融合STEM教育的小學(xué)機(jī)器人教學(xué)策略研究初探

田甜

【摘? 要】隨著知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的到來，我國的科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等多方面都得到了非常大的發(fā)展。在這個(gè)背景之下對(duì)學(xué)生的要求更高，不僅要求小學(xué)生掌握書本知識(shí)，也需要培養(yǎng)小學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。小學(xué)機(jī)器人教學(xué)活動(dòng)是為了開化學(xué)生的思維模式，讓學(xué)生不要固定在一個(gè)模式下思考。因此，在進(jìn)行教學(xué)的過程中需要采用科學(xué)合理的教學(xué)方式，提升小學(xué)教育的教學(xué)效率。通過實(shí)例證明，將STEM和小學(xué)教學(xué)相融合是高效且實(shí)用的一種方法。

【關(guān)鍵詞】STEM教育;小學(xué);機(jī)器人教學(xué)

我國現(xiàn)階段處于高速發(fā)展階段，對(duì)人才的需求非常迫切，而STEM人才更是緊缺，因此，現(xiàn)階段各個(gè)層次的教育都會(huì)積極融入STEM的教學(xué)模式。STEM具有很高的應(yīng)用價(jià)值，主要體現(xiàn)在工程、數(shù)學(xué)、科學(xué)、技術(shù)方面，雖然在短期之內(nèi)學(xué)生可能對(duì)這些知識(shí)不會(huì)用到很多，但是從長遠(yuǎn)發(fā)展來看，STEM教學(xué)模式帶給學(xué)生的思維模式可以讓學(xué)生受用一生。

一、STEM教育的概念和發(fā)展背景

STEM是集科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)四個(gè)學(xué)科的特點(diǎn)和學(xué)習(xí)方法于一體的教學(xué)模式。STEM的核心是跨學(xué)科應(yīng)用，把零碎的知識(shí)和實(shí)際操作的過程轉(zhuǎn)化為實(shí)際生活中解決問題的能力，也就是將知識(shí)變得可以靈活運(yùn)用，不再只是書上的死板知識(shí)，并將原本互相獨(dú)立的學(xué)科聯(lián)系成為一個(gè)整體。STEM除了具有跨學(xué)科性，還具備其他很多特點(diǎn)。進(jìn)入21世紀(jì)以來，科學(xué)和工程成為各個(gè)國家創(chuàng)造財(cái)富、發(fā)展經(jīng)濟(jì)的重要渠道。在這個(gè)背景之下，社會(huì)各界對(duì)STEM人才的需求越來越多。美國由于發(fā)展一直處于世界領(lǐng)先地位，很早就意識(shí)到了STEM相關(guān)學(xué)科的重要性，所以在很長一段時(shí)間內(nèi)，投入大量的資金、人力、物力對(duì)國內(nèi)的STEM相關(guān)專業(yè)進(jìn)行建設(shè)和發(fā)展，在之后取得了一定的進(jìn)展，為美國培養(yǎng)了很多該方面的人才。我國對(duì)這個(gè)問題的認(rèn)識(shí)較晚，在2016年才開始大力發(fā)展STEM相關(guān)的教育，運(yùn)用新型的教育模式，提升學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和各項(xiàng)能力。

二、機(jī)器人教學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問題

（一）發(fā)展過程

隨著在世界范圍內(nèi)興起的機(jī)器人教學(xué)狂潮，我國也出版了相關(guān)的機(jī)器人教育書籍，并開始逐漸發(fā)展機(jī)器人教育。機(jī)器人教育也逐漸被很多小學(xué)引入，以選修課或必修課的形式，成為大多數(shù)小學(xué)中不可缺少的一門課程。同時(shí)，機(jī)器人教育的知識(shí)也可以在其他的學(xué)科中得到應(yīng)用，如數(shù)學(xué)、物理等學(xué)科，讓學(xué)生在這些學(xué)科的學(xué)習(xí)中也得到了很大的發(fā)展。

現(xiàn)在的教育和傳統(tǒng)教育的區(qū)別在于傳統(tǒng)教育注重學(xué)生的“聽說讀寫”，而機(jī)器人教育在很大程度上提升了學(xué)生的實(shí)際操作能力。重視學(xué)生動(dòng)手能力的提升是現(xiàn)階段教育的工作重點(diǎn)。傳統(tǒng)教育的短板在于純粹的知識(shí)灌輸讓學(xué)生失去了對(duì)學(xué)習(xí)的興趣，逐漸缺少學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。缺少實(shí)踐的教育只能是紙上談兵，從長遠(yuǎn)來看不利于學(xué)生的全方位發(fā)展。機(jī)器人教育讓孩子自己動(dòng)手，將理論結(jié)合實(shí)踐，可以培養(yǎng)孩子跨學(xué)科知識(shí)的應(yīng)用能力，同時(shí)也能培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生在輕松愉悅的環(huán)境中取得進(jìn)步。

