呈現(xiàn)詳細的作品，防止學生一味地效仿。教師能夠擬訂機器人將要完成的作用，接著讓學生自身去思索，要想完成這類作用，實際需要什么機械零部件、磁感應(yīng)器件和姿勢器件，學生可以以興趣小組為企業(yè)，于工作組同學們一同討論計劃方案，最終向教師提交一份可行的計劃方案。

例如，教師制訂作用——可以走動的機器人，那麼可以將機器人設(shè)計方案成用“腳”行走的機器人，還能夠用坦克的“履帶”協(xié)助機器人走動，還能夠在機器人底部裝上“車輪子”這種。只不過一個比較簡單的設(shè)置，就可以造成這么多的腦洞，因而教師應(yīng)當為學生預埋充足的思索室內(nèi)空間，讓學生能夠充分利用本身的想象力去設(shè)計方案出獨一無二的機器人。

最終，教師要在課堂上正確引導學生認真地發(fā)覺有實際意義的難題，正確引導學生依照恰當?shù)乃悸啡ソ鉀Q困難。除此之外，教師還要激勵學生膽大提出異議，使學生能夠?qū)κ聝菏冀K保持積極身心健康的“猜疑”心理狀態(tài)，而不是一味遵從教師的安排。

比如，教師可以故意在課堂上講出不正確的方案，隨后讓學生來找到錯誤點，對更快找到錯誤的同學給予一定的獎賞。

4.3勤奮實踐，提升自主創(chuàng)新能力

俗話說得好：“實踐是檢驗真知的唯一標準”，當學生形成了創(chuàng)新意識，教師就應(yīng)該讓學生將自主創(chuàng)新的點子投入到實踐活動之中，讓學生可以在實踐的過程中持續(xù)觀察問題、獨立思考、尋找問題的解決辦法，只有讓學生能夠合理地將理論與實踐結(jié)合在一起，才可以真實提高學生的自主創(chuàng)新能力。

例如，老師以“機器人避開阻礙物”為主題風格開展機器人科技創(chuàng)新試驗主題活動，學生依據(jù)實踐活動就能充足掌握到一開始設(shè)計方案的機器人在遇到阻攔物以后一直后退，只有通過有效地調(diào)節(jié)才可以讓機器人在遇到阻礙后并不是倒退而是稍微轉(zhuǎn)彎再繼續(xù)前行;又或是學生能夠在實踐活動中讓機器人懂得靈敏地避開好幾個阻礙物;又或是學生能夠設(shè)計功能，讓機器人在取得成功避開阻礙物之后，用發(fā)出聲響或是轉(zhuǎn)圈圈的形式來展示自己取得的成功。

在“機器人躲避障礙物”的題目剛提出時，許多學生并不可以一瞬間就想到這么多有意思的點子，而是在實踐過程中通過認真地思考和研究，才可以展現(xiàn)出新的設(shè)計靈感，因此機器人實踐活動對學生自主創(chuàng)新能力的提升具備非常重要的意義。

除了在日常教學課堂中，讓學生多多的地參與機器人實踐活動之外，老師還可以讓學生去參加可靠的機器人賽事，一方面機器人比賽的賽事設(shè)計風格十分有趣，同時方案設(shè)計的要求不受到限制，因此學生能夠通過各種各樣的渠道來完成機器人賽事的各類要求，真正的賽事可以給予學生正向的壓力，促使學生可以百分之百投入到賽事之中，是一種激發(fā)學生想象力的方法。

另外在比賽的過程中，學生必須先將賽事的主題和規(guī)則轉(zhuǎn)換為具體的技術(shù)問題，隨后對每一個技術(shù)問題很有可能產(chǎn)生的結(jié)果做出多種多樣的假象和預測，隨后在保證機器人能夠平穩(wěn)運作的基礎(chǔ)上，設(shè)計出行之有效的方案，最終根據(jù)團隊的通力協(xié)作將創(chuàng)意轉(zhuǎn)換為實際的機器人，整個過程對學生的理論基礎(chǔ)知識、動手能力和創(chuàng)新思維能力都是有非常高的要求。

因此，機器人比賽對學生而言，是難能可貴的鍛煉平臺，教師應(yīng)該積極地鼓勵學生參與到比賽之中，另外從多個層面給予學生充足的協(xié)助，促使學生能夠向著取得成功的方向大步邁進。

五、結(jié)束語

當今我國中學機器人課堂教學十分乏力，為了更好地推動中學機器人課堂教學，向科技文化強國邁進，教育者要意識到機器人課程引入初中課堂教學的重要性。

本科學研究試著將STEAM文化教育與中學機器人課堂教學緊密結(jié)合，搭建出STEAM核心理念下機器人課堂教學的方式，并在天津外國語大學附屬濱海外國語學校開展了教育實踐活動，發(fā)現(xiàn)此課程內(nèi)容不但提高了學生對機器人科學研究的認知度，更提升了學生的想象力、創(chuàng)造力、動手能力和協(xié)作探究的能力。

這對學生創(chuàng)新思維能力的開發(fā)設(shè)計具有十分關(guān)鍵的實際意義;另一方面，在嘗試的過程中也發(fā)生了一些新的問題，例如課題設(shè)計，教師要思考怎樣能夠更好地設(shè)計教學，可以讓學生能夠更好地進行探索和實踐活動，基于發(fā)現(xiàn)諸多問題;還必須進行大量的理論基礎(chǔ)研究與實踐活動研究，來解決學生在具體學習和實踐過程中發(fā)生的問題。

參? 考? 文? 獻

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[2]王昱，吳向東，施長城，張佳楫，李娜，馬冶浩，陶亮，唐敏，左國坤.基于力跟蹤的上肢康復機器人系統(tǒng)中視覺與觸覺反饋融合技術(shù)研究[J].中國康復理論與實踐，2021，（04）：478-486.