中小學機器人教育中的探究性學習活動實施策略研究

孫巖松 張克松

摘 要：機器人教育能有效發展學生的科學精神、自主發展及實踐創新等核心素養。在中小學機器人教育中應用探究性學習模式可進一步提升機器人教育的成效，基于此，本文提出中小學機器人教育與探究性學習模式有機結合的實施策略，即教師樹立“學生中心”教育觀、遵循探究性學習的心理學理論和依據探究性學習的一般過程進行實踐演繹，希望為一線實踐者提供些許參考。

關鍵詞：機器人教育；探究性學習；實施策略

現階段，中小學機器人教育開展的如火如荼，機器人教育所特有的創新性和實踐性在發展學生科學精神、自主發展及實踐創新等核心素養方面極具前瞻性價值。2017年8月由美國新媒體聯盟頒布的《地平線報告（基礎教育版）》將機器人技術列為近期進入主流應用的教育技術，強調其在基礎教育中的作用。2018年4月教育部印發《教育信息化2.0行動計劃》，提出加強學生課內外一體化的信息技術知識、技能、應用能力以及信息意識、信息倫理等方面的培育。隨著國內外信息化政策的持續出臺，機器人教育在人工智能教育、創客教育等新型教育模式中的應用價值漸受研究者矚目。在中小學機器人教育中應用探究性學習模式可進一步提升機器人教育的成效，因此，本文將基于探究性學習模式著重探討中小學機器人教育中的探究性學習活動實施策略。

一、中小學機器人教育中的探究性學習活動實施策略

（一）教師應樹立“學生中心”教育觀

目前，機器人教育并沒有作為一門獨立學科納入中小學日常教育教學中，在《義務教育階段信息技術課程標準（2012版）》中也是作為拓展模塊存在，絕大多數是以興趣班、綜合實踐課組成部分、學科整合和機器人競賽驅動等方式引入機器人教育，并且多由計算機教師或短期培訓教師教學，教師水平參差不齊。在這一現狀下，是否能富有成效的實現機器人教育價值與機器人教師專業水平和教育理念息息相關。

機器人教育的創新性和實踐性的本質決定了機器人教師不能“一本書講一輩子”，尤其面對的學生是新時代在互聯網環境下長大的“原著民”。他們更善于交流與合作且思維具自主性、開放性。因此機器人教師不僅要熟練掌握機器人教學相關知識、工具、資源，而且要大膽求索、開拓新路，在教學實踐中“以教為學”拓寬知識儲備，不斷更新專業知識，提升專業技能，并且積極參加各種線上或線下的教研活動來不斷更新教育觀，逐漸樹立“以學生為中心”的教育觀，尊重中小學生的主體學習地位。

（二）遵循探究性學習的心理學基礎理論

大量研究顯示，好的探究能幫助學生構建更深層次的概念和提升高端思維能力。因此在機器人教育中開展探究性學習是實現教學目標的較佳路徑。探究性學習的理論基礎可以在心理學上追溯到布魯納的認知-發現說和建構主義學習理論。

1.布魯納的認知-發現說

按照布魯納的觀點，學習的實質是個體在教師引導下積極主動的形成自己的認知結構，并將自主所學的新知識與先前認知結構聯結起來，構建其知識體系，在教學觀上，教學的根本目的在于使學生理解學科基本結構，進而促進學習遷移，發展兒童智力和創造力。并且強調發現法是學生掌握學科結構的最好方法。在發現法的使用中，教師需要根據學生的心理發展水平和經驗來創設問題情景，激發學生的探究欲望使其積極尋求解決問題的各種假設方法，并引導學生運用分析思維在理論和實踐上驗證假設，最終在解決問題的過程中使學生“樂學善思”發展自身創造性和批判性思維。

2.建構主義學習理論

建構主義學習理論根據研究者關注點的不同分為認知建構主義和社會建構主義。兩者基本觀點都認為教育者必須以兒童在日常生活中積攢的豐富經驗為起點，創設合適的學習情景，引導兒童“生長”出新的知識。同時學習者在知識建構過程中具有主動建構性、社會互動性、學習情景性。認知建構主義學習理論在教學中具體應用以探究性學習為典型代表，探究學習的過程就是學生通過發現問題、分析問題、解決問題而生成知識的過程，探究性學習的具體的、廣泛采用的模式是基于項目的學習，一個項目式的學習由教師提出驅動性問題、學生制定探究計劃、實施計劃、交流實施結果、評價等組成。

（三）依據探究性學習的一般過程進行實踐演繹

基于上述，結合教學設計的基本理論，中小學機器人教育中的探究性學習活動設計由如下部分構成。

1.學習者分析：教學目標定制化

根據加德納的多元智力理論，每一個學習者在不同程度上擁有言語-語言、邏輯-數理、視覺-空間等九種智力。不同智力的不同組合構成了學生的個性差異。因而中小學機器人教師不能“一視同仁”，在開展探究性學習的過程中首先因在對學習者特征及知識、技能、態度進行深入分析的基礎上理解每一個學生都有自身長處和發展需求，并以此為基礎從知識、技能、情感態度三方面為不同學生定制不同的教學目標，只有“隨人分限所及”才能積極促進學生個性充分發展，實現機器人教育的預期價值。

2.學習內容設計：跨學科式學習內容

由于中小學機器人教育仍處于初級階段，教育部門及專家學者沒有制定統一的課程標準及編寫一致的教材，因而中小學機器人的學習內容質量良莠不齊，教學內容多以機器人本體知識為主，缺乏綜合性、包容性。為此中小學機器人教師應在深入解讀《基礎教育信息技術課程標準》、《中國學生發展核心素養》、《教育信息化2.0行動計劃》等指導文件的基礎上根據學習者的發展水平拓寬學習內容的廣度與深度。在開展機器人教育的過程中將語文、數學、物理、電子、計算機、能源、人工智能等學科知識整合起來，將課堂變成學生喜愛的“繽紛多彩”的世界，使學生所學知識不僅與生活緊密相關并且能夠適應終身發展和社會發展需要。