（二）機(jī)器人教育現(xiàn)階段存在的問題

1.教師形成性教育意識(shí)的缺失

中國教育一直采用“老師講，學(xué)生聽”的這種模式，學(xué)校重視的是學(xué)生的升學(xué)率以及考試中獲得高分，學(xué)校熱衷于將更多學(xué)習(xí)好的孩子送入名校進(jìn)行學(xué)習(xí)，以此來提升學(xué)校的地位。在這種應(yīng)試教育大環(huán)境下，很多老師就算有了新的想法、新的教學(xué)方式，迫于壓力也不敢輕易嘗試。而且在小學(xué)教育中，各個(gè)科目的老師也只是將自己的學(xué)科作為重點(diǎn)，完全不將其他學(xué)科的教育教學(xué)放在心上，各自為政。機(jī)器人教育是近些年才得到廣泛開展的一門新興的學(xué)科，由于機(jī)器人學(xué)科是集中了很多學(xué)科的教學(xué)方式，而每個(gè)學(xué)科的老師將自己的學(xué)科作為獨(dú)立的教學(xué)整體，所以學(xué)生在學(xué)習(xí)機(jī)器人學(xué)科的過程中只是了解了一些基礎(chǔ)的理論知識(shí)，并沒有和其他學(xué)科建立聯(lián)系，學(xué)習(xí)過程比較枯燥，逐漸就失去了對(duì)機(jī)器人學(xué)科的興趣。學(xué)校和老師也只是關(guān)心學(xué)生的主要學(xué)科學(xué)習(xí)成績(jī)，這樣就形成了一個(gè)惡性循環(huán)，中國的小學(xué)機(jī)器人教育學(xué)科才一直沒有得到很大的發(fā)展。

2.學(xué)生教育主體地位的缺失

“教育樹人成才”，學(xué)生在整個(gè)教學(xué)活動(dòng)中應(yīng)該處于主體地位。在教育過程中，學(xué)生的學(xué)習(xí)是不可取代的，只有學(xué)生全面參與教育教學(xué)活動(dòng)，并在這個(gè)過程中真正理解和體會(huì)，才能使教育具有意義，確保教育活動(dòng)高效開展。在課上課下，將老師的教和學(xué)生的學(xué)結(jié)合起來，才是培養(yǎng)人才的正確途徑。但是就目前的機(jī)器人教育而言，很多老師將教育教學(xué)活動(dòng)的過程完全由自己掌控，并不在乎學(xué)生的參與程度。在很多的機(jī)器人教育活動(dòng)中，老師在提前計(jì)劃好流程之后，活動(dòng)的走向完全就不會(huì)發(fā)生任何改變，甚至一些活動(dòng)給人一種走過場(chǎng)的形式主義感。機(jī)器人教育的形式過于單一，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和互相評(píng)價(jià)的過程完全沒有展現(xiàn)出來，學(xué)生的主體地位在教育教學(xué)活動(dòng)中沒有得到體現(xiàn)。這種情況下的機(jī)器人教育活動(dòng)并沒有起到作用，反而讓學(xué)生對(duì)機(jī)器人教育的目的產(chǎn)生了一些錯(cuò)誤的理解。

三、學(xué)科融合的意義

學(xué)科融合便于形成知識(shí)體系，加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解。融合過程中，兩個(gè)學(xué)科的學(xué)習(xí)方法和思想都會(huì)得到挖掘，之后在一次次的教學(xué)過程中逐漸產(chǎn)生更加高效的新型學(xué)習(xí)方法。這對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)這些學(xué)科的知識(shí)具有推進(jìn)作用，也讓學(xué)習(xí)更加高效，有利于學(xué)生的全面發(fā)展，從而提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。此外，在教學(xué)過程中，不同學(xué)科之間會(huì)有交叉的知識(shí)內(nèi)容，因此，促使學(xué)科融合的進(jìn)一步發(fā)展，對(duì)學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)能力的提升有極高的價(jià)值。教師應(yīng)當(dāng)不斷提升學(xué)生對(duì)學(xué)科融合重要性的認(rèn)識(shí)，同時(shí)在教學(xué)過程中加強(qiáng)對(duì)學(xué)科融合措施的改進(jìn)和提升。

