STEAM理念下中小學機器人教育的策略

戈文洋

摘要：隨著電子信息技術的發展，智能技術的推廣，智能機器人教育已走進教育，走入課堂。基于此背景，主要探究了STEAM教育理念下中小學機器人教育的策略，力爭做到創新、創造，最大程度的拓展學生思維，增強學生動手實踐能力，激發學生的創新思維。

關鍵詞：STEAM;機器人教育;教學方式

1.研究背景

近十幾年，我國機器人產業發展迅猛。基礎教育領域的機器人教育，是當今中小學生為智能機器人時代的到來做準備的，智能機器人時代是屬于他們的。2017年教育部印發了《中小學生綜合實踐活動課程指導綱要》的通知，提出機器人教育將進入中小學成為必修課程，由此可見我國對機器人教育的重視程度。

STEAM教育是美國格雷特·亞克門（Georgette Yakman）教授提出，2014年引入中國。STEAM教育的目的就是為了在教育改革中，打破學科邊界，培養學生的綜合科學素養。同時也要求任課教師注重跨學科融合，教學過程中注重本專業知識與多學科知識的相同、相通點，拓展自身的知識面。STEAM教育旨在培養學生的綜合科學素養，其教學過程關注的不是學生學習的結果，而是學生在創作過程中的探索精神、創新力以及解決問題能力。

2.中小學機器人教育存在的問題

目前在中小學機器人教育教學中，任課教師的專業知識強，但知識結構過于單一。平時教學中，信息技術老師在授課時偏重自己所熟知的程序，但對機器人搭建過程中所需要的力學知識、機械傳動結構涉及不多，以致學生不能很好地讓機器人結構和程序結合起來，完成更復雜的任務，機器人的學習也留于表面。

在中小學機器人教育教學中，老師和學生都過分注重競賽本身，強調任務的完成性，而忽視了學生在實踐創作過程中創新能力的培養。而中小學機器人教育教學內容多以興趣為主，教學目標不強，教學設計不夠嚴謹，課堂評價不夠完善，學生對機器人的學習不夠全面、系統，學生單純是為了學而學，與實際生活的聯合性不強。

3.中小學機器人教育的策略

3.1重整課堂改變學習過程

課堂上改變原來注重機器人結構穩定、編程原理而忽視機器人結構個性化、實用性、美觀性的學習過程。學習某一項目前，先聯系生活中的場景，以圖片或視頻的方式把項目與生活、藝術充分結合起來。再介紹這一項目所用到的模塊外觀及使用方法，同時把該物品的多樣性以圖片或視頻展示，打開學生思路，避免其談到某一物品時的定式思維;此外在學習過程中給學生足夠的獨立思考空間，搭建外觀前先設計再動手，降低學生的模仿程度，提高學生的創新能力，為孩子創作出具有個性化的機器人奠定基礎。

比如在學習《智能小車》這一項目時，學習過程分為四部分：

聯系：教師先引導孩子聯系生活中的小車，感受生活中小車的樣子，說說生活中小車的功能，再引出這節課的挑戰任務---機器人小車。

建構：教師用實物讓學生了解大型電機模塊的外觀和功能，介紹軟件中“移動轉向”或“移動槽”編程模塊的使用方法;接著以視頻的方式給孩子觀看這一模塊在機器人小車中的應用;再以圖片的方式讓孩子觀看機器人小車模型;最后布置挑戰任務：讓孩子拋棄小車搭建圖，根據多樣化的機器人模型畫出自己的機器人設計簡圖，搭建一個可以前進、后退的機器人小車。

反思：任務完成后，教師引導學生思考：有的機器人移動軌跡不是直線，可能是哪些原因造成的？用“時間”、“角度”以及“圈數”控制機器人停止移動，這三種方式有什么不同？各有什么特點？

