中小學(xué)機(jī)器人教育現(xiàn)狀研究

李春艷

（河北科技師范學(xué)院，河北 秦皇島 066004）

一、中小學(xué)機(jī)器人教育的重要性

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、人工智能等技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)器人教育逐漸成為社會各界關(guān)注的重點(diǎn)，并且也走進(jìn)了中小學(xué)校。2017 年，教育部印發(fā)《中小學(xué)生綜合實(shí)踐活動課程指導(dǎo)綱要》明確規(guī)定：從小學(xué)三年級開始要在綜合實(shí)踐活動課程中開設(shè)包括趣味編程入門、開源機(jī)器人初步體驗(yàn)等在內(nèi)的計(jì)算機(jī)教育課程。所謂機(jī)器人教育，是指以機(jī)器人的相關(guān)知識和技能為教學(xué)內(nèi)容而開展的教學(xué)活動。機(jī)器人教育需要在“做”中“學(xué)”，以有效培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和實(shí)踐能力。完成機(jī)器人需要從設(shè)計(jì)到組裝、從編程到調(diào)試，這一過程有助于提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力和創(chuàng)新能力。機(jī)器人教育一般采用小組合作形式，成員之間密切配合，通過討論和反復(fù)嘗試，合作解決問題，這個(gè)過程可以提高學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。因此，機(jī)器人教育對于提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)具有重要意義。

二、中小學(xué)機(jī)器人教育的現(xiàn)狀

（一）教學(xué)目標(biāo)方面

目標(biāo)是人們對活動結(jié)果的一種設(shè)想，教學(xué)目標(biāo)對教學(xué)活動有著重要的引導(dǎo)、激勵和評價(jià)作用。從教學(xué)目標(biāo)定位角度來看，多數(shù)教師認(rèn)可機(jī)器人教育可以提高學(xué)生的動手能力、解決問題的能力、合作和交流能力、創(chuàng)新能力，部分教師還認(rèn)可機(jī)器人教育可培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。由此可以看出，大多數(shù)教師已認(rèn)識到機(jī)器人教育的價(jià)值和目標(biāo)，但對于教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度來說，調(diào)查結(jié)果表明：動手能力、合作交流能力培養(yǎng)維度的目標(biāo)達(dá)成度較高，解決問題能力和計(jì)算思維能力培養(yǎng)兩個(gè)維度的目標(biāo)達(dá)成度為50%，而創(chuàng)新能力培養(yǎng)的目標(biāo)達(dá)成度較低。由此可以看出，雖然大多數(shù)教師已認(rèn)識到機(jī)器人教育的價(jià)值和目標(biāo)，但各維度的目標(biāo)達(dá)成度差異較大，這和教師采用的教學(xué)方法、教學(xué)評價(jià)有一定的關(guān)系。

（二）教學(xué)內(nèi)容方面

教學(xué)內(nèi)容是實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)、培養(yǎng)人才的基本保證。對于教師來說，教學(xué)內(nèi)容的具體載體是課程標(biāo)準(zhǔn)和教材。伹調(diào)查發(fā)現(xiàn)，所有教師都沒有機(jī)器人教育的課程標(biāo)準(zhǔn)，而在教材方面，一部分教師使用的教材是自己從網(wǎng)絡(luò)平臺上挑選購買的，具有較強(qiáng)的主觀性和隨意性；一部分教師在教學(xué)中只使用機(jī)器人搭建的使用說明書。與此同時(shí)，教師對于書籍和使用說明書中的內(nèi)容，多數(shù)是直接照搬，沒有進(jìn)行二次加工，未針對不同年齡段的學(xué)習(xí)對象進(jìn)行內(nèi)容上的設(shè)計(jì)，導(dǎo)致了教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生認(rèn)知發(fā)展不相符，以及與學(xué)生日常生活聯(lián)系不緊密等問題。在具體的內(nèi)容設(shè)置上，大部分教師都是圍繞熟悉機(jī)器人硬件、掌握機(jī)器人編程、機(jī)器人實(shí)例制作這三個(gè)模塊進(jìn)行教學(xué)，而對機(jī)器人基礎(chǔ)知識的普及、機(jī)器人運(yùn)動原理涉及較少。教材是教師在傳授知識時(shí)的重要參考，對機(jī)器人教育有著至關(guān)重要的作用，所以，在中小學(xué)普及機(jī)器人教育，教材是急需解決的首要問題。