3.學習過程設計：六步循環法

借鑒第二部分所論述的探究性學習步驟及中小學機器人教育實踐狀況可從驅動型問題導入、“頭腦風暴法”形成假設、基本概念和結構澄清、進行假設驗證、成果展示及評價、設置挑戰六個方面進行中小學機器人教育探究性學習活動過程設計。

（1）驅動型問題導入

課堂導入作為教學必不可少的環節之一，是教學實施的先行部分?！傲己玫拈_始等于成功了一半”，恰當而富有啟發性的課堂導入環節在整個教學實施中舉足輕重。中小學機器人教師在教學的導入環節應當根據學生已有經驗、興趣和需要提出一個或幾個與教學目標和內容緊密相關的富有趣味性、探索性、驅動性的問題，以此將學生注意力吸引到課堂中來，激發他們的探求欲，啟發其創造思維，使學生在輕松愉悅的環境中開始新知識的學習。當然，高質量的課堂導入環節也是良好師生關系建立的開端。

（2）“頭腦風暴法”形成假設

“頭腦風暴法”作為一種培養創造性思維的有效方法，核心思想是把頭腦中產生的想法和想法的可行性劃分開來，其創造性特征符合中小學機器人教育價值訴求。教師在導入環節提出驅動性問題后，應當鼓勵學生發揮想象力在頭腦中快速聯想，大膽尋求解決問題的任何做法，并且大聲表達出來。在這一過程中學生之間的想法可互相啟發，教師對學生所提的建議不做干涉，待所有建議提出后，教師與學生一同對想法進行探討、評價、改進，從而產生一種或幾種可行的具有創造性的做法。

（3）基本概念和結構澄清

創造性的想法可以“天馬行空”，但將想法付諸實踐必須“腳踏實地”。學生的知識不是憑空產生的，機器人教師在引導學生形成解決問題的創造性想法后，必須將關乎本次機器人教學的基本概念、原理及搭建的機器人基本結構向學生澄清，學生只有在明晰控制器、傳感器、執行器等零件的基本運用方法、搭建中的數學、力學等原理，所需搭建機器人的基本結構，編程方面的循環分支結構等一般性知識才能更好的將所學知識在不同情境中靈活遷移，才能在接下來的實踐驗證環節避免“無米之炊”，保持良好的學習態度和動機。

（4）實踐驗證

“導而弗牽、強而弗抑，開而弗達”，教師在機器人教學中主要扮演一個“點撥者”的角色。教師需引導學生按自己的創新想法做并且鼓勵學生堅持不懈的探究，克服實踐中的難題和積極改進自己的作品，同時啟發學生的思維，在學生需要時給予適當的“支架”而不“任其所為”。在學生帶著自己獨特想法進行實踐的過程中，所有探究最終以解決問題為目標，任何符合機器人基本原理及結構的并且能合理的解決問題的做法都值得推崇。同時教師在必要時可以給學生布置一個任務，讓學生采用小組合作式進行探究，通過合作完成任務，培養他們的組織力、團隊協作力、溝通與交流能力的過程。

（5）成果展示與評價

成果展示環節與評價環節可同步進行。評價環節主要由：自我評價、教師及學生評價、家長評價等構成。教師要特別注意的是：由于每個學生的先前經驗、個性特征及智力組合等不同，學生通過實踐完成的作品水平是有差異的，在學生展現作品時不能“厚此薄彼”以免挫其信心，降低學習興趣，而應當真誠的贊賞作品的閃光點和“移情性”的點出作品了進一步改進的地方。在此基礎上，教師鼓勵每一位學生輪流向大家介紹自己作品的想法、創新點及沒有克服的問題等，同時教師可將學生在成果展示環節的作品借由微信、QQ等通訊軟件及時的傳送給不在現場的家長，使家長能掌握孩子最新的學習動態和機器人教學效果進而建立良好的親子關系。

（6）設置挑戰

根據維果斯基的最近發展區理論，學生在學習時表現出兩種水平，一種是符合學生年齡特征的水平，另一種是學生在他人幫助和指導下能達到的水平，兩種水平差距構成最近發展區。因而教師在教學時一方面以學生現有水平為依據，另一方面要創設最近發展區，采用不同方法和形式使教學引領學生發展。因此成果展示及評價環節不是教學的結束，教師應當在評價環節結束后對學生進行“拔高”，在本次教學的基礎上根據學生的學習狀況設置新的“挑戰”，創設知識遷移和自主探究的情景，給學生提出更高的要求以進一步激發其求知欲和學習動機，促進學生再發展。

二、結語

中小學機器人教育是當下流行的教育形式之一，如何有效的實現其教育價值并為中小學機器人教育提供指導是目前亟待解決的問題，本文根據心理學的研究成果結合探究性學習模式開展的一般范式提出中小學機器人教育教學活動設計策略，希冀為中小學機器人教育實踐者提供些許借鑒，但本文僅停留與理論層面，未作實踐探索，下一步將繼續完善。

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基金項目：安徽省高等學校省級質量工程“現代教育技術之數字圖像處理智慧課堂試點項目”階段成果（課題編號：2017zhkt220）。

作者簡介：孫巖松（1993- ），男，安徽合肥人，安徽師范大學教育科學學院，現代教育技術碩士研究生；張克松（1966- ），安徽蕪湖人，安徽師范大學教育技術系主任，副教授，碩士生導師，研究方向：教育技術學基本理論、信息技術教育。