新課標理念下機器人校本課程教學策略

摘要：作者以《義務(wù)教育信息科技課程標準（2022年版）》為引領(lǐng)，從跨學科主題活動的載體、課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)的紐帶、合作探究創(chuàng)新學習的抓手三個維度出發(fā)，探討了開設(shè)機器人校本課程的必要性，同時對機器人教學現(xiàn)狀做了具體分析，并提出以項目為載體的機器人校本課程教學策略：發(fā)展問題意識、想象能力、質(zhì)疑能力，促進思維生成；注重傾聽表達、小組協(xié)作、多元評價，記錄思維痕跡；倡導(dǎo)真實情境、批判思維、深度交流，激活深度思維。

關(guān)鍵詞：新課標；機器人；校本課程；教學策略

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2024）01-0077-04

教育機器人融合了計算機、工程、電子等多種學科知識，是跨學科知識內(nèi)容整合的集大成者，帶有開放性、綜合性、趣味性等特點，被越來越多的師生和家長所接受，校內(nèi)校外開展機器人教育教學的相關(guān)活動屢見不鮮。但不管是何種形式的機器人教育教學，尤其是在校內(nèi)開展的機器人教學，都要在教學實施中強化素養(yǎng)立意，與時俱進適應(yīng)數(shù)字時代的發(fā)展變化，為培育和發(fā)展學生核心素養(yǎng)奠基。因此，本文以《義務(wù)教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）為引領(lǐng)，探討新課標理念下機器人校本課程教學策略。

新課標理念下機器人教學的新思考

1.機器人可作為跨學科主題活動的載體

新課標倡導(dǎo)跨學科主題活動，在每個學段都明確設(shè)置了跨學科主題內(nèi)容，旨在融合不同學科的知識與技能，從而提升學生的綜合素養(yǎng)和實踐能力。而機器人涉及信息科技、科學、數(shù)學等學科知識，是開展跨學科主題活動的絕佳載體。要想利用好這個載體不能只注重結(jié)果導(dǎo)向，過分強調(diào)機器人結(jié)構(gòu)拼搭、程序編寫以及最后的功能實現(xiàn)，還要注重過程導(dǎo)向，如機器結(jié)構(gòu)背后蘊藏的齒輪、杠桿等科學原理，程序編寫中蘊藏的算法思想等。

2.機器人可作為課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)的紐帶

新課標明確指出，義務(wù)教育階段信息科技課程以數(shù)據(jù)、算法、網(wǎng)絡(luò)、信息處理、信息安全、人工智能為六大邏輯主線。其中，算法和人工智能這兩條主線之間可以通過機器人建立起關(guān)聯(lián)紐帶。機器人是算法學習的載體，機器人拼搭、程序設(shè)計都會涉及算法學習，小學低段可以通過搭建簡易結(jié)構(gòu)、設(shè)計簡單程序引導(dǎo)學生體驗算法，中高學段可以通過綜合任務(wù)分析、復(fù)雜程序設(shè)計學習算法等。機器人也是人工智能學習的載體，它能夠模擬、拓展和延伸人類智能，小學生可以在玩中學、做中學、創(chuàng)中學，從而認識、感受和體驗人工智能。

3.機器人可作為合作探究創(chuàng)新學習的抓手

教育機器人具有綜合性、開放性、趣味性等特點，是學生合作探究、創(chuàng)新學習的有力抓手，深受中小學生喜愛。其中，小學低段主要是認識、探究和體驗機器人，以個人自主探究學習為主；小學中高段主要是借助機器人解決學習和生活中的問題，問題是趨于真實的，往往也是較為復(fù)雜的，需要集思廣益、多人合作，以小組合作探究、任務(wù)式驅(qū)動為主，在合作學習和任務(wù)解決中可以提升學生的合作探究能力、數(shù)字化學習與創(chuàng)新能力。