（三）教學(xué)方法方面

在進(jìn)行機(jī)器人教學(xué)中，大多數(shù)教師基本采用講練結(jié)合法和任務(wù)驅(qū)動法。講練結(jié)合法主要是教師在講解演示制作步驟之后，由學(xué)生完成預(yù)定機(jī)器人的制作；任務(wù)驅(qū)動法主要是模仿和再現(xiàn)一些科技作品。由于機(jī)器人教育是以學(xué)生動手操作為主，上述兩種方法可為學(xué)生實(shí)踐提供機(jī)會，但也存在重模仿輕創(chuàng)造、重基礎(chǔ)輕設(shè)計(jì)的問題，不能更好地培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力，讓機(jī)器人教育變成簡單的技能操作，從而讓創(chuàng)新能力的培養(yǎng)流于表面，這也是導(dǎo)致機(jī)器人教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度不高的原因之一。當(dāng)前，項(xiàng)目教學(xué)法被很多教師運(yùn)用到機(jī)器人教育中，因?yàn)槠湫枰獙W(xué)生合作設(shè)計(jì)、構(gòu)造、編寫程序來操控機(jī)器人作品，但在筆者的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，還有部分教師尚未采用項(xiàng)目教學(xué)法，主要原因是教師對自己獨(dú)立完成機(jī)器人作品的不確定以及項(xiàng)目教學(xué)法使用不熟練。

（四）教學(xué)組織形式方面

機(jī)器人教育主要有兩種形式：一是常規(guī)課堂，將機(jī)器人作為獨(dú)立課程或作為信息技術(shù)課、綜合實(shí)踐課的組成部分；二是社團(tuán)活動，從學(xué)校中挑選出部分學(xué)生，組成機(jī)器人社團(tuán)，每周組織一至兩次社團(tuán)活動課，以機(jī)器人競賽為主。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，幾乎所有學(xué)校機(jī)器人教育的開展都是以社團(tuán)形式進(jìn)行的，常規(guī)課堂中機(jī)器人教育所占比例較少，主要原因是機(jī)器人設(shè)備短缺和師資力量不足。

（五）教學(xué)評價(jià)方面

評價(jià)是為了更好地促進(jìn)教與學(xué)。過程性評價(jià)是在教學(xué)過程中進(jìn)行的，可以調(diào)節(jié)教學(xué)活動。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，機(jī)器人教育的過程性評價(jià)主要依靠的是課堂提問，不注重其他過程性評價(jià)方式。總結(jié)性評價(jià)可以檢驗(yàn)學(xué)生是否達(dá)到了教學(xué)目標(biāo)的要求，大多數(shù)教師都以獲獎情況、獲獎級別、獲獎等級作為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，也有部分教師會對機(jī)器人成品進(jìn)行評價(jià)，但沒有評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，只憑教師的主觀標(biāo)準(zhǔn)來確定作品的等級。

三、提升中小學(xué)機(jī)器人教育效果的建議

（一）因地制宜，靈活選用機(jī)器人硬件

從表面上看，無法普及和發(fā)展機(jī)器人教育的原因之一是機(jī)器人設(shè)備的缺乏。但隨著機(jī)器人產(chǎn)品的不斷豐富，一些機(jī)器人品牌的價(jià)格已經(jīng)有所下降。對于經(jīng)濟(jì)條件較好的學(xué)校來說，可以根據(jù)自己學(xué)校特色選擇相應(yīng)的機(jī)器人硬件；對于經(jīng)費(fèi)不夠充裕的學(xué)校來說，開源機(jī)器人Arduino 是較好的選擇，價(jià)格便宜，且無需建設(shè)專門的機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室，利用現(xiàn)有機(jī)房即可。

（二）加強(qiáng)機(jī)器人師資隊(duì)伍的培養(yǎng)

