高中創(chuàng)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(chuàng)意機器人課程教學(xué)的探索與實踐為例，分析基于創(chuàng)客式教育理念的校本課程在教學(xué)組織、過程管理以及內(nèi)容設(shè)計等方面存在的問題，并提出相應(yīng)的解決對策。

[關(guān)鍵詞]創(chuàng)客式教育；Arduino；創(chuàng)意機器人；教學(xué)管理

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

一、實施第一階段：探索階段

初期的創(chuàng)意機器人課程與傳統(tǒng)的科技活動課相比，只是在環(huán)境設(shè)施上有一些變化，活動目標(biāo)在于讓學(xué)生通過動手實踐習(xí)得一些相關(guān)知識，活動內(nèi)容以固定實驗為主。無論是教師還是學(xué)生，都只能在固定的主題中，按照預(yù)設(shè)的實驗步驟操作，以期看到預(yù)設(shè)的實驗結(jié)果。在實驗過程中是否有創(chuàng)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(wù)處的管理人員，還是機器人課的指導(dǎo)教師，對創(chuàng)意機器人課的認(rèn)識還只是停留在環(huán)境和媒介的簡單變化，沒有意識到傳統(tǒng)科技活動課與創(chuàng)客式機器人課程的區(qū)別。由于學(xué)生編程技術(shù)的限制，大部分學(xué)生只能將實驗中給定的程序照搬過來，成為了固定數(shù)字技術(shù)實驗的驗證者，加上協(xié)作學(xué)習(xí)小組構(gòu)建、硬件器材管理不善，創(chuàng)意機器人課程一度出現(xiàn)混亂和無效的狀況，甚至主板、傳感器等小模塊經(jīng)常缺失，導(dǎo)致活動無法繼續(xù)。基于以上問題，教師們對創(chuàng)客式教育有了新的認(rèn)識，認(rèn)識到必須完成理念的轉(zhuǎn)變——厘清創(chuàng)客教育與機器人課程的關(guān)系，要強調(diào)動手實踐、快樂分享、創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。其中，小組協(xié)作應(yīng)該成為開展課程的主要形式，硬件器材是開展創(chuàng)意活動的關(guān)鍵。創(chuàng)客式教育真正有效實施的關(guān)鍵是在有效調(diào)和“物與物”之間關(guān)系（即硬件器材管理）的基礎(chǔ)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(gòu)建協(xié)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(shè)備管理不善等情況，本階段著重加強小組建設(shè)和硬件器材管理。

一是構(gòu)建小組及設(shè)計編號。根據(jù)班級規(guī)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(nèi)設(shè)置小組長，三人小組要分工明確，分別主要負(fù)責(zé)硬件搭建、編程實現(xiàn)、記錄活動過程等工作。在常規(guī)主題活動中，主要以小組為主；在綜合創(chuàng)意活動中，為了突破硬件組合和創(chuàng)造的需要，小組可以合并為大組，進(jìn)一步擴(kuò)大協(xié)作。創(chuàng)意活動中協(xié)作組織可大可小，全息管理機制，并統(tǒng)一設(shè)計編號規(guī)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(dāng)堂更換，由教師做好記錄。

三是設(shè)計活動記錄表格。該表格將作為創(chuàng)新性協(xié)作活動有序開展的支架。在課程內(nèi)容安排方面，初級課程是以認(rèn)識傳感器為基本內(nèi)容的專題教學(xué)，中級課程是以項目為主的綜合運用，高級課程是結(jié)合實際任務(wù)設(shè)計方案完成作品。課程內(nèi)容以專題為中心（如LED燈），活動具有開放性和可擴(kuò)展性（如可以使用程序控制LED燈，或者以按鈕、旋鈕等控制）。活動記錄表格要有助于實現(xiàn)課程實施的延續(xù)性，體現(xiàn)課程“形散神不散”的創(chuàng)意屬性，并能有效地輔助課堂管理，記錄內(nèi)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(shù)指導(dǎo)，克服學(xué)生創(chuàng)新活動的組織障礙。學(xué)生小組人員固定、座位固定、硬件器材固定，使創(chuàng)新活動得以有序進(jìn)行。然而，形式只是活動的一種載體，思路才能創(chuàng)造價值。創(chuàng)意機器人課程的突出問題逐漸顯示出來，即活動內(nèi)容到底要如何設(shè)計，才能提高學(xué)生的創(chuàng)新思維，讓學(xué)生體驗創(chuàng)新與分享的快樂？這也是學(xué)校層面創(chuàng)客式教育的核心問題和本質(zhì)問題。

三、實施第三階段：

從形式到內(nèi)容，驅(qū)動師生思維的發(fā)展

謝作如認(rèn)為，創(chuàng)客是秉承著設(shè)計、制作、分享、交流、開源的創(chuàng)客文化，學(xué)生開始接觸前沿的信息技術(shù)，嘗試?yán)煤唵我子玫臄?shù)字技術(shù)，面向?qū)嶋H需求進(jìn)行設(shè)計、制作、分享和跨時空學(xué)習(xí)，在動手和動腦的創(chuàng)造中把創(chuàng)意轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實[2]。同時，創(chuàng)客式教育涉及跨學(xué)科、項目式學(xué)習(xí)，強調(diào)實踐與多人協(xié)作，是一個立體的學(xué)習(xí)過程。