新課標理念下機器人教學問題淺析

近年來，全國各地越來越多的學校開設(shè)了機器人課程，有的作為基礎(chǔ)必修課，有的作為拓展選修課，還有的作為競賽集訓課。筆者所在學校也以新課標為根本遵循，每周一下午社團活動時間開設(shè)機器人校本課程，教學內(nèi)容來自校本自編教材，課程周期以學期為單位共5期，按照內(nèi)容難易第1～5期分別為初級班（上、下）、中級班（上、下）、高級班，每期15次課，每次課80分鐘，每期2個平行班，每班30名左右學生，來自3～6年級，按照已有知識水平混合編班。此外，各級各類官方和非官方機器人賽事、校外機器人培訓機構(gòu)也在一定程度上助推了機器人教育的快速普及。在普及過程中，有一種教學現(xiàn)象逐步開始顯現(xiàn)，就是把機器人教學簡單地視為技能培訓，以賽定教、追求速成、側(cè)重獎牌，這顯然和新課標的理念不符。因此，機器人教育理念需要不斷更新，機器人教學方法需要不斷優(yōu)化，機器人教學模式需要不斷創(chuàng)新。

新課標倡導(dǎo)營造開放、自主、探究的學習氛圍，理念要從注重技能培養(yǎng)轉(zhuǎn)化為注重能力培養(yǎng)，從注重能力培養(yǎng)轉(zhuǎn)化為注重素養(yǎng)培養(yǎng)，因此，在機器人校本課程教學中要避免、克服和糾正以下問題傾向：①在機器人學習中，學生有時急于求成而不假思索。例如，在搭建機械結(jié)構(gòu)的過程中過度依賴圖紙或者范例作品，導(dǎo)致思考和分析問題不深，經(jīng)常停留在問題表面，缺乏進一步的思維碰撞，不利于發(fā)展計算思維。②在機器人教學實施中容易造成結(jié)果導(dǎo)向，特別是在以賽促學、追求獲獎的驅(qū)動下，師生往往更多地關(guān)注機器人的功能是否實現(xiàn)、任務(wù)是否成功，教師在教學過程中不重視、不關(guān)注過程性評價，更多關(guān)注和在意終結(jié)性評價，不利于發(fā)展學生的計算思維。③在機器人教學任務(wù)驅(qū)動下，學生結(jié)果導(dǎo)向明顯，在目標任務(wù)達成后，不愿整改和優(yōu)化方案，不愿尋找解決問題的不同方法和路徑，不斷嘗試、反復(fù)論證、科學批判的精神不足，開放、深度的學習交流還不夠，不利于高階思維的養(yǎng)成。

新課標理念下機器人校本課程教學策略分析

新課標強調(diào)，教學中要系統(tǒng)設(shè)計學習活動，突出利用信息科技來解決學生生活和學習中的問題。因此，在教學實施中需要有效的載體、有力的抓手作為支撐。機器人作為跨學科主題活動的載體、信息科技課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)的紐帶、合作探究創(chuàng)新學習的抓手，尤其是本身兼具綜合性、整合性、開放性等特點，更加適合以項目為載體開展項目化學習，逐步從“小”任務(wù)驅(qū)動轉(zhuǎn)向“大”項目學習。學生在項目化學習中自主探究、合作學習，從而發(fā)展計算思維，培育信息科技學科核心素養(yǎng)。因此，新課標理念下機器人校本課程教學應(yīng)以項目化教學為主導(dǎo)，教學策略結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.促進思維生成的機器人項目化“深學定位”策略

新課標強調(diào)通過課程學習要讓學生具備解決問題的能力，發(fā)展計算思維。計算思維是學生的必備品格、關(guān)鍵能力，為促進計算思維的生成，機器人教學應(yīng)著重在容易被忽視的問題意識、想象能力、質(zhì)疑能力上使力。