四、融合STEM教育模式的小學(xué)機(jī)器人教學(xué)如何高效開展

（一）加強(qiáng)教學(xué)的實(shí)踐性

小學(xué)的機(jī)器人教育也是一門實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，所以在與STEM教育進(jìn)行融合的時(shí)候也需要注意加強(qiáng)學(xué)科的實(shí)踐性。在小學(xué)的教學(xué)過程中主要是利用STEM教育的思想和方法，促進(jìn)機(jī)器人教育的發(fā)展。如信息技術(shù)老師聯(lián)合美術(shù)老師組織學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)客活動(dòng)——奇思妙想護(hù)平安。由學(xué)生提供創(chuàng)意和想法，信息技術(shù)老師指導(dǎo)學(xué)生利用奧斯坦丁套件完成硬件搭建和程序編寫，構(gòu)建“智能療養(yǎng)院”模型，其中包括根據(jù)室內(nèi)溫度智能通風(fēng)、調(diào)節(jié)溫度、健全的安防報(bào)警系統(tǒng)、智能送餐等多種功能。再由美術(shù)老師組織學(xué)生用積木、橡皮泥等工具搭建主體模型、完善周邊設(shè)施和場(chǎng)景布置，之后用各種顏料進(jìn)行上色，最終完成創(chuàng)作。再比如聯(lián)合信息技術(shù)與科學(xué)，構(gòu)建智能植物成長園，讓每個(gè)學(xué)生挑選自己喜歡的植物在成長園中進(jìn)行培養(yǎng)，由科學(xué)老師為學(xué)生講解適合各種植物生長的日照時(shí)間、生長土壤、澆水的時(shí)間間隔和澆水量的多少。學(xué)生根據(jù)科學(xué)知識(shí)找來植物的生存土壤，將水管預(yù)埋在土壤中，學(xué)生再根據(jù)每種植物的需水量和澆水時(shí)間間隔，在信息技術(shù)老師的指導(dǎo)下編寫程序控制閥門，實(shí)現(xiàn)多學(xué)科的融合過程，讓學(xué)生在實(shí)際操作中學(xué)習(xí)知識(shí)。通過具體的實(shí)踐措施，能夠促使學(xué)生將學(xué)習(xí)到的理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐過程中，促使理論知識(shí)的掌握更加有效。同時(shí)實(shí)踐過程本身是對(duì)學(xué)生積極性調(diào)動(dòng)的有效措施，學(xué)生在小學(xué)階段往往動(dòng)手能力較強(qiáng)，且好奇心較重，因此，利用實(shí)踐操作可以有效激發(fā)學(xué)生的積極性，讓學(xué)生在具體操作過程中真正掌握知識(shí)。

（二）開展趣味性強(qiáng)的教學(xué)環(huán)節(jié)

興趣是激發(fā)小學(xué)生對(duì)這門學(xué)科進(jìn)行深入學(xué)習(xí)和了解的關(guān)鍵因素，開展趣味性強(qiáng)的教學(xué)環(huán)節(jié)是培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科興趣的關(guān)鍵措施。例如，學(xué)習(xí)機(jī)器人課程就需要了解機(jī)器人的編程語言，老師可以鼓勵(lì)學(xué)生利用“圖形化編程”對(duì)機(jī)器人進(jìn)行操作，讓學(xué)生通過拖動(dòng)圖標(biāo)和加入一些簡(jiǎn)單的參數(shù)來操控機(jī)器人完成一系列操作，如操作機(jī)器人拿起桌子上的蘋果、用筆寫一個(gè)字。在這種實(shí)際的趣味教學(xué)中，學(xué)生不會(huì)在枯燥乏味的程序語言中摸不著頭腦，同時(shí)他們初步了解了程序設(shè)計(jì)的原理和思想，提高了學(xué)生的思維能力和創(chuàng)新能力。這種實(shí)際操作的過程賦予了學(xué)生自信和學(xué)習(xí)機(jī)器人的動(dòng)力、興趣，有利于今后相關(guān)的教學(xué)活動(dòng)開展。興趣是調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，以及促使學(xué)生更加主動(dòng)地進(jìn)行知識(shí)學(xué)習(xí)的重要基礎(chǔ)。因此，教師在小學(xué)機(jī)器人的教育過程中就應(yīng)當(dāng)注重學(xué)生的興趣點(diǎn)，并在教學(xué)過程中有效地利用學(xué)生興趣點(diǎn)進(jìn)行著重開發(fā)和管理，將學(xué)生的興趣轉(zhuǎn)換為實(shí)踐活動(dòng)。在具體的應(yīng)用過程中，教師可以借助情境模擬、實(shí)踐操作、案例講解，以及游戲等教育形式，將理論知識(shí)與實(shí)踐活動(dòng)充分融入，使學(xué)生能夠真正實(shí)現(xiàn)在游戲中學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中游戲，達(dá)到寓教于樂的重要目標(biāo)。為了切實(shí)提高學(xué)生的興趣，還可以在教學(xué)過程中進(jìn)行留白設(shè)計(jì)，讓學(xué)生自己進(jìn)行思考和實(shí)踐活動(dòng)。當(dāng)學(xué)生通過自己的實(shí)踐操作，最終達(dá)成學(xué)習(xí)目的之后，學(xué)生也能提升學(xué)習(xí)的積極性，以及增強(qiáng)個(gè)人的自信心，這種教學(xué)措施有利于激發(fā)學(xué)生對(duì)小學(xué)機(jī)器人學(xué)習(xí)的興致，也有利于教學(xué)后期的