基于前兩個實踐階段的總結(jié)，創(chuàng)意機器人課程教學(xué)確定了小組協(xié)作學(xué)習(xí)的形式，通過硬件管理和實驗表格記錄管理教學(xué)，到了第三階段，教學(xué)設(shè)計的重點落在了內(nèi)容設(shè)計和思維目標(biāo)的落實。

一是在內(nèi)容選擇上，教師要發(fā)揮引領(lǐng)與主導(dǎo)作用，在問題突破中，教師是協(xié)作者。目前高中的創(chuàng)客教育課程，并沒有統(tǒng)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(fā)一般也會針對小學(xué)和初中階段。作為初學(xué)者的高中生使用此類教程，在搭建和編程實現(xiàn)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(dǎo)學(xué)生從專題中不斷延伸拓展，使學(xué)生充分發(fā)散思維，并以手邊的硬件為基礎(chǔ)來收斂思維，最終實現(xiàn)作品的創(chuàng)造呢？

以LED燈為例。在這一專題中，學(xué)生在了解了LED的發(fā)光原理之后，聯(lián)系生活實際，開展了以按鈕控制LED、閃爍LED、延時燈、聲控?zé)簟⒐饪責(zé)粢约敖煌ㄐ盘枱裟M等平行實驗。以其中的按鈕控制LED為例，學(xué)生在平行實驗中發(fā)現(xiàn)，簡單地使用按鈕的兩個狀態(tài)控制燈的兩個狀態(tài)，跟生活中“開關(guān)（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(xiàn)呢？如果說平行實驗是學(xué)生習(xí)得知識的過程，那么與生活相關(guān)的這個問題就是設(shè)計思維和邏輯思維的發(fā)端。以上這類設(shè)計的思維活動需要教師的引領(lǐng)，在共同解決問題的過程中，教師是協(xié)作者。

二是在思維培養(yǎng)中，以思維工具落實思維目標(biāo)。在創(chuàng)意機器人課程中，創(chuàng)意多始于生活中的靈感。學(xué)生在認(rèn)識了各類傳感器之后，要聯(lián)系生活，通過大量的生活應(yīng)用實例使每個傳感器的專題立體化。學(xué)生從習(xí)得知識走向創(chuàng)意的過程，將用思維導(dǎo)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(chuàng)造的發(fā)展提供藍(lán)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(guān)（按鈕）按一下燈亮，再按一下燈滅”控制方式的實現(xiàn)作為擴(kuò)展實驗。教師在引導(dǎo)時，先教會學(xué)生使用流程圖或者偽代碼的形式來記錄思路。有學(xué)者認(rèn)為“創(chuàng)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(xué)，搭建實現(xiàn)是創(chuàng)意落地的關(guān)鍵。鑒于高中生抽象思維和邏輯思維的發(fā)展特點，以認(rèn)識傳感器為基本內(nèi)容的專題教學(xué)僅適用于課程初期，以項目式教學(xué)為主綜合運用和結(jié)合實際任務(wù)設(shè)計方案完成作品才是更契合高中創(chuàng)客教育的課程。在這類課程中，學(xué)生經(jīng)歷了習(xí)得知識、發(fā)散思維、編程實現(xiàn)的過程，但只有通過創(chuàng)意搭建才能不斷修正和完善創(chuàng)新和創(chuàng)意方案。如在智能機器人小車循跡實驗中，灰度傳感器的數(shù)量、位置、路線的選擇決定了程序的編寫；在智能風(fēng)扇的實驗中，可伸縮支架的臺扇和落地扇的實現(xiàn)更是對風(fēng)扇的智能化完善。因此，在項目式教學(xué)中，要通過編程實現(xiàn)結(jié)構(gòu)搭建和功能互為一體，而真正的搭建實現(xiàn)才是創(chuàng)意落地的關(guān)鍵。

四、創(chuàng)客源于熱愛，在總結(jié)中前行

高中創(chuàng)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(chuàng)客文化的魅力也在于此。總結(jié)創(chuàng)意機器人課程教學(xué)的經(jīng)驗，可概括如下：在教學(xué)設(shè)計環(huán)節(jié)，可先使用傳感器感知環(huán)境，在編程環(huán)境中設(shè)置變量，讀取參數(shù)，提出具體需求，使用樂高組建搭建實現(xiàn)，留有空間綜合創(chuàng)意。學(xué)習(xí)過程采取小組協(xié)作的方式，并要保證組內(nèi)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(dǎo)方面，在初級活動中可以專題為中心，開放思維為主，鼓勵發(fā)散思維，到了中高級課程，則以項目實現(xiàn)為主。

參考文獻(xiàn)

[1]李彤彤，王志軍，鄒蕊，李磊.創(chuàng)客教師專業(yè)素質(zhì)結(jié)構(gòu)研究[J].中國電化教育，2017（6）：80-86.

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

（責(zé)任編輯 郭向和）