（1）發(fā)展問題意識

問題是學習實踐的開始，有了問題才能產(chǎn)生解決問題的動力，才會促成思考、發(fā)展思維。在機器人項目活動中，教師應(yīng)引導(dǎo)學生根據(jù)項目主題分析任務(wù)、分解任務(wù)、執(zhí)行任務(wù)，在設(shè)計搭建、編程調(diào)試機器人時及時發(fā)現(xiàn)問題、歸納問題，幫助學生強化問題導(dǎo)向，促成深層次思考，形成問題解決方案。通過解決問題，不斷優(yōu)化方案，培育學生“發(fā)現(xiàn)問題—分析問題—解決問題”的思維品質(zhì)和學習習慣。

（2）發(fā)展想象能力

想象力對小學生來說至關(guān)重要。為了發(fā)展想象力，在機器人項目主題上教師應(yīng)采用“全開放主題+半開放主題”的形式，課時比例遵循二八原則。半開放的形式是教師主導(dǎo)項目主題，提供必要的學習資源，學生圍繞主題設(shè)計、制作、改進機器人；全開放的形式是引導(dǎo)學生立足日常生活和學習需要，自主設(shè)計項目方案，鼓勵天馬行空式地設(shè)計智能機器人。

（3）發(fā)展質(zhì)疑能力

質(zhì)疑是思維碰撞的開始，機器人學習具有復(fù)雜性和挑戰(zhàn)性，而機器人項目實施活動是開放性的。因此，在設(shè)計制作過程中教師需要鼓勵學生破除心理障礙、大膽質(zhì)疑，敢于對別人的設(shè)計方案、問題解決過程提出質(zhì)疑，并通過動手搭建測試、計算機編程調(diào)試驗證自己的質(zhì)疑。

例如，在機器人校本課程第1期第10課“機器人快遞員”中，通過創(chuàng)設(shè)情境確立“運送貨物”項目主題，活動流程如圖2所示。課堂教學以問題為線索，組織學生分析問題，如：“運送貨物”要解決哪些任務(wù)？怎么實現(xiàn)？為什么這樣做？還有沒有更好的辦法？在協(xié)作探究過程中引導(dǎo)學生先確定思路，然后設(shè)計方案，再進行機器人搭建、編寫程序代碼等實踐操作，最后通過調(diào)試修改、思考改進從而解決問題。學生通過猜測想象、協(xié)作探究、問題解決、質(zhì)疑反思，自主完成項目并拓展項目。機器人快遞員不僅能把貨物從A地送到B，還能實現(xiàn)自動返回。整堂課不僅順利完成了機器人快遞員項目，還實現(xiàn)了遷移、拓展和鞏固解決問題的一般過程和方法。

2.記錄思維痕跡的機器人項目化“慧學在線”策略

（1）注重傾聽表達

在機器人項目活動中，特別是在學生協(xié)作學習的過程中，教師應(yīng)有意識地幫助學生養(yǎng)成傾聽他人觀點、表達自己想法的習慣，提供一些表達范式，如“這個問題我是這樣想的……大家怎么看？”“你的觀點我不認同，我認為……”等，并使用活動情況反饋單記錄活動情況，活動反饋單中的內(nèi)容包括遇到了哪些困難、是怎么解決的、我采納了同伴的哪些建議、同伴采納了我的哪些建議等。

（2）注重小組協(xié)作

教師按照項目大小和難易來確定小組規(guī)模，一般2～4人為宜，在小組協(xié)作下共同完成項目活動的設(shè)計與實施，使用評價量規(guī)記錄小組學習情況，評價維度包括成員的“參與程度”“任務(wù)分工”“協(xié)作程度”三個維度，每個維度均分為A、B、C、D四個等級，每個等級都有量化指標的具體行為描述，分別代表對應(yīng)維度的不同量化程度。

（3）注重多元評價

機器人項目評價采用“自我+同伴+教師”評價相結(jié)合的辦法，評價維度包括“態(tài)度”“思維”“協(xié)作”“創(chuàng)新”四個維度，每個維度均有A、B、C、D四個等級，每個等級分別有具體的量化水平和具體行為描述，學生依據(jù)量表進行評價。

