機器人課外教學設計策略的實踐研究

程君+崔世鋼+王永亮

摘要：在對課外教學和教學設計策略概念加以界定的基礎上，系統研究了機器人課外教學設計策略，包括機器人課外教學目標、教學內容、教學組織、教學評價共四個方面的內容，明確了機器人教學的教育目的、教學內容及教學目標，探討了機器人課外教學組織模式的構建。

關鍵詞：機器人；課外教學設計；組織模式；教學評價

中圖分類號：G712 文獻標識碼：A 文章編號：1672-5727（2014）02-0124-03

機器人教育是時代和社會發展的必然，是學校培養科技創新型人才的重要載體，對培養學生的科學素質和創新精神有著至關重要的作用。機器人課程日益受到重視，在各類機器人競賽的推動下，機器人課外教學也在如火如荼地開展。但是，為競賽而競賽、學生管理的自主狀態、師資配置不足、缺乏系統管理等問題在機器人課外教學中也是客觀存在。因此，機器人課外教學迫切需要重新審視，堅持以培養人為中心，認真分析機器人課外教學的教學內容、教學目標、教學組織、教學評價等，系統研究機器人課外教學設計策略。

概念界定

關于課外教學的概念 國際教育界對“課外”的英文詞語不外乎兩種：“extra-curricular（課程之外）”或“extra-class（課堂之外）”。教學是教育目的規范下的、教師的教與學生的學共同組成的一種教育活動。從系統性和完整性的角度，本研究將“課外”界定于extra-class，同時把課外教學納入課程范疇。根據教學定義，進一步明確：課外教學應該包括“教（teach）”和“學（learn）”兩種不同性質的活動，教學實施過程中的行為主體包括教師和學生，課外教學是在教學目標指引下，由教師的教與學生的學系統組成的一種教育活動。

關于教學設計策略的概念 策略是為達到某種目的使用的手段或方法。所謂教學策略，是在教學目標確定以后，根據已定的教學任務和學生的特征，有針對性地選擇與組合相關的教學內容、教學組織形式、教學方法和技術，形成的具有效率意義的特定教學方案。教學策略根據教學活動的內容分為教學設計策略、教學實施策略和教學反思策略。教學設計是教學的首要環節，主要包括教學目標、教學內容、教學組織、教學評價四個方面的內容。

機器人課外教學的教學目標與教學內容設計

確定機器人課外教學目標首先要確定機器人教育目的和意義。從學生能力結構上，可以將“機器人教育目的”理解為：推進素質教育，培養學生的創新意識和創新能力、團體意識和合作精神、設計能力和研究能力以及跨專業綜合應用能力。

教學目標設計是對教學活動預期所要達到的結果的規劃，是教學設計的重要環節。合理的教學目標是保證教學活動順利進行的必要條件。教學目標設計應與教學內容緊密相連，應以教學內容為基礎，教學內容的組織和實施應能促進教學目標的實現。教學內容是學生所系統學習內化的間接經驗和直接經驗的總和。根據建構主義教學理論，教學目標設計應促進學生主動學習而不是被動接收，應激發學生思維，促進知識內化為技能，促進學生建構自己的知識體系。

因此，機器人課外教學內容需要教師認真進行選擇、加工、組織，遵循連續性、遞進性和整合性的原則，同時教學內容組織要考慮邏輯順序和心理順序。根據實踐，現將機器人課外教學的教學目標和教學內容、教學形式加以總結，如表1所示。

機器人課外教學組織模式

教學組織形式，就是教學活動中教師與學生的組合結構形式，或者說是教師與學生共同活動在人員、程序、時空關系上的組合結構形式。機器人課外教學因其靈活性、開放性、綜合性的特點，給課外教學的組織增加了難度。但通過實踐，逐步形成了以科技社團為載體、以社團組織課外教學活動開展為主線、以充分盤活資源為核心、以科技競賽為動力的師生互聯全員互動的機器人課外教學組織模式。機器人課外教學組織模式如圖1所示。

（一）機器人課外教學組織模式發展溯源

我們的研究最早從1996年開始，引進了日本機器人教育的先進經驗，結合我國的具體國情，在機器人教育方面進行了探索，并取得了一定的經驗，成功地組織了多屆大學生小型機器人設計和制作比賽。將機器人教育與教學改革相結合，完成了全國職業技術師范教育委員會“九五”教育科學研究課題“電類專業現代職業技能開發一增設‘小型機器人設計和制作的教學內容”項目的研究工作。

