高中創意機器人課程實施中的問題及對策分析

張寶峰

[摘 要]以Arduino創意機器人課程教學的探索與實踐為例，分析基于創客式教育理念的校本課程在教學組織、過程管理以及內容設計等方面存在的問題，并提出相應的解決對策。

[關鍵詞]創客式教育；Arduino；創意機器人；教學管理

“創客教父”戴爾·多爾蒂曾指出：創客運動能給教育帶來好的、甚至顛覆性的變化[1]。隨著創客運動的發展，研究者和實踐者們不斷挖掘創客文化、創客教育的內涵。學校層面的創客式教育，強調參與其中的師生在完成創新與實踐的過程中享受創新和分享的快樂。為此，筆者所在學校在創新與分享理念的指導下進行了創意機器人課程探索與實踐。課程以Asblock創趣公司開發的開源硬件為基礎，以Scratch作為編程軟件，搭配樂高實現結構搭建。為便于學生展開創意活動，每次課會連續上兩節。該課程的發展經歷了以下一些階段。

一、實施第一階段：探索階段

初期的創意機器人課程與傳統的科技活動課相比，只是在環境設施上有一些變化，活動目標在于讓學生通過動手實踐習得一些相關知識，活動內容以固定實驗為主。無論是教師還是學生，都只能在固定的主題中，按照預設的實驗步驟操作，以期看到預設的實驗結果。在實驗過程中是否有創新和分享，完全取決于實驗的難易程度和是否順利。

在本階段，無論是教務處的管理人員，還是機器人課的指導教師，對創意機器人課的認識還只是停留在環境和媒介的簡單變化，沒有意識到傳統科技活動課與創客式機器人課程的區別。由于學生編程技術的限制，大部分學生只能將實驗中給定的程序照搬過來，成為了固定數字技術實驗的驗證者，加上協作學習小組構建、硬件器材管理不善，創意機器人課程一度出現混亂和無效的狀況，甚至主板、傳感器等小模塊經常缺失，導致活動無法繼續。基于以上問題，教師們對創客式教育有了新的認識，認識到必須完成理念的轉變——厘清創客教育與機器人課程的關系，要強調動手實踐、快樂分享、創新思維的培養。其中，小組協作應該成為開展課程的主要形式，硬件器材是開展創意活動的關鍵。創客式教育真正有效實施的關鍵是在有效調和“物與物”之間關系（即硬件器材管理）的基礎上，開展“人與人”（即小組成員及師生）之間的活動。

二、實施第二階段：

構建協作小組和硬件器材有效管理

針對第一階段中活動混亂、器材設備管理不善等情況，本階段著重加強小組建設和硬件器材管理。

一是構建小組及設計編號。根據班級規模，可以分成大組和小組。如六人為一大組，每一大組可分為兩小組，每小組固定三人，組內設置小組長，三人小組要分工明確，分別主要負責硬件搭建、編程實現、記錄活動過程等工作。在常規主題活動中，主要以小組為主；在綜合創意活動中，為了突破硬件組合和創造的需要，小組可以合并為大組，進一步擴大協作。創意活動中協作組織可大可小，全息管理機制，并統一設計編號規則，如一大組1小組簡稱為一（1），一大組2小組簡稱一（2）等。

二是有效管理硬件。這是課程順利開展的保障。由于三人小組是活動的基本單位，因此硬件管理落實到各小組。硬件組成以大號收納箱為主，其中有包含各種傳感器的格子收納盒、各種線纜、螺絲螺帽和螺絲刀等，配以硬件清單，以便跟蹤管理，如有缺失或損壞，當堂更換，由教師做好記錄。

三是設計活動記錄表格。該表格將作為創新性協作活動有序開展的支架。在課程內容安排方面，初級課程是以認識傳感器為基本內容的專題教學，中級課程是以項目為主的綜合運用，高級課程是結合實際任務設計方案完成作品。課程內容以專題為中心（如LED燈），活動具有開放性和可擴展性（如可以使用程序控制LED燈，或者以按鈕、旋鈕等控制）?；顒佑涗洷砀褚兄趯崿F課程實施的延續性，體現課程“形散神不散”的創意屬性，并能有效地輔助課堂管理，記錄內容包括：組別、組員姓名、上課日期、小組作品思路及作品的完成度。

這一階段以有效管理為主，并加強了技術指導，克服學生創新活動的組織障礙。學生小組人員固定、座位固定、硬件器材固定，使創新活動得以有序進行。然而，形式只是活動的一種載體，思路才能創造價值。創意機器人課程的突出問題逐漸顯示出來，即活動內容到底要如何設計，才能提高學生的創新思維，讓學生體驗創新與分享的快樂？這也是學校層面創客式教育的核心問題和本質問題。

