基于STEM教育理念的小學機器人課程開發與實踐研究

吳碟

【摘 要】長期以來，我國普通的學科教育，大多只是知識的教育，較少涉及動手實踐的技術教育。而“知道了”和“學會了”之間，相距甚遠，動手實踐是彌補這個距離的最佳方法?；赟TEM教育理念的小學機器人課程開發與實踐研究，從當代學生的生活特點出發，貼合學生生活實際，符合學生認知與探究規律。該研究緊跟時代步伐，針對傳統小學課程存在的不足而展開，是強調以前沿科學知識的運用和生活中的具體問題解決為取向的主題性課程開發研究。

【關鍵詞】STEM教育 機器人課程 人工智能 跨學科整合

一、研究試圖解決的主要問題

（一）知識教育多，動手實踐少

長期以來，我國普通的學科教育，較多的只是知識的教育，很少涉及動手實踐的技術教育。而“知道了”和“學會了”之間，其實還有“十萬八千里”的距離，動手實踐是彌補這個距離的最佳方法。在普通教育課程中，技術教育不僅不具有相對獨立的地位，而且它與學科教育的聯系也不甚密切。

（二）表面了解多，深入了解少

學校教學內容與實際生活結合得比較表面，導致學生對實際生活中科技的了解只停留在初級階段，對作用、原理等方面的認識仍是“知其然而不知其所以然”，缺乏深入了解。

（三）知識灌輸多，主動探究少

教育教學方面，教師的教學方式、方法需提升，使學生不是被動地接受學科知識，而是主動學習、探究，積極地探索身邊的科技，感受科技的魅力;少有學科可以把STEM（科學+技術+工程+數學）相互結合、相互融通;課程設置過于單一，不利于學生建構完整的生活、科技一體化的體系，公眾整體的科學素養也需提高。

二、研究核心概念的理解

（一）對STEM教育的理解

STEM教育是綜合融通的教育。它打破學科疆域，是學生通過對學科素養的綜合應用，解決學習、生活實際問題的教育，包容性和跨學科是STEM教育的與眾不同之處。

STEM教育是注重過程的教育。其關注的是：是否主動探究、思考，學習過程遇到了哪些阻礙，解決了哪些問題，學習過程得到了什么經驗和啟發……

（二）對機器人課程的理解

機器人課程是一門綜合程度極高的學科。學生們學習構建機器人，使用電腦編寫程序來控制自己搭建的機器人，用機器人進行數據采集，學習藍牙或遠程通信等技術。學生在設計中不斷測試和調整機器人，能夠理解機器人在真實世界中工作的各種原理。機器人教育要求學生在課堂上必須動腦、動手、動口。機器人課程綜合培養和鍛煉了學生的動手能力、語言溝通能力，提高了學生的協作和創造的能力。

（三）對“課程開發”的理解

基于STEM教育理念的小學機器人課程開發與實踐研究，緊跟時代步伐，針對傳統小學課程存在的不足而展開，是強調以前沿科學知識的運用和生活中的具體問題解決為取向的主題性課程開發研究。課程從當代學生的生活特點出發，貼合學生生活實際，符合學生認知與探究規律。

三、基于STEM教育理念的小學機器人課程開發與實踐研究

（一）提出“基于STEM教育理念的小學機器人課程開發”的核心理念：團隊協作、跨學科整合、解決真實問題

在研究中，為提升學生科技素養，我們明確提出“基于STEM教育理念的小學機器人課程開發與實踐研究”的核心理念是：“團隊協作”“解決真實問題”和“跨學科整合”。具體開發方案的目標為：1.通過課程的內容及學習方式的整合，著力于視野的拓展、知識的獲得、技能的掌握、能力的提升和創意的增強，實現課程價值的合理重建;2.通過課程把課外及校外生活融合，聚焦項目探究，實現課程內容的充分拓展;3.課堂通過真實情境的建構，以多學科和跨學科的視角，提供知識活化和整合的機會，實現探究、研討、體驗等學習方式的有效整合;4.從積極樂觀的態度、探究發現的意識、想象與創造的思維和思考與問題解決的能力、實踐與表達的能力、溝通與合作的能力等方面，構建課程的多元評價體系。我們依托課程基地建設，團隊成員經多輪的反復實踐與反思、多輪修改確立了智能機器人普及課程的校本化實施綱要及策略。

同時，學校面向三至六年級學生，基于基礎教育規律和學生身心發展需要，階梯式架構系列化“人工智能課程”的課程目標、內容層級及其教學體系，如：三年級的《智能機器人》（動手做）、四年級的《智能機器人》（動起來）、五年級軟硬件結合的《創意編程》、六年級的《一起學人工智能》。系列課程讓學生感受人工智能的魅力及其給生活和學習帶來的便捷，促進學生學習用人工智能解決學習、生活中的問題。

