基于師范院校與中學(xué)合作的機(jī)器人教育模式探究*

秦　　健　　劉　　超　　吳忠旭，4

（1.陜西師范大學(xué)　　教育學(xué)院，陜西　　西安710062；2.陜西師范大學(xué)　　數(shù)學(xué)與信息科學(xué)學(xué)院；3.山東省滕州市荊河街道滕西中學(xué)；4.北京師范大學(xué)克拉瑪依附屬學(xué)校）

基于師范院校與中學(xué)合作的機(jī)器人教育模式探究*

秦健1劉超2，3吳忠旭1，4

（1.陜西師范大學(xué)教育學(xué)院，陜西西安710062；2.陜西師范大學(xué)數(shù)學(xué)與信息科學(xué)學(xué)院；3.山東省滕州市荊河街道滕西中學(xué)；4.北京師范大學(xué)克拉瑪依附屬學(xué)校）

構(gòu)建師范院校與中學(xué)合作進(jìn)行機(jī)器人教育具有重要意義。通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查、文獻(xiàn)研究、行動(dòng)研究等方法，對(duì)我國(guó)中學(xué)機(jī)器人教育存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析，提出了在中學(xué)機(jī)器人教育領(lǐng)域師范院校與中學(xué)的合作模式，并與西安市長(zhǎng)安一中、西安市八十三中等中學(xué)的合作，對(duì)我國(guó)師范院校與中學(xué)的合作機(jī)器人教育的發(fā)展具有一定的啟示與借鑒作用。

機(jī)器人教育；師范教育；合作模式

引言

為了適應(yīng)未來(lái)科技社會(huì)對(duì)技術(shù)型人才的需要，從2003年起，中小學(xué)機(jī)器人比賽被納入全國(guó)中小學(xué)電腦制作活動(dòng)中。2003年頒布的普通高中新課程標(biāo)準(zhǔn)又將機(jī)器人教育納入技術(shù)教育課程。教育部新制定的《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》也提到“收集資料，了解機(jī)器人在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用”的要求。由此可見(jiàn)國(guó)家對(duì)機(jī)器人教育的重視［1］。教育機(jī)器人是進(jìn)行信息技術(shù)教育的有效載體，機(jī)器人教育旨在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和綜合實(shí)踐能力。隨著我國(guó)基礎(chǔ)教育信息化的發(fā)展，機(jī)器人教育正越來(lái)越被人們所關(guān)注［2］。那么機(jī)器人教育發(fā)展的現(xiàn)狀如何，還存在什么樣的問(wèn)題以及應(yīng)該如何解決這些問(wèn)題，成了我們關(guān)注的焦點(diǎn)。

一、我國(guó)中學(xué)機(jī)器人教育中存在的問(wèn)題

（一）缺少正確的機(jī)器人教育理論指導(dǎo)。目前我國(guó)中學(xué)機(jī)器人教育的理論十分薄弱，距離形成完整的理論體系還有相當(dāng)大的距離。中學(xué)機(jī)器人教學(xué)的目標(biāo)、內(nèi)容、方法和評(píng)價(jià)的理論研究還處于摸索階段，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累也比較匱乏。

（二）缺乏專業(yè)的機(jī)器人教師。現(xiàn)有的任課教師專業(yè)素養(yǎng)不高，缺乏相應(yīng)的專業(yè)知識(shí)和教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，缺少專門和有效的職前培養(yǎng)機(jī)制。

（三）硬件資源建設(shè)不足，課程開(kāi)設(shè)范圍小。由于受到區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡、中高考的制約和學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)不支持等多種因素的影響，各地的機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和課程開(kāi)設(shè)情況參差不齊，各地區(qū)、各校的發(fā)展都極不平衡。總體來(lái)說(shuō)，機(jī)器人教育目前還是一種“小眾化”教育，機(jī)器人教育的普及程度并不高。

（四）機(jī)器人教育學(xué)習(xí)資源分散，教學(xué)研究資源匱乏，學(xué)校之間的交流合作較為缺乏。中學(xué)機(jī)器人教師缺乏機(jī)器人教學(xué)資源和學(xué)校之間的交流合作。國(guó)內(nèi)幾大機(jī)器人網(wǎng)站信息來(lái)看，競(jìng)賽的通知、報(bào)道和技巧分析的多，關(guān)于機(jī)器人教育教學(xué)的討論與研究是極其缺乏的［3］。