三、實施第三階段：

從形式到內容，驅動師生思維的發展

謝作如認為，創客是秉承著設計、制作、分享、交流、開源的創客文化，學生開始接觸前沿的信息技術，嘗試利用簡單易用的數字技術，面向實際需求進行設計、制作、分享和跨時空學習，在動手和動腦的創造中把創意轉變為現實[2]。同時，創客式教育涉及跨學科、項目式學習，強調實踐與多人協作，是一個立體的學習過程。

基于前兩個實踐階段的總結，創意機器人課程教學確定了小組協作學習的形式，通過硬件管理和實驗表格記錄管理教學，到了第三階段，教學設計的重點落在了內容設計和思維目標的落實。

一是在內容選擇上，教師要發揮引領與主導作用，在問題突破中，教師是協作者。目前高中的創客教育課程，并沒有統一的教材，課程開展一般以所用硬件的配套電子教程為主，這些電子教程的開發一般也會針對小學和初中階段。作為初學者的高中生使用此類教程，在搭建和編程實現方面都能夠以較低的難度、較高的完成度迅速入門。那么，如何引導學生從專題中不斷延伸拓展，使學生充分發散思維，并以手邊的硬件為基礎來收斂思維，最終實現作品的創造呢？

以LED燈為例。在這一專題中，學生在了解了LED的發光原理之后，聯系生活實際，開展了以按鈕控制LED、閃爍LED、延時燈、聲控燈、光控燈以及交通信號燈模擬等平行實驗。以其中的按鈕控制LED為例，學生在平行實驗中發現，簡單地使用按鈕的兩個狀態控制燈的兩個狀態，跟生活中“開關（按鈕）按一下燈亮，再按一下燈滅”的控制方式不同，那么要如何實現呢？如果說平行實驗是學生習得知識的過程，那么與生活相關的這個問題就是設計思維和邏輯思維的發端。以上這類設計的思維活動需要教師的引領，在共同解決問題的過程中，教師是協作者。

二是在思維培養中，以思維工具落實思維目標。在創意機器人課程中，創意多始于生活中的靈感。學生在認識了各類傳感器之后，要聯系生活，通過大量的生活應用實例使每個傳感器的專題立體化。學生從習得知識走向創意的過程，將用思維導圖的方式記錄在實驗記錄表中，這樣做有以下好處：其一，便于迅速記錄靈感；其二，有利于小組成員之間的交流和溝通，更好地完善作品；其三，將思維可視化，為創造的發展提供藍圖。如在LED燈的專題中，在平行實驗之后，大部分小組選擇了“呼吸燈”（由亮到暗逐漸變化）以及生活中“開關（按鈕）按一下燈亮，再按一下燈滅”控制方式的實現作為擴展實驗。教師在引導時，先教會學生使用流程圖或者偽代碼的形式來記錄思路。有學者認為“創客教育是編程的回歸”，實踐證明，這句話不無道理。

三是項目式教學，搭建實現是創意落地的關鍵。鑒于高中生抽象思維和邏輯思維的發展特點，以認識傳感器為基本內容的專題教學僅適用于課程初期，以項目式教學為主綜合運用和結合實際任務設計方案完成作品才是更契合高中創客教育的課程。在這類課程中，學生經歷了習得知識、發散思維、編程實現的過程，但只有通過創意搭建才能不斷修正和完善創新和創意方案。如在智能機器人小車循跡實驗中，灰度傳感器的數量、位置、路線的選擇決定了程序的編寫；在智能風扇的實驗中，可伸縮支架的臺扇和落地扇的實現更是對風扇的智能化完善。因此，在項目式教學中，要通過編程實現結構搭建和功能互為一體，而真正的搭建實現才是創意落地的關鍵。

四、創客源于熱愛，在總結中前行

高中創客教育課程的實施是一個師生共同成長、彼此成就并充滿未知的過程，創客文化的魅力也在于此?？偨Y創意機器人課程教學的經驗，可概括如下：在教學設計環節，可先使用傳感器感知環境，在編程環境中設置變量，讀取參數，提出具體需求，使用樂高組建搭建實現，留有空間綜合創意。學習過程采取小組協作的方式，并要保證組內有明確分工。在課堂管理中，小組編號（墻貼或者位置貼）、硬件器材盒、人員三位一體，并要對活動有詳盡的過程記錄。在教師引導方面，在初級活動中可以專題為中心，開放思維為主，鼓勵發散思維，到了中高級課程，則以項目實現為主。

參考文獻

[1]李彤彤，王志軍，鄒蕊，李磊.創客教師專業素質結構研究[J].中國電化教育，2017（6）：80-86.

[2]謝作如.創客教育和STEM教育關系之辨析[J].中國現代教育裝備，2017（2）：16-19.

（責任編輯 郭向和）