延續：嘗試設計移動速度更快的機器人;挑戰實現“定點停車”，為機器人編寫新的程序，讓其實現準確的定點停車。

學習過程和生活實際相連，不僅能引導學生在建構模型時生活化，還能引導學生在建構模型時反思生活中的小車為什么是這樣的，其不同的外觀下有著什么樣的原理。我們的小車要想走直線需要在制作過程中注意哪些，不能按照預期方式行走的原因又是什么？在模擬的生活情境中動手實踐，不斷反思，為創作出個性化兼具實用性和藝術性的機器人小車奠定基礎。

3.2重整課堂優化課堂評價

課堂評價是激勵學生持續學習，保持興趣的法寶，它是引導課堂走向的方向標。為引導學生創作出個性化作品，評價方式主要分以下三種：

小組自評。小組成員在完成本節課模型的搭建及實驗后先向其他小組介紹、評價自己的作品，講述本組作品的設計理念及具體功能，并根據本組情況確定等次。老師記錄自評評價等次。

小組互評。分小組介紹完自己的作品后，各小組根據作品的實用性及美觀性對其他小組的作品做出客觀性評價。老師記錄他評評價等次。

教師評價。根據作品是否方便使用、是否具有創意和美觀等給每組做出客觀評價。標準為：作品完成后的執行情況占60%，創意和美觀占40%。

三種評價結束，老師根據小組、自評及師評三種評價之后，選出最佳創意獎、最佳作品獎、最佳解說獎等，鼓勵學生全面發展。

和之前的學習評價相比，將機器人造型的個性、實用性、美觀度作為一項評價，加入課堂評價表，激發學生在美術及造型方面的想象力，鼓勵孩子們做出形態各異的機器人。為學生做出個性化作品提供評價支持。

3.3融合STEAM教學理念，改進教學方式

在中小學機器人教育教學中，學習STEAM創意科學課程教學模式，采用開放式合作探究的方式進行教學。學習某一項目前先引導學生聯系生活，理解其概念及原理，然后采用合作探究的方式讓學生動手實踐，建構自己的作品，再通過小組間的交流評價，檢驗小組作品，同時也交流思想。學生結合交流評價環節收到的有益建議，以及學習到的有創意的機器人建構方法及編程程序代碼，再次改進自己的作品。作品定稿之后，開展以小組為單位的趣味性小評比，比如：作品完整度、美觀度、創新性等，評出最佳創意小組、最佳藝術小組、最佳解說小組等。

教學方式從 “我講你聽” 這種單一的知識傳授方式，改變為聯系、建構、反思和延續為一體的教學模式，在知識的獲取方式上，更加強調學生的自主學習，突出學生在學習中的主體地位。

3.4學習任務來源于生活，完善教學內容

在學習任務的布置上做出改變，將原來學習任務多以機器人為主進行調整，在教學任務中加入學生日常生活中常見的物品，降低學習任務的難度，也讓學生有足夠的知識基礎加入任務的創作，同時，也為知識遷移做出鋪墊。

4.結束語

STEAM教育理念下開展中小學機器人教育，實現了多學科融合，共同教研，打破了課程與課程之間的壁壘，更新了教師原有的教學觀念，拓寬了教師的知識面及知識儲備。STEAM教育理念下開展中小學機器人教育，不再僅僅以興趣為主，而是鼓勵學生運用已學到的技術、科學、美術、工程等知識去解決生活中的實際問題，把課程與生活緊密結合起來。

參考文獻

[1]李欣.基于STEAM教育理念的小學機器人教育校本教材開發與實踐研究[D].河北師范大學，2021.

[2]談珂艷.Y市C初中機器人教育個案研究[D].揚州大學，2021.

[3]黎海瑤.中小學創客機器人教育師資建設問題與對策——以株洲地區為例[J].實驗教學與儀器，2020，37（11）：69-71.

[4]白立廣.大連地區義務教育階段機器人教育發展述評[J].中國教育信息化，2020（19）：60-63.

[5]郭壽穩.機器人教育在中小學教育中的作用[J].中小學電教（教學），2020（09）：53-54.