STEM教育背景下的機器人教學模式探究

王源

摘 要：機器人課程是近些年被引入學校教育的一門課程，機器人教學能夠讓學生在操作過程中提高創新能力、合作能力和邏輯思維能力。文章結合STEM教育理念，分析機器人教學的意義與現狀及機器人課程教學方法。

關鍵詞：STEM教育；機器人教學；智能機器人；體驗學習；探究學習

中圖分類號：G623.58；TP242.6 文獻標志碼：A 文章編號：1008-3561（2018）31-0026-01

隨著科技進步與社會發展，機器人教學已經開始在學校普及，這是提高學生創新能力、合作能力和邏輯思維能力的重要方式。機器人教學課程標準明確要求：學生要通過機器人學科的學習，掌握編程知識與機器人組裝能力，提高動手操作能力及創新能力。機器人教學仍在起步階段，有許多問題需要解決。本文主要對STEM教育背景下的機器人教學模式進行探討。

一、STEM教育概述

STEM是科學、技術、工程、數學四門學科英文首字母的縮寫。STEM教育源于美國，最初的目的是實現科學、技術、工程和數學的統一，以應用多種學科知識來共同解決問題。科學素養是STEM教育的重點，能夠幫助學生認識客觀規律，打好科學研究的基礎；技術素養和工程素養能夠幫助學生在尊重自然規律的基礎上改造世界、解決遇到的難題；數學則是技術與工程學科的基礎工具，不論是科學建模、科學推理，還是工程論證、技術研究，都需要數學素養的支持。

二、機器人教學的意義與現狀

機器人教育是一門涉及機械、電子、計算機軟硬件及人工智能等眾多先進技術的綜合性實踐學科。機器人教學的初衷是讓學生能夠在了解機器人構造、功能、應用的基礎上，完成機器人的設計、組裝、編程及運行。機器人教育涉及很多先進技術和學科知識，能夠提高學生的綜合能力，包括分析問題、解決問題、邏輯思維等多種能力，為學生的創造能力、合作能力、動手能力提供了良好的實踐平臺。如今，越來越多的學校將機器人教學納入課程之中，旨在通過機器人教學培養新時代高素質人才。

三、STEM教育背景下智能機器人教學策略

STEM四要素在機器人教學中皆有所體現，因此，機器人教學有著很高的應用價值。下面，從兩個方面對STEM教育背景下智能機器人教學策略進行探討。

1.引導學生進行體驗式學習

在智能機器人教學中，教師要從學生的認知規律與發展角度出發，引導學生在觀察的過程中完成對知識的理解和感悟。在學生的體驗學習環節，教師應為學生設計具有趣味性、邏輯性的活動，讓學生在情境中學習與反思，更好地掌握知識和技能。首先，教師要創設合適的教學情境，提出相關問題，讓學生帶著問題進入體驗環節。其次，要指導學生利用教師準備的工具與資源完成教師設計的活動。要讓學生通過觀察與反思，發掘對后續學習有價值的資源與信息，并將之前觀察所獲得的知識轉化為新的觀點，在腦海中生成對新知的理解。例如，在教學“FLL機器人前進、爬坡、摘取果實”時，教師可以讓學生先通過觀察分析FLL機器人在爬坡過程中需要完成幾個任務，如何才能用時最短。然后，教師可以讓學生先嘗試進行流程圖設計，之后通過測試與分析找出問題，調整方案，提高機器人運行效率。在體驗式學習過程中，學生的科學素養、技術素養、工程素養、數學素養能夠得到有效的鍛煉。

2.指導學生進行探究式學習

以設計競速小車為例進行說明。首先，教師應分析學生的特征。學生年齡較小，抽象思維較弱，有時課堂注意力不集中，但對未知的事物有著濃厚的探索欲望。在課前導學案中，學生已經了解小車的傳動方式，也在課前使用樂高材料拼接過小汽車。因此，教師不妨在課堂教學中先播放賽車的比賽視頻，讓學生加入賽車的討論之中，并提出“你們知道最快的賽車速度能達到多少嗎”等問題激發學生的探究興趣。之后，為了確保學生能夠順利設計出合理的競速小車，教師可以提出“機械設備為什么能夠實現速度變化”等問題引導學生探究。通過分析與探究，學生能夠了解到“是因為機械設備有齒輪、滑輪以及動能支持”。此時，教師要讓學生了解齒輪的傳動形式與特點，讓學生明白機器人運動和加速的原理。在學生的探究過程中，教師要幫助學生結合實踐更好地理解書本上的理論知識。最后，教師應為學生準備充足的實踐工具，讓學生在實踐的過程中掌握齒輪傳動的規律。要引導學生通過合作完成競速小車的設計，并通過檢驗了解小車設計的不足問題，在小組合作探究中找出問題的解決方法，從而培養學生的動手操作能力和創新能力。

綜上所述，在學習機器人知識的過程中，學生通過數據搜集、探索發現、關注問題、推理篩選，掌握了正確的學習方法，提高了自身的科學素養、技術素養、工程素養、數學素養。這些素養與能力，將為學生今后的成長提供重要的幫助。STEM的應用實現了設計與藝術的融合，能夠為學生的作品賦予更具個性的生命力。因此，教師應當深入研究STEM教育，將其作為機器人教學的核心，這對提高學生創新意識、設計能力、藝術素養有著重要的促進作用。

參考文獻：

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