（五）校企協(xié)作推動(dòng)機(jī)器人教育發(fā)展存在的弊端。目前中學(xué)機(jī)器人競(jìng)賽中暴露出的一些問(wèn)題：如機(jī)器人產(chǎn)品繁雜，互不兼容；廠商左右機(jī)器人競(jìng)賽，對(duì)于機(jī)器人教育的健康發(fā)展也產(chǎn)生了不利影響。所以除了企業(yè)，中學(xué)還應(yīng)該尋找更多的合作伙伴。

二、我國(guó)師范院校教師教育的思考

（一）“專家型教師”和“研究型教師”的一體化培養(yǎng)，是教師教育發(fā)展趨勢(shì)

陸炳炎主編的《一體化：師范教育改革的思考與實(shí)踐》為教師教育一體化指明方向，隨著社會(huì)對(duì)教師素質(zhì)的要求不斷提高，師范院校的教師教育不應(yīng)僅僅局限在職前教師的培養(yǎng)，更應(yīng)將教師教育的對(duì)象擴(kuò)大到在職教師，促進(jìn)教師教育的一體化發(fā)展。《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要》的出臺(tái)，教師專業(yè)化成為我國(guó)教師教育的發(fā)展趨勢(shì)，作為教師專業(yè)化的目標(biāo)與追求，“專家型教師”和“研究型教師”合一成為學(xué)界普遍關(guān)注的焦點(diǎn)。

（二）免費(fèi)師范生的培養(yǎng)目標(biāo)及教育實(shí)習(xí)中理論與實(shí)踐的分離

當(dāng)下我國(guó)實(shí)施免費(fèi)師范生政策的初衷，就是為了培養(yǎng)出具有專家型教師。盡管這樣的專家型教師并非四年的師范教育所能造就，但是，若以這樣的專家型教師作為四年師范教育的指向與標(biāo)桿，那么，接受大學(xué)四年師范教育的免費(fèi)師范畢業(yè)生就可以盡量縮短與“專家型教師”的差距［5］。另外，由于教師教育一體化的影響，免費(fèi)師范生在職攻讀教育碩士政策為免費(fèi)師范生快速成長(zhǎng)為“專家型教師”增加了更大的可能性。師范院校一般有集中進(jìn)行4-12周的教育實(shí)習(xí)，但是實(shí)習(xí)效果不盡人意，其中最重要的原因就是大學(xué)與中學(xué)缺乏有效的合作，中小學(xué)教師在教師教育中處于邊緣地位，與大學(xué)的師范生培養(yǎng)缺乏聯(lián)系［6］。這種特定時(shí)期集中、理論與實(shí)踐分離的實(shí)習(xí)不利于師范生的發(fā)展。

（三）我國(guó)師范院校的機(jī)器人職前教師培養(yǎng)

就發(fā)展需求來(lái)看，現(xiàn)階段機(jī)器人教育很難形成獨(dú)立的專業(yè)。北京師范大學(xué)、東北師范大學(xué)、陜西師范大學(xué)、上海師范大學(xué)等開(kāi)設(shè)了與機(jī)器人教育相關(guān)的課程或者專業(yè)，但并未形成一個(gè)較為完整科學(xué)的體系。另外，機(jī)器人教師的培養(yǎng)相對(duì)封閉，缺乏與中小學(xué)的合作實(shí)踐，雖然具備一定的專業(yè)知識(shí)，但是缺乏實(shí)際的機(jī)器人教育的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)技能；另一方面，現(xiàn)在這部分職前教師其實(shí)是將來(lái)的機(jī)器人教學(xué)者，由于缺乏教育實(shí)踐，他們的科學(xué)研究也只能停留在理論階段。

三、師范院校與中學(xué)合作進(jìn)行機(jī)器人教育的模式

（一）合作模式的提出

自2007年我校（陜西師范大學(xué)）教育技術(shù)學(xué)專業(yè)的技術(shù)教育與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室、中小學(xué)機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)立以來(lái)，我校就已開(kāi)始機(jī)器人教育方面的理論研究和教學(xué)實(shí)踐工作，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室指導(dǎo)老師和07級(jí)、08級(jí)、09級(jí)免費(fèi)師范生團(tuán)隊(duì)的努力，實(shí)驗(yàn)室與樂(lè)高公司、陜西省從事機(jī)器人教育培訓(xùn)的相關(guān)部門、西安市的部分中學(xué)逐步建立起良好的合作關(guān)系，在機(jī)器人教育方面積累了較為豐富的理論知識(shí)和教學(xué)資源。