（二）分步建設了以“三個機器人實驗室”為主體的課程活動探究室

我們充分利用課程建設創造的條件，為了讓學生沉浸在科技氛圍中，給學生提供更多體驗、探究、合作、創新的平臺，共裝備了三個機器人實驗室：

技術體驗實驗室：機器人知識學習的活動場所。室內主要配置了結構件套裝、機器人套裝等主要設備。學生能在教師的有效引導下，自由發揮、創造制作，利用機器人套裝制作與日常生活密切相關的模型，以此鍛煉學生的邏輯思維能力、空間想象力和規劃實踐能力。

創客探究實驗室：我們立足信息課和學生社團，把教師、學生、學習資源、信息技術有機整合。學生利用創新思維把創意和信息技術知識與實踐相結合。我們通過軟、硬件的學習，幫助學生創造出有創意的作品。我們還跟美術教師合作，成立了3D打印筆社團。學校學生多次在市、區創客大賽中榮獲一等獎。

競賽實驗室：主要為社團參加機器人比賽的學生提供深入學習、訓練的場所。自2004年率先開展機器人社團活動，學校的科技教師和學生，經過多年學習、磨煉，取得了豐碩成果。學校每年都有多位學生榮獲省、市、區機器人比賽一等獎，有多名學生曾站上國家級比賽的領獎臺。

（三）初步構建了科學合理的多元評價體系

1.機器人學業質量標準： 在專家教師的指導下，我們與信息技術課標結合，嘗試利用信息技術學業質量標準來對學校三至六年級學生進行檢測摸底，逐步提升學生信息素養和計算思維能力。

2.注重過程，量化評價，不斷提高學生自我認識、自我反思的能力：依據量化評價表，我們對課堂的每個小組、每位同學在學習態度、責任擔當、學習互助、樂于分享、學會傾聽、學習效果、交流展示、合理評價、任務完成情況等九個方面進行量化積分，將評價落實在實踐過程之中，讓學生人人知曉每節課、每個任務、每堂課自己的“得失”之處，明確學習努力的方向，不斷提高學生自我認識、自我反思的能力。

3.少兒工程院的“小院士”選拔：每年，學校都將進行選拔小院士、小博士、小學士的活動。這是對那些在花小少年科學院中評價優秀、綜合能力強的學生頒發的一種榮譽稱號，旨在激勵錄取學生再接再厲，并為其他學生樹立學習榜樣，激發更多花小學生的科學夢和創造夢。學校每年向市、區“少年科學院”輸送優秀人才。

（四）推進課程引領，建構區域機器人教育發展生態圈

此外，我們積極推進課程引領，建構區域機器人教育發展生態圈。以創設學術交流、資源共享的平臺為重點開展工作，輻射聯盟校，并逐步向區域乃至全市開放。

承辦市區級機器人課堂教學研討活動，通過開設公開課、觀摩課來展示機器人教學探索的成果，發揮課程基地的輻射功能，提升學校機器人教育教學品牌價值;積極承辦高規格的機器人教練員培訓與競賽活動，引領整個教師隊伍專業技術水平的提升，為學生搭建展示的舞臺;積極參加各項科普展示活動，以擴大社會影響力。

四、課題研究的價值與社會效益

（一）研究價值

1.是機器人課程開發認識與理論上的創新，具有一定的認識價值和理論價值?！盎赟TEM教育理念的小學機器人課程開發與實踐研究”淡化知識體系，強化知識運用;從生活問題出發，注重探究，運用先進科學技術解決問題。

2.改變傳統的以知識點、動手操作為主要內容的課程建設教學模式。以主題式教學規劃課程，從問題出發，分析問題、解決問題，探索問題解決的最優模式，為機器人教育實踐提供一種借鑒，具有一定的實踐價值。

3.“基于STEM教育理念的小學機器人課程開發與實踐研究”是一種行動研究。旨在加強學校科技教育，促進教育質量的提升，促進學生科學、信息素養的全面提升，促進學校辦學質量提升。

（二）社會效益

1.轉變了學生的學習方式，促進了學生有深度的學習。學校學生是開展課題研究最大的受益者?；赟TEM教育理念的小學機器人課程開發與實踐研究，有效地促進了學生學習方式的變革，超越了單一的課堂教學，給了學生足夠自主的空間。學生通過探究發現、大膽質疑、調查研究、實驗論證、合作交流、社會參與，在觀察實驗中學習科學方法，在統計歸類中學習探求規律，在與他人交往交流中學習互相合作。學習方式的改變，更激發了學生自主學習的熱情，增強了學生的自信心，充分發展了學生的多元智力，激發了學生的潛能和創造力。

2.提高了教師業務能力和課堂教學品質。我們深知：課程實施與推進的關鍵是教師，他們決定著課程開發的未來。在課程實踐過程中，教師與專家、學生及家長等共同建構課程。在課程的推進實踐中，教師越來越關注課堂內部的活動及其實效，關注學生是否真的在學習，對問題能否予以整體、全面關注，鼓勵學生自己去發現，在師生互動中使學生獲得多方面的發展。教師相互之間也逐漸形成研討、協作的氛圍，促進不同學科背景、不同特長教師之間相互請教、尋求幫助。同時，跨學科的特點讓更多的教師自覺展開廣泛的繼續學習，提高課程實施的能力。

【參考文獻】

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