我們以“小型機器人設計與制作”為課題，組織自控、機械、電子、計算機、工業設計等專業的教師組成跨學科的指導教師小組，吸收以上專業大學三年級以上的學生參加，進行畢業設計改革試點。同時，在制作多臺不同結構和功能的教學用智能機器人的基礎上，按照低成本、模塊化、系統集成的設計思想，研制了多種通用機器人設計和制作的標準化模塊及多種傳感器模塊。系統采用開放式結構，根據設計任務需要，學生也可進行特定的模塊設計。學生在教師的指導下進行系統模塊配置，模塊設計，機器人結構設計安裝、制作、調試、模塊軟件編程等環節的學習，設計并制作小型機器人進行比賽。

此項教育改革將機器人教學與第二課堂相結合，利用學生的課余時間延長畢業設計時間，提高了畢業設計課題的綜合性。該項學生畢業設計的研究成果在第五屆“挑戰杯”天津市大學生課外學術科技競賽中獲科技制作類一等獎。

1997年，我們成立了電子工程師搖籃協會，組織開展電子競賽等科技活動；1999年，成立了機器人俱樂部，自主研制機器人模塊化設計開發平臺和各種機器人功能模塊，致力于機器人開發和研究，同時不斷研究和設計適合中國國情的比賽規劃。在星火創業協會成立后，以上三個學生科技社團合并成立了大學生科技實踐中心，開展各項課外科技活動。

（二）機器人課外教學組織模式的形成

層層選拔，循序漸進 課外科技活動的實踐證明，科技社團是機器人課外教學實踐的重要載體?？萍忌鐖F與活動開展的思路逐步形成：電子工程師搖籃協會負責組織機器人相關培訓、講座、參觀等，進行機器人現成產品研究（包括實驗、驗證等），并通過小型科技競賽選拔學生到機器人俱樂部，開發機器人模塊化設計平臺，自主設計與制作機器人。同時選拔學生到專家實驗室、研究所參與機器人相關課題研發，并參加全國的機器人大賽。堅持循序漸進的教學原則，如模式圖中的主線自下而上，對應的機器人課外教學的難度從低到高設置，為不同專業、不同年級、不同興趣和特長的學生提供了多層面的選擇空間和學習平臺?？萍几傎惓蔀檫x拔、培養學生的重要手段。在教師的全面指導下，學生通過活動、競賽等進階選拔，接觸到從社團骨干到科技輔導員、從研究生到專家教授等多層面的輔導和培訓，專業技能和綜合能力逐步提高。endprint

全員參與，分工協作 資源是機器人課外教學實施的重要保證。盤活資源能有效保證機器人課外教學質量，有力提升資源效能，推動機器人課外教學的各項實踐活動。人是影響教學質量的根本因素，教師在機器人課外教學中具有不可替代的作用。充分發揮教師作用的關鍵是全員參與。全員參與需要全體教師都能圍繞“機器人課外教學”明白自己該做什么、怎樣做、為什么這樣做、如何做得更好。在實踐中，學院領導帶頭高度重視課外教學工作，系統設計教學環節、教學模式，宏觀指導機器人課外教學工作，同時提供機器人課外教學必需的專家、教授、科技輔導員等人力資源和實驗室設備場地等資源的大力支持。我們在實踐中率先設立了科技輔導員崗位，負責指導科技社團的各項活動，培養選拔科技人才，促進學生科技水平提升和綜合實踐能力提高。同時設立了班級實踐委員，構建了以班級為依托的學生科技實踐環境，改變了傳統意義上的班干部結構，在班上設立了實踐委員。實踐委員負責在班里營造科技實踐氣氛，開展科技實踐活動，推薦并協助選拔學生進入科技社團。實踐委員對科技輔導員負責，接受科技輔導員的指導。同時，科技輔導員指導社團的骨干力量對班級的科技活動給予相應的支持和幫助。專家、教授不僅為科技社團做培訓和講座、指導學生參加科技競賽，而且從科技社團選拔挑選學生參與實驗室課題研發，安排研究生參與活動中，指導研究生與本科生互助，快速提高、快速成長。此外，還通過校企合作，引入西門子獎學金，用于舉辦應用創新類科技活動，并舉辦了“西門子杯”應用創新類學生競賽。