基于對(duì)中學(xué)機(jī)器人教育中存在的部分問(wèn)題的分析和對(duì)我國(guó)師范院校教師教育的思考，筆者認(rèn)為，師范院校和中學(xué)應(yīng)該建立有效的合作，以此促進(jìn)中學(xué)機(jī)器人教育和師范院校教師教育的發(fā)展。結(jié)合我校技術(shù)教育與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室近幾年在機(jī)器人教育方面的理論研究和實(shí)踐的積累，筆者提出了在中學(xué)機(jī)器人教育領(lǐng)域中師范院校與中學(xué)合作的模式（見(jiàn)圖1）。

這種合作模式是以大學(xué)實(shí)驗(yàn)室和開(kāi)展機(jī)器人教育的中學(xué)為依托，以師范院校指導(dǎo)教師、實(shí)驗(yàn)室?guī)煼渡鷪F(tuán)隊(duì)、中學(xué)教師和中學(xué)生為主要參與人員，以大學(xué)生教師走進(jìn)中學(xué)機(jī)器人興趣課堂為主要實(shí)踐形式，在一所大學(xué)和一所中學(xué)之間開(kāi)展的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的合作。

圖1　　點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的合作模式

（二）以大學(xué)實(shí)驗(yàn)室為依托，在中學(xué)開(kāi)展機(jī)器人教育

以大學(xué)實(shí)驗(yàn)室為依托。一方面是機(jī)器人職前教師和在職教師培養(yǎng)的需要，另一方面是為了解決部分中學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)不足問(wèn)題，向中學(xué)開(kāi)放大學(xué)實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)資源共享的需要。師范院校教師教育的目標(biāo)就是為了解決中小學(xué)教學(xué)一線的實(shí)際問(wèn)題，師范院校為了完善自身的教師教育體系，也需要到中小學(xué)一線尋求實(shí)踐。該模式正是為了解決師范院校機(jī)器人教師教育和中學(xué)機(jī)器人教育中存在的問(wèn)題。

（三）合作模式中的主要參與人員

1.大學(xué)教師。大學(xué)教師應(yīng)該能夠勝任：（1）在機(jī)器人技術(shù)層面上的專業(yè)指導(dǎo)；（2）在教學(xué)技能方面和科研方面的專業(yè)指導(dǎo)；（3）能與中學(xué)建立和保持合作交流關(guān)系。大學(xué)教師可以通過(guò)與中學(xué)教師、中學(xué)生的直接交流以及從大學(xué)生教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中獲得的信息進(jìn)行側(cè)面了解，獲取中學(xué)教學(xué)一線的實(shí)際情況、科研數(shù)據(jù)和中學(xué)積累的教學(xué)資源等。

2.大學(xué)生。大學(xué)生既是實(shí)驗(yàn)室免費(fèi)師范生團(tuán)隊(duì)中的大學(xué)生，又是中學(xué)機(jī)器人興趣課堂中主要的機(jī)器人教師。在走進(jìn)中學(xué)機(jī)器人興趣課堂之前，他們必須得具備較為專業(yè)的機(jī)器人方面的相關(guān)知識(shí)、技術(shù)素養(yǎng)和教學(xué)能力。另外，作為當(dāng)下機(jī)器人教育研究的參與者和生力軍，他們也應(yīng)該具備一定的科研能力，承擔(dān)一部分科研任務(wù)。通過(guò)走進(jìn)中學(xué)機(jī)器人興趣課堂的教育實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的統(tǒng)一，對(duì)于成長(zhǎng)為“專家型教師”和“研究型教師”具有重要的意義。

3.中學(xué)生。由于目前機(jī)器人教育的“小眾化”特點(diǎn)，大多數(shù)開(kāi)展機(jī)器人教育的中學(xué)主要是以興趣班的形式組織進(jìn)行的，所以該模式中的中學(xué)生主要是對(duì)機(jī)器人感興趣的一群學(xué)生，他們也是該模式中最主要的教學(xué)對(duì)象和研究對(duì)象。

