機器人教育中的工程思維培養

摘 要：機器人教育具作為最具代表性的一門新興技術教育課程，對學生工程思維的培養具有重要作用。文章將從機器人教育與工程教育的關系、機器人教育對學生工程思維的影響及如何通過機器人教育培養學生工程思維等方面介紹機器人教育對學生工程思維的培養。

關鍵詞：STEM教育;機器人教育;工程思維

一、相關概念介紹

（一）STEM教育

STEM教育源于美國，STEM是科學、技術、工程、數學英文首字母的縮寫。STEM教育強調跨學科整合性，以培養學生科學知識、技術意識、工程思維和計算思維為主要教學目標，重點關注學生綜合能力的培養。雖然STEM教育強調對學生綜合能力進行培養，但目前我國基礎教育領域對學生科學與數學知識的關注度一直很高，技術在近年來也逐漸受到重視，但對工程知識方面的關注遠遠不足。

（二）機器人教育

近年來機器人已經走進中小學的課堂，通過機器人教學旨在培養學生設計與創新能力。機器人學科綜合了物理、數學、生物、機械、電子等相關學科知識，對學生綜合能力的提升具有關鍵作用，彭紹東的文章里對機器人教育所下的定義是：機器人教育是指學習、利用機器人，優化教學效果及師生勞動方式的理論與實踐。也就是說機器人教育具有理論與實踐兩大領域，在理論方面機器人教育具有自身的理論基礎，在實踐方面機器人作為載體，在具體的教學實踐中開展系列教學活動。學生在機器人學習中除學習機器人學科知識和基本技能外，也要學會分析問題、解決問題的系統思維，為適應未來社會奠定基礎。

（三）工程思維

工程思維是人們在進行工程決策、工程設計和工程運行的過程中形成的一種思維方式，工程思維的核心要素為工程決策思維、工程設計思維、工程實施思維和工程評價思維。有些研究并沒有將關注的焦點放在對中小學生工程思維的培養上，認為工程思維的培養不符合特定年齡階段學生的認知發展。我國教育部在2011年就提出“卓越工程師教育培養計劃”，旨在培養一批兼具工程能力和創新能力的高質量工程技術人才。可見，工程思維的培養更應該從小抓起。

二、機器人教育與工程教育的關系

在中小學開設的機器人教育中，學生要以小組的形式共同完成機器人主體的搭建，首先各小組要規劃搭建思路、設計機器人主體及實施驗證機器人主體的穩固性，整個活動的進行需要一系列工程設計步驟，這很好的鍛煉了學生的工程思維。另一方面，讓學生親自體驗機器人編程才能鍛煉學生編程能力，同樣，對機器人進行編程要經過策劃機器人運動路徑、設計機器人主體、對機器人進行編程及調試程序等一系列操作過程，并且每一個過程都不是孤立存在的，機器人主體結構的穩固與否嚴重影響后續機器人運動情況，對機器人編程的準確性也直接影響著后期進行調試的過程。總而言之，學生通過機器人的學習能夠體會工程設計流程，對學生創新實踐能力及工程思維的培養具有很好的促進作用，換句話說，中小學機器人教育促進工程思維的培養。

三、機器人教育中工程思維的培養

（一）選擇系統的教學內容

目前機器人教學中存在教學內容零散、不規范的問題，對學生系統思維的培養具有不良的影響。首先機器人教學內容要具有銜接性、連貫性和系統性，那么教師在設計機器人教學內容時除了要考慮到學生的年齡及認知特點外，更要考慮到各個知識點間的內在邏輯聯系和整體的系統性特點，例如選擇一個總的教學主題——設計一款競技機器人，在這個大的主題下又有很多子主題，包括競技機器人的車身設計與搭建、競技機器人的運動及編程、競技機器人的測試與調試等過程，每個小主題都有各自的重點和難點，而整個大主題又是多種知識、技能和環境等因素相融合的工程系統，那么學生就能夠在系統的學習環境中培養工程思維。

（二）以工程思維為主線組織教學內容

教師在選擇教學任務時要考慮到工程思維的現實性和集成性的特點，從學生實際生活出發選擇具有真實性較強的任務，以便學生能夠在解決實際問題的過程中可以找到豐富的背景資料，引導學生綜合考慮多種因素進行方案的設計。同時，教師進行教學設計時要以工程設計過程為參考，根據工程設計過程組織教學，讓學生在親自動手實踐的過程中，體會工程設計思想，逐步培養學生工程思維。

（三）實現“講授”與“活動”的動態平衡

工程思維是一種典型的實踐性思維，但并不代表著在機器人教學中不需要理論支撐，機器人學科是綜合性較強的一門學科，需要學生在“做中學”去獲得知識，教師要平衡好“講授”與“活動”的動態平衡。傳統教學中填鴨式的教學已經適用現在的課堂教學，在機器人教學中教師可以給學生提出具體的任務，讓學生圍繞任務進行方案的策劃、設計、實施、測試等一系列過程，這樣的方式可以幫助學生進行完整知識的建構，對學生工程思維的培養具有促進作用。

四、結語

學生工程思維的培養并非一朝一夕就能解決的，而機器人教育為工程思維的培養提供了很好的載體，但機器人教育在中小學的發展還不完善，特別是如何開設、如何實施教學，如何深入培養工程思維都有待進一步研究，這也是今后我們要重點進行研究的方向。

參考文獻

[1] 范文翔，趙瑞斌，張一春.美國STEAM教育的發展脈絡、特點與主要經驗[J].比較教育研究，2018，40（06）：17-26.

[2] 丁婧.STEM教育中的工程思維培養[J].物理之友，2018， 34（09）：4-6.

[3] 彭紹東.論機器人教育.上[J]電化教育研究，2002（06）：3-7.

[4] 王穎.普通高中機器人教學中培養學生工程思維的行動研究[D].南京：南京師范學，2014.

[5] 王齊偉.小學STEM課程中工程思維培養的教學設計研究[D].上海：上海師范大學，2016.

[6] 王榮良.機器人教育與工程思維關系之研究[J].中國教育信息化，2008（24）：27-29.

作者簡介：孟雪（1993.09- ），女，漢族，遼寧建昌人，碩士，研究方向：教育技術學（教育學）。