開展。

（三）根據(jù)學(xué)生的個(gè)體差異開展教學(xué)

每個(gè)學(xué)生都是不同的個(gè)體，他們都有自己的特長和缺點(diǎn)，教師在開展教學(xué)活動(dòng)時(shí)不能以統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)來安排任務(wù)，需要根據(jù)每個(gè)人的具體情況進(jìn)行分析。例如，教師在教學(xué)一些較難的程序語言或者比較復(fù)雜的機(jī)器人構(gòu)件，給學(xué)生布置具體的操作任務(wù)時(shí)，可以讓理解能力和動(dòng)手能力較強(qiáng)的同學(xué)自己獨(dú)立完成操作，對(duì)能力較弱的同學(xué)，教師在旁邊進(jìn)行指導(dǎo)，確保讓每個(gè)學(xué)生在接受一節(jié)機(jī)器人課程之后都能將收獲最大化，都能達(dá)成本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)。因此，教師在教學(xué)過程中應(yīng)切實(shí)關(guān)注不同學(xué)生之間存在的差異，對(duì)學(xué)生實(shí)施差異化教學(xué)，促使每個(gè)學(xué)生都能在學(xué)習(xí)過程中真正發(fā)揮個(gè)人能力，并提升集體的專業(yè)知識(shí)能力。此外，教師不僅需要關(guān)注學(xué)生之間的差異，還應(yīng)針對(duì)不同學(xué)生之間的差異，以小組合作學(xué)習(xí)的方式，讓表現(xiàn)較好、能力較強(qiáng)的學(xué)生對(duì)后進(jìn)生進(jìn)行幫助，最終才能促使小學(xué)機(jī)器人教學(xué)效果更好。此外，在教學(xué)過程中，教師還應(yīng)注重循序漸進(jìn)地進(jìn)行教學(xué)，只有讓學(xué)生一步步掌握基礎(chǔ)知識(shí)，才能在此基礎(chǔ)上完成更高層次的教學(xué)活動(dòng)。

五、結(jié)束語

STEM教育是一種跨學(xué)科的教育模式，結(jié)合STEM 教育的機(jī)器人教育是向機(jī)器人領(lǐng)域輸送人才的重要渠道。在小學(xué)機(jī)器人教育中融合STEM教育可以提升教學(xué)效率，更好地實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。在具體的教學(xué)過程中，教師應(yīng)該努力設(shè)計(jì)出具有趣味性、實(shí)踐性和教育意義的環(huán)節(jié)，讓每位學(xué)生都對(duì)學(xué)習(xí)充滿興趣，在學(xué)習(xí)過程中提升實(shí)際操作能力，促進(jìn)學(xué)生的綜合能力得到發(fā)展和提升。

【參考文獻(xiàn)】

[1]杜娟，臧晶晶.STEM教育視野下小學(xué)低年級(jí)智能機(jī)器人教學(xué)模式研究[J].中小學(xué)信息技術(shù)教育，2014（5）：52-54.

[2]李強(qiáng).STEM教育理念下普及人工智能教育實(shí)踐研究——以智能機(jī)器人為例[J].教育信息技術(shù)，2019（11）：16-19.

（基金項(xiàng)目：本文系南京市2020年度“十三五”教育科學(xué)研究規(guī)劃課題“融合STEM教育的小學(xué)機(jī)器人教學(xué)策略研究”的研究成果，課題立項(xiàng)編號(hào)：L/2020/222）