4.中學(xué)教師。該模式中的中學(xué)教師既包括有一定機(jī)器人教育經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)的教師，還包括沒(méi)有任何機(jī)器人教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)的教師。中學(xué)教師負(fù)責(zé)大學(xué)生的實(shí)踐指導(dǎo)工作，與大學(xué)教師一起對(duì)活動(dòng)進(jìn)行組織和提供保障。另外他們也從與大學(xué)教師和大學(xué)生的交流中獲取大學(xué)方面積累的機(jī)器人教學(xué)資源，更新教育理念；通過(guò)與大學(xué)的合作進(jìn)行中學(xué)機(jī)器人教育科研和校本課程建設(shè)等工作，促進(jìn)自身發(fā)展，提升個(gè)人和學(xué)校業(yè)績(jī)。

（四）走進(jìn)中學(xué)機(jī)器人興趣課堂部分實(shí)施細(xì)節(jié)

2013年3月到6月之間，我校技術(shù)教育與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室與西安市長(zhǎng)安一中進(jìn)行了一次機(jī)器人教學(xué)合作。筆者將以此次合作為案例，介紹走進(jìn)中學(xué)機(jī)器人興趣課堂部分實(shí)施細(xì)節(jié)。

1.教學(xué)合作的組織和開(kāi)展

長(zhǎng)安一中負(fù)責(zé)學(xué)習(xí)班的組建、教學(xué)場(chǎng)地和時(shí)間的安排等事宜。感興趣參與本次機(jī)器人學(xué)習(xí)的學(xué)生總共21人。機(jī)器人教學(xué)場(chǎng)地選在該校的一間通用技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室配備一套多媒體教學(xué)設(shè)備、六臺(tái)學(xué)生用計(jì)算機(jī)和多張較大的實(shí)驗(yàn)桌等，但是缺少機(jī)器人設(shè)備。學(xué)生上課的具體時(shí)間協(xié)商安排在每周六的13：30-16：00，共兩個(gè)半小時(shí)的時(shí)間。我校負(fù)責(zé)安排講師和提供樂(lè)高教育機(jī)器人設(shè)備。講師是我校技術(shù)教育創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室六名大三的免費(fèi)師范生。

2.課堂教學(xué)的實(shí)施

（1）小組安排。將21名學(xué)生隨機(jī)分成3個(gè)組，每組分為搭建和編程兩個(gè)任務(wù)組。搭建組4人，編程組3人，小組內(nèi)部可自行調(diào)整人數(shù)。鼓勵(lì)學(xué)生嘗試選擇搭建和編程不同任務(wù)組，得到全面的鍛煉。（2） 教學(xué)環(huán)節(jié)安排。教學(xué)過(guò)程環(huán)節(jié)有：回顧舊知；創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入新課；基礎(chǔ)知識(shí)講解和搭建編程思路分析；動(dòng)手搭建和編程，調(diào)試運(yùn)行；作品展示并進(jìn)行小組互評(píng)，教師評(píng)價(jià)和答疑；小組自由創(chuàng)意，改進(jìn)原作品；教師總結(jié)，發(fā)放并回收本次教學(xué)的反饋問(wèn)卷。（3）教育理念和教學(xué)方法。采用樂(lè)高4C教育理念，即聯(lián)系（Connect），建構(gòu)（Construct），反思（Contemplate）和延續(xù)（Continue）。4C教育理念以建構(gòu)主義為核心，有利于學(xué)生知識(shí)的獲得、學(xué)習(xí)積極性的調(diào)動(dòng)和對(duì)創(chuàng)新能力與實(shí)踐能力的培養(yǎng)。在教學(xué)中主要采用了講授法、任務(wù)驅(qū)動(dòng)法、小組合作法、討論法、演示法等。（4）教師評(píng)課與指導(dǎo)。大學(xué)和中學(xué)教師跟班聽(tīng)課，一起圍繞課堂中存在的問(wèn)題及原因進(jìn)行討論。（5）反思與成長(zhǎng)。根據(jù)教師的指導(dǎo)，大學(xué)生對(duì)自己的課堂實(shí)踐進(jìn)行回顧、總結(jié)、評(píng)價(jià)、反思和改進(jìn)，按照論文的形式書寫教學(xué)后記，撰寫研究論文。使得教學(xué)能力和科研能力都得到了培養(yǎng)，促進(jìn)了自身的成長(zhǎng)。