3.激活深度思維的機器人項目化“智學進階”策略

（1）倡導(dǎo)真實情境

在機器人項目活動實施過程中，可以通過器材道具、圖紙噴繪、場地布置等途徑，模擬再現(xiàn)真實的任務(wù)活動場景，以激發(fā)學生興趣，引發(fā)共鳴。在情境中引導(dǎo)學生設(shè)身處地地思考問題、研究問題，聯(lián)系生活經(jīng)驗設(shè)計適當?shù)姆桨附鉀Q問題。在解決問題的過程中，情境有助于將抽象的表述轉(zhuǎn)化為具象的體驗，有益于引發(fā)深層次的思維碰撞。

（2）倡導(dǎo)批判思維

機器人項目活動是開放性的，需要學生進行創(chuàng)造，活動過程可采用小組合作的方式展開。在實施過程中，教師應(yīng)引導(dǎo)學生公正地評判他人的觀點，大膽提出自己的見解，闡述解決問題的優(yōu)化方案，并借助計算機編程語言等工具，通過反復(fù)論證加以實現(xiàn)。

（3）倡導(dǎo)深度交流

每一個機器人項目的成功完成，都需要有一個比較成熟的解決方案，而每一個成熟的解決方案背后，必定要經(jīng)歷不斷改進、反復(fù)優(yōu)化的過程。在小組討論交流中，教師應(yīng)努力將無序的爭吵轉(zhuǎn)化為有序的辯論，讓每一個觀點、想法都能得到表達，讓學生經(jīng)過深入的交流、反復(fù)的對比后再進行取舍擇優(yōu)。

例如，在機器人校本課程第2期第5課“機器人向?qū)T”中，在學生學習轉(zhuǎn)彎的原理時，教師從學生生活經(jīng)驗出發(fā)創(chuàng)設(shè)情境，用常見的自行車、汽車等轉(zhuǎn)彎做聯(lián)想和類比，引出問題：在場地圖A-B-C-D區(qū)域中，機器人向?qū)T如何實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎？隨后，教師組織學生充分討論交流，引導(dǎo)學生發(fā)散思考、提出假設(shè)，大膽批判、深度交流，最后通過現(xiàn)場機器人演示加以驗證，幫助學生認識和理解機器人并不能像生活中的小汽車一樣通過旋轉(zhuǎn)方向盤轉(zhuǎn)彎，而是通過控制左右兩側(cè)的輪子來實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎，進而幫助學生歸納總結(jié)出多種不同的轉(zhuǎn)彎策略。具體策略如上表所示。

結(jié)束語

新課標理念下的機器人校本課程教育教學以實踐為教學主線，培養(yǎng)學生合作探究能力，力爭把課堂時間盡可能多地留給學生，讓學生在動手操作和活動體驗中學會分析、解決問題，并通過實踐掌握原理、得出結(jié)論，體現(xiàn)“科”與“技”并重；以方法為教學核心，提高學生思維水平，力爭以問題為主導(dǎo)，幫助學生思考提煉解決問題的方法，并將方法遷移應(yīng)用到解決其他問題中，體現(xiàn)素養(yǎng)立意；以評價為教學抓手，夯實學生知識結(jié)構(gòu)，主張強化過程性評價，用明確的評價量規(guī)進行教學反饋，以評促學，幫助學生通過評價及時地形成和完善知識體系，體現(xiàn)教學評一致性。

參考文獻：

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[2]劉朋飛.STEAM理念下機器人拓展性課程主題學習活動的設(shè)計與實施[J].中國教育信息化，2019（02）：39-42.

[3]劉朋飛，袁久婕，張婤.STEAM理念下小學生機器人項目式學習實踐研究[J].中國教育信息化，2021（14）：26-29.

作者簡介：劉朋飛，一級教師，碩士研究生，浙江省機器人競技活動優(yōu)秀指導(dǎo)教師、杭州市教壇新秀、杭州市拱墅區(qū)運河名師。