STEAM教育理念下初中機(jī)器人課程教學(xué)模式

馬淑蘭

【摘要】? ? 從上世紀(jì)迄今，至今短短的十幾年的時(shí)間，智能機(jī)器人課堂教學(xué)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(jī)器人課堂教學(xué)的浪潮。STEM教學(xué)理念作為當(dāng)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(dòng)各學(xué)科課堂教學(xué)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(xué)教育中融合STEM等新穎教學(xué)理念的機(jī)器人學(xué)科教育刻不容緩。

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

引言：

伴隨著時(shí)代的發(fā)展和進(jìn)步，創(chuàng)新意識(shí)和自主創(chuàng)新能力早已變成決定一個(gè)國家發(fā)展和前進(jìn)的主要因素，這就要求當(dāng)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(jī)器人課堂教學(xué)中，應(yīng)該高度重視學(xué)生思維和實(shí)際操作能力的開發(fā)，通過自主創(chuàng)新教育理念和教學(xué)策略充分培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，將學(xué)生培養(yǎng)成時(shí)代所需要的自主創(chuàng)新實(shí)踐型人才，文章重點(diǎn)研究初中機(jī)器人自主創(chuàng)新課堂教學(xué)的開展策略。

一、STEAM教學(xué)理念與金字塔學(xué)習(xí)理論

2008年專家學(xué)者YaKman在STEM教學(xué)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(yùn)用不一樣的學(xué)習(xí)的方法來測算兩個(gè)星期后學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的記憶力程度。

金字塔學(xué)習(xí)是一種被動(dòng)學(xué)習(xí)，較低的一部分是主動(dòng)學(xué)習(xí)，與本人學(xué)習(xí)或處于被動(dòng)學(xué)習(xí)相比，學(xué)習(xí)效率較高。主動(dòng)學(xué)習(xí)和參加式學(xué)習(xí)比傳統(tǒng)式的學(xué)習(xí)方法更有效。金字塔式學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論表明，中學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)能夠明顯提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

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

二、STEAM教學(xué)理念下機(jī)器人教育各國現(xiàn)狀

在機(jī)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(jī)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(dǎo)，為加強(qiáng)美國K12相關(guān)科研、技術(shù)性、工程項(xiàng)目、造型藝術(shù)及其數(shù)學(xué)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(xué)校都設(shè)立了STEAM教育的經(jīng)費(fèi)預(yù)算，在2015年，美政府專項(xiàng)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(jī)器人教育培訓(xùn)機(jī)構(gòu)如雨后春筍般陸續(xù)創(chuàng)立，市場量體已經(jīng)達(dá)到了千億級(jí)別，在中國教育自主創(chuàng)新政策支持與機(jī)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(fèi)能力的以及有關(guān)比賽的盛行，機(jī)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(jì)教育政策法規(guī)具體指導(dǎo)方面上也明確指出：即日起，從幼兒教育，初中學(xué)科，到高校學(xué)院，全都逐漸增加人工智能課程，建設(shè)全國各地人才隊(duì)伍。

從中國的機(jī)器人足球比賽、機(jī)器人救火比賽到國際上的機(jī)器人奧林匹克運(yùn)動(dòng)會(huì)、FLL機(jī)器人世界錦標(biāo)賽、VEX機(jī)器人世界錦標(biāo)賽等項(xiàng)目上面都能夠看得出全球賽事對(duì)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(yù)稱號(hào)和獎(jiǎng)項(xiàng)則證實(shí)了我國對(duì)機(jī)器人教育的高度重視。

三、STEAM教學(xué)理念

STEAM教育是提倡學(xué)科學(xué)（Science）、技術(shù)性（Technology）、工程項(xiàng)目（Engineering）、造型藝術(shù)（Art）、數(shù)學(xué)課（Mathematics）這五個(gè)綜合應(yīng)用能力的融合。STEAM文化教育可用學(xué)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(lì)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(diǎn)：學(xué)科交叉性、參與性、情景性、團(tuán)隊(duì)協(xié)作性、設(shè)計(jì)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(shí)的教育方法，它是一種重社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)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(jì)，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(dòng)手完成他們感興趣的，而且和他們?nèi)粘Ｉ钣嘘P(guān)的項(xiàng)目，從這個(gè)過程中了解到各種各樣課程及跨學(xué)科的專業(yè)知識(shí)，讓他們變成綜合性的優(yōu)秀人才。

四、STEAM教學(xué)理念下機(jī)器人課程教學(xué)的對(duì)策和方法

4.1激起中學(xué)機(jī)器人課程興趣，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)

興趣愛好是影響學(xué)生學(xué)習(xí)效率的第一因素，擁有了興趣才會(huì)出現(xiàn)學(xué)習(xí)探究的動(dòng)力，怎樣激起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣是每一個(gè)教師值得關(guān)心的問題，使學(xué)生想要積極主動(dòng)地去思索和學(xué)習(xí)，對(duì)教學(xué)書評(píng)的提升具備十分深遠(yuǎn)的意義。

因而在實(shí)際的課堂教學(xué)開始時(shí)，大家必須讓學(xué)生掌握到究竟什么是機(jī)器人、機(jī)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(xué)生對(duì)機(jī)器人有一個(gè)更全名、更科學(xué)的了解，而不是只滯留在卡通片、影片里的“變形金剛”，同時(shí)為進(jìn)一步學(xué)習(xí)機(jī)器人技術(shù)的相關(guān)知識(shí)奠定基礎(chǔ)。