（五）從點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的合作到區(qū)域性的多點(diǎn)合作

最初合作是相對(duì)孤立的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的合作，后來(lái)認(rèn)識(shí)到資源整合和建立交流平臺(tái)的重要意義，開(kāi)始推動(dòng)中學(xué)之間的合作，于是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的合作變成了改進(jìn)過(guò)的區(qū)域內(nèi)的多點(diǎn)合作（見(jiàn)圖2）。區(qū)域性多點(diǎn)合作能夠起到輻射作用，吸引更多的學(xué)校參與進(jìn)來(lái)，將機(jī)器人學(xué)習(xí)資源進(jìn)行整合，并建立一個(gè)有效的平臺(tái)，共同推動(dòng)中學(xué)機(jī)器人教育的發(fā)展。

圖2　　區(qū)域性多點(diǎn)合作

（六）還需要完善的地方

任何合作都需要一定的保障方式來(lái)保證它的運(yùn)作，因此大學(xué)與中學(xué)的合作也需要一定的保障機(jī)制來(lái)確保合作的有效有序發(fā)展。當(dāng)前合作基本上是靠教師的人脈關(guān)系和相互信任進(jìn)行，不具穩(wěn)定性，希望政府教育部門能夠在大學(xué)與中學(xué)的合作中提供政策性的保障。

四、結(jié)束語(yǔ)

中學(xué)機(jī)器人教育作為素質(zhì)教育的良好載體，可以培養(yǎng)中學(xué)生對(duì)科學(xué)技術(shù)的興趣，提高他們的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力、合作能力等。我國(guó)的教師教育事業(yè)也正處在轉(zhuǎn)型發(fā)展的緊要時(shí)期。如果能夠不斷完善并推廣應(yīng)用這種基于師范院校與中學(xué)合作開(kāi)展機(jī)器人教學(xué)的教育模式，配合基礎(chǔ)教育中的學(xué)科推進(jìn)策略，將使更多的學(xué)校和學(xué)生參與進(jìn)來(lái)并受益，對(duì)于中學(xué)機(jī)器人教育的發(fā)展和師范院校教師的培養(yǎng)都具有重要的促進(jìn)作用。

［1］秦健，崔鑫治，李曉剛.我國(guó)機(jī)器人教育研究現(xiàn)狀與我校校本課程建設(shè)［J］.中國(guó)信息技術(shù)教育，2011（8）.

［2］張劍平，王益.機(jī)器人教育：現(xiàn)狀、問(wèn)題與推進(jìn)策略［J］.中國(guó)電化教育，2006（12）.

［3］邱雅番，袁小春.福州市中小學(xué)機(jī)器人教育面臨的問(wèn)題與推進(jìn)建議［J］.中國(guó)教育技術(shù)裝備，2012（12）.

［4］陸炳炎.一體化：師范教育改革的思考與實(shí)踐［M］.上海：華東師范大學(xué)出版社，2000.

［5］徐紅.新政策背景下專家型教師素質(zhì)與行為標(biāo)準(zhǔn)研究［D］.武漢：華中師范大學(xué)，2012.

［6］陳紅云.師范教育與研究型教師培養(yǎng)模式研究［D］.江西：江西師范大學(xué)，2006.

［責(zé)任編輯何一輝］

G434

A

1008-7656（2016）02-0027-04

陜西省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃2012年度課題：陜西省通用技術(shù)課程區(qū)域推進(jìn)策略研究（SGH12283）；陜西師范大學(xué)重點(diǎn)教學(xué)改革項(xiàng)目：基于STEAM的技術(shù)類課程建設(shè)與項(xiàng)目實(shí)踐研究（14JG28）；高等教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目：師范院校工程技術(shù)專業(yè)學(xué)生工程思維能力培養(yǎng)的而研究與實(shí)踐（15JG13）

2016-05-31

秦健，陜西師范大學(xué)教育學(xué)院副教授，碩士，研究方向：人工智能與機(jī)器人、通用技術(shù)；劉超，陜西師范大學(xué)數(shù)學(xué)與信息科學(xué)學(xué)院在讀研究生，研究方向：機(jī)器人、通用技術(shù)；吳忠旭，陜西師范大學(xué)教育學(xué)院在讀研究生，研究方向：技術(shù)教育、人工智能與機(jī)器人。