機器人課外教學評價

教學評價，可簡單定義為“對教學工作質量所作的測量、分析和評定”。機器人課外教學評價主要包括：對機器人課外教學過程的評價，對機器人課外教學學生學習效果的評價，對機器人課外教學質量的評價。機器人課外教學評價可采取的方法有調查問卷、競賽、項目制作、征答、觀察提問等。機器人競賽已成為機器人課外教學的主流方式，競賽取得的成績能對師生及教學起到巨大的激勵作用，而競賽中的不足能幫助診斷分析機器人課外教學中存在的問題，經反饋后予以調節、修正和改進。機器人課外教學評價有利于機器人教學實施和教學反思，但目前還有很多不完善之處，比如機器人課外教學評價體系和評價標準尚未確立，評價方法也需要進一步深入探索。

自1996年以來，我院機器人課外教學16年的實踐成績顯著：在2004年第三屆“CCTV杯”全國大學生機器人電視大賽中獲得第三名；獲得市級以上科技競賽獎項一百二十多項。筆者試圖對機器人課外教學實踐進行總結歸納，但機器人課外教學實踐在如何實現課外教學與課堂教學的有機結合，如何培養學生的自主性，如何充分發揮教師的組織和輔導作用，如何培養課外教學指導教師，如何加大課外教學投入等諸多問題上還亟待進一步深入研究。

參考文獻：

[1]耿乃國，趙凌飛.基于大學生素質培養的課外教學體系的問題與對策研究[J].中國西部科技，2010（7）：79-81.

[2]王道俊，王漢瀾.教育學[M].北京：人民教育出版社，1999.

[3]袁振國.當代教育學[M].北京：教育科學出版社，2010.

[4]戴敏，等.大學生創新與實踐能力培養的探索——“教育機器人設計與制作綜合實踐”課程建設的一點體會[J].東南大學學報（哲學社會科學版），2008（10）：258-260.

[5]崔世鋼.機器人與教育改革[J].機器人技術與應用，2000（4）：16-17.

[6]李春華，崔世鋼，鄭桐，郝立果.發展機器人教育 培養綜合型創新人才的研究與實踐[J].天津工程師范學院學報，2005（4）：61-63.

[7]李杭州.創新機器人教育教學平臺 提升機器人教育發展動力[J].教育信息技術，2010（7）：12-13.

（責任編輯：王恒）endprint

全員參與，分工協作 資源是機器人課外教學實施的重要保證。盤活資源能有效保證機器人課外教學質量，有力提升資源效能，推動機器人課外教學的各項實踐活動。人是影響教學質量的根本因素，教師在機器人課外教學中具有不可替代的作用。充分發揮教師作用的關鍵是全員參與。全員參與需要全體教師都能圍繞“機器人課外教學”明白自己該做什么、怎樣做、為什么這樣做、如何做得更好。在實踐中，學院領導帶頭高度重視課外教學工作，系統設計教學環節、教學模式，宏觀指導機器人課外教學工作，同時提供機器人課外教學必需的專家、教授、科技輔導員等人力資源和實驗室設備場地等資源的大力支持。我們在實踐中率先設立了科技輔導員崗位，負責指導科技社團的各項活動，培養選拔科技人才，促進學生科技水平提升和綜合實踐能力提高。同時設立了班級實踐委員，構建了以班級為依托的學生科技實踐環境，改變了傳統意義上的班干部結構，在班上設立了實踐委員。實踐委員負責在班里營造科技實踐氣氛，開展科技實踐活動，推薦并協助選拔學生進入科技社團。實踐委員對科技輔導員負責，接受科技輔導員的指導。同時，科技輔導員指導社團的骨干力量對班級的科技活動給予相應的支持和幫助。專家、教授不僅為科技社團做培訓和講座、指導學生參加科技競賽，而且從科技社團選拔挑選學生參與實驗室課題研發，安排研究生參與活動中，指導研究生與本科生互助，快速提高、快速成長。此外，還通過校企合作，引入西門子獎學金，用于舉辦應用創新類科技活動，并舉辦了“西門子杯”應用創新類學生競賽。

機器人課外教學評價

教學評價，可簡單定義為“對教學工作質量所作的測量、分析和評定”。機器人課外教學評價主要包括：對機器人課外教學過程的評價，對機器人課外教學學生學習效果的評價，對機器人課外教學質量的評價。機器人課外教學評價可采取的方法有調查問卷、競賽、項目制作、征答、觀察提問等。機器人競賽已成為機器人課外教學的主流方式，競賽取得的成績能對師生及教學起到巨大的激勵作用，而競賽中的不足能幫助診斷分析機器人課外教學中存在的問題，經反饋后予以調節、修正和改進。機器人課外教學評價有利于機器人教學實施和教學反思，但目前還有很多不完善之處，比如機器人課外教學評價體系和評價標準尚未確立，評價方法也需要進一步深入探索。