4.2中學(xué)機(jī)器人課程獨(dú)立研究，培養(yǎng)創(chuàng)新思維

除了引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，老師還應(yīng)當(dāng)在教學(xué)課堂中關(guān)鍵培養(yǎng)學(xué)生的主動(dòng)性、自覺性，正確對(duì)待學(xué)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(xué)設(shè)備向?qū)W生詳細(xì)介紹經(jīng)典的教學(xué)案例，促使學(xué)生可以充分地了解和掌握機(jī)器人的原理。其次，在學(xué)生掌握了基本的原理之后，教師應(yīng)該更改教學(xué)方法，不會(huì)再向?qū)W生呈現(xiàn)詳細(xì)的作品，防止學(xué)生一味地效仿。教師能夠擬訂機(jī)器人將要完成的作用，接著讓學(xué)生自身去思索，要想完成這類作用，實(shí)際需要什么機(jī)械零部件、磁感應(yīng)器件和姿勢器件，學(xué)生可以以興趣小組為企業(yè)，于工作組同學(xué)們一同討論計(jì)劃方案，最終向教師提交一份可行的計(jì)劃方案。

例如，教師制訂作用——可以走動(dòng)的機(jī)器人，那麼可以將機(jī)器人設(shè)計(jì)方案成用“腳”行走的機(jī)器人，還能夠用坦克的“履帶”協(xié)助機(jī)器人走動(dòng)，還能夠在機(jī)器人底部裝上“車輪子”這種。只不過一個(gè)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(dāng)為學(xué)生預(yù)埋充足的思索室內(nèi)空間，讓學(xué)生能夠充分利用本身的想象力去設(shè)計(jì)方案出獨(dú)一無二的機(jī)器人。

最終，教師要在課堂上正確引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)真地發(fā)覺有實(shí)際意義的難題，正確引導(dǎo)學(xué)生依照恰當(dāng)?shù)乃悸啡ソ鉀Q困難。除此之外，教師還要激勵(lì)學(xué)生膽大提出異議，使學(xué)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(xué)生來找到錯(cuò)誤點(diǎn)，對(duì)更快找到錯(cuò)誤的同學(xué)給予一定的獎(jiǎng)賞。

4.3勤奮實(shí)踐，提升自主創(chuàng)新能力

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

例如，老師以“機(jī)器人避開阻礙物”為主題風(fēng)格開展機(jī)器人科技創(chuàng)新試驗(yàn)主題活動(dòng)，學(xué)生依據(jù)實(shí)踐活動(dòng)就能充足掌握到一開始設(shè)計(jì)方案的機(jī)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(jī)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(xué)生能夠在實(shí)踐活動(dòng)中讓機(jī)器人懂得靈敏地避開好幾個(gè)阻礙物;又或是學(xué)生能夠設(shè)計(jì)功能，讓機(jī)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(jī)器人躲避障礙物”的題目剛提出時(shí)，許多學(xué)生并不可以一瞬間就想到這么多有意思的點(diǎn)子，而是在實(shí)踐過程中通過認(rèn)真地思考和研究，才可以展現(xiàn)出新的設(shè)計(jì)靈感，因此機(jī)器人實(shí)踐活動(dòng)對(duì)學(xué)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(xué)課堂中，讓學(xué)生多多的地參與機(jī)器人實(shí)踐活動(dòng)之外，老師還可以讓學(xué)生去參加可靠的機(jī)器人賽事，一方面機(jī)器人比賽的賽事設(shè)計(jì)風(fēng)格十分有趣，同時(shí)方案設(shè)計(jì)的要求不受到限制，因此學(xué)生能夠通過各種各樣的渠道來完成機(jī)器人賽事的各類要求，真正的賽事可以給予學(xué)生正向的壓力，促使學(xué)生可以百分之百投入到賽事之中，是一種激發(fā)學(xué)生想象力的方法。

另外在比賽的過程中，學(xué)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(duì)每一個(gè)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(yù)測，隨后在保證機(jī)器人能夠平穩(wěn)運(yùn)作的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出行之有效的方案，最終根據(jù)團(tuán)隊(duì)的通力協(xié)作將創(chuàng)意轉(zhuǎn)換為實(shí)際的機(jī)器人，整個(gè)過程對(duì)學(xué)生的理論基礎(chǔ)知識(shí)、動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維能力都是有非常高的要求。

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

五、結(jié)束語

當(dāng)今我國中學(xué)機(jī)器人課堂教學(xué)十分乏力，為了更好地推動(dòng)中學(xué)機(jī)器人課堂教學(xué)，向科技文化強(qiáng)國邁進(jìn)，教育者要意識(shí)到機(jī)器人課程引入初中課堂教學(xué)的重要性。

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

這對(duì)學(xué)生創(chuàng)新思維能力的開發(fā)設(shè)計(jì)具有十分關(guān)鍵的實(shí)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(jì)，教師要思考怎樣能夠更好地設(shè)計(jì)教學(xué)，可以讓學(xué)生能夠更好地進(jìn)行探索和實(shí)踐活動(dòng)，基于發(fā)現(xiàn)諸多問題;還必須進(jìn)行大量的理論基礎(chǔ)研究與實(shí)踐活動(dòng)研究，來解決學(xué)生在具體學(xué)習(xí)和實(shí)踐過程中發(fā)生的問題。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]遲旭，李花，費(fèi)繼友.基于改進(jìn)A*算法與動(dòng)態(tài)窗口法融合的機(jī)器人隨機(jī)避障方法研究[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，1-9.

[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(fù)機(jī)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(fù)理論與實(shí)踐，2021，（04）：478-486.