師資力量是制約機(jī)器人教育發(fā)展的關(guān)鍵因素，因此，普及推廣機(jī)器人教育，需提升一線教師的專業(yè)素養(yǎng)。教師要具備一定的教育教學(xué)知識與能力，能夠操作示范，明確其中的原理與思維方式，最重要的是要具備一定的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。具體來說，可從以下幾個(gè)方面著手培養(yǎng)教師的專業(yè)素養(yǎng)：一是加強(qiáng)相關(guān)專業(yè)師范生的培養(yǎng)。一些師范院校中的教育技術(shù)、信息技術(shù)、科學(xué)教師專業(yè)須將機(jī)器人課程納入培養(yǎng)方案，課程評價(jià)注重實(shí)操和創(chuàng)新能力，同時(shí)在教育見習(xí)、實(shí)習(xí)和研習(xí)活動中，為學(xué)生提供觀摩真實(shí)中小學(xué)機(jī)器人教學(xué)課堂的機(jī)會，儲備經(jīng)驗(yàn)。二是要通過定期培訓(xùn)來培養(yǎng)在職教師機(jī)器人教學(xué)能力，學(xué)?？蓮男Ｍ馄刚垯C(jī)器人領(lǐng)域的專業(yè)人員和專業(yè)教師進(jìn)校做講座報(bào)告，也可以派教師前往一些機(jī)器人教育開展得好的地區(qū)、學(xué)校參觀學(xué)習(xí)。三是引進(jìn)師資，組建機(jī)器人教師教研共同體。學(xué)?？梢砸M(jìn)校外機(jī)器人教育機(jī)構(gòu)的培訓(xùn)教師、高校教師、高校相關(guān)專業(yè)師范生進(jìn)入中小學(xué)課堂，讓中小學(xué)教師與校外機(jī)構(gòu)教師、高校教師、高校師范生進(jìn)行深度交流，共同教研，組成教師學(xué)習(xí)共同體，這樣既可解決機(jī)器人教師缺乏的問題，又可促進(jìn)機(jī)器人教師整體水平的提升。

（三）合力開發(fā)機(jī)器人教材

在中小學(xué)，普及機(jī)器人教育，教材是急需解決的問題，因此，要積極開發(fā)地方或校本教材?？梢越梃b“產(chǎn)政學(xué)合作”的經(jīng)驗(yàn)，即政府、企業(yè)、學(xué)校三方加強(qiáng)合作開發(fā)機(jī)器人教材，政府負(fù)責(zé)統(tǒng)籌，教育機(jī)器人公司人員、中小學(xué)機(jī)器人教師、高校教育類教師和機(jī)器人相關(guān)專業(yè)教師共同參與課程設(shè)計(jì)，開發(fā)出符合中小學(xué)生的機(jī)器人教育內(nèi)容，使教材真正滿足教與學(xué)的需要。在編制教材時(shí)應(yīng)根據(jù)不同年齡階段學(xué)生的心理和認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，內(nèi)容要貼近學(xué)生生活實(shí)際，并且學(xué)段之間要銜接順暢。

（四）構(gòu)建機(jī)器人教育評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

過程性評價(jià)注重對學(xué)生在機(jī)器人課程學(xué)習(xí)過程中做出評價(jià)，除口頭提問之外，也可以采用學(xué)生反思單、作品進(jìn)度匯報(bào)、個(gè)人評價(jià)表等方式來進(jìn)行過程性進(jìn)度匯報(bào)。無論是學(xué)習(xí)反思單、個(gè)人評價(jià)表，還是作品評價(jià)，都要制定詳細(xì)、可操作的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，也可以讓學(xué)生參與評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的制定。評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)維度的確定，要以教學(xué)目標(biāo)的維度為依據(jù)，既要考查學(xué)生的動手能力、合作溝通能力，又要考查學(xué)生的創(chuàng)新能力。從評價(jià)主體方面來看，既要有教師評價(jià)，又要增加自評和小組互評。

（五）靈活選擇教學(xué)方法

教師應(yīng)當(dāng)充分考慮學(xué)生特征，靈活選擇教學(xué)方法。如果學(xué)生是剛開始接觸機(jī)器人，教師可以適當(dāng)?shù)厥褂弥v練結(jié)合的方式，如果學(xué)生已經(jīng)對機(jī)器人的基本操作有一定的了解，教師則需弱化自己在機(jī)器人教學(xué)中的地位，要突出學(xué)生的主體地位，可以使用項(xiàng)目教學(xué)等方法，培養(yǎng)學(xué)生問題解決能力和思維創(chuàng)造能力。隨著信息技術(shù)與教育教學(xué)的深度融合，教師可以充分利用網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源，如微課、翻轉(zhuǎn)課堂等，把基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)和掌握放在課堂之外，課堂上給學(xué)生預(yù)留出動手實(shí)踐、自主發(fā)展的時(shí)間，更好地完成課堂任務(wù)。