自1996年以來，我院機器人課外教學16年的實踐成績顯著：在2004年第三屆“CCTV杯”全國大學生機器人電視大賽中獲得第三名；獲得市級以上科技競賽獎項一百二十多項。筆者試圖對機器人課外教學實踐進行總結歸納，但機器人課外教學實踐在如何實現課外教學與課堂教學的有機結合，如何培養學生的自主性，如何充分發揮教師的組織和輔導作用，如何培養課外教學指導教師，如何加大課外教學投入等諸多問題上還亟待進一步深入研究。

參考文獻：

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[6]李春華，崔世鋼，鄭桐，郝立果.發展機器人教育 培養綜合型創新人才的研究與實踐[J].天津工程師范學院學報，2005（4）：61-63.

[7]李杭州.創新機器人教育教學平臺 提升機器人教育發展動力[J].教育信息技術，2010（7）：12-13.

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全員參與，分工協作 資源是機器人課外教學實施的重要保證。盤活資源能有效保證機器人課外教學質量，有力提升資源效能，推動機器人課外教學的各項實踐活動。人是影響教學質量的根本因素，教師在機器人課外教學中具有不可替代的作用。充分發揮教師作用的關鍵是全員參與。全員參與需要全體教師都能圍繞“機器人課外教學”明白自己該做什么、怎樣做、為什么這樣做、如何做得更好。在實踐中，學院領導帶頭高度重視課外教學工作，系統設計教學環節、教學模式，宏觀指導機器人課外教學工作，同時提供機器人課外教學必需的專家、教授、科技輔導員等人力資源和實驗室設備場地等資源的大力支持。我們在實踐中率先設立了科技輔導員崗位，負責指導科技社團的各項活動，培養選拔科技人才，促進學生科技水平提升和綜合實踐能力提高。同時設立了班級實踐委員，構建了以班級為依托的學生科技實踐環境，改變了傳統意義上的班干部結構，在班上設立了實踐委員。實踐委員負責在班里營造科技實踐氣氛，開展科技實踐活動，推薦并協助選拔學生進入科技社團。實踐委員對科技輔導員負責，接受科技輔導員的指導。同時，科技輔導員指導社團的骨干力量對班級的科技活動給予相應的支持和幫助。專家、教授不僅為科技社團做培訓和講座、指導學生參加科技競賽，而且從科技社團選拔挑選學生參與實驗室課題研發，安排研究生參與活動中，指導研究生與本科生互助，快速提高、快速成長。此外，還通過校企合作，引入西門子獎學金，用于舉辦應用創新類科技活動，并舉辦了“西門子杯”應用創新類學生競賽。

機器人課外教學評價

教學評價，可簡單定義為“對教學工作質量所作的測量、分析和評定”。機器人課外教學評價主要包括：對機器人課外教學過程的評價，對機器人課外教學學生學習效果的評價，對機器人課外教學質量的評價。機器人課外教學評價可采取的方法有調查問卷、競賽、項目制作、征答、觀察提問等。機器人競賽已成為機器人課外教學的主流方式，競賽取得的成績能對師生及教學起到巨大的激勵作用，而競賽中的不足能幫助診斷分析機器人課外教學中存在的問題，經反饋后予以調節、修正和改進。機器人課外教學評價有利于機器人教學實施和教學反思，但目前還有很多不完善之處，比如機器人課外教學評價體系和評價標準尚未確立，評價方法也需要進一步深入探索。

自1996年以來，我院機器人課外教學16年的實踐成績顯著：在2004年第三屆“CCTV杯”全國大學生機器人電視大賽中獲得第三名；獲得市級以上科技競賽獎項一百二十多項。筆者試圖對機器人課外教學實踐進行總結歸納，但機器人課外教學實踐在如何實現課外教學與課堂教學的有機結合，如何培養學生的自主性，如何充分發揮教師的組織和輔導作用，如何培養課外教學指導教師，如何加大課外教學投入等諸多問題上還亟待進一步深入研究。

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[7]李杭州.創新機器人教育教學平臺 提升機器人教育發展動力[J].教育信息技術，2010（7）：12-13.

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