VEX機器人教育課程體系及其現實啟示

機器人教育作為STEM教育、人工智能教育和創客教育的重要內容和有效途徑，對培養和提高學生的綜合素質和核心素養具有重要意義。VEX機器人競賽作為開展機器人教育的平臺，由眾多團體和大學科研機構聯合設計開發了配套課程，強調機器人教育與STEM課程的整合，以工程問題為引領，應用多種教學方法、豐富的教學資源開展教學，注重學生綜合能力的培養。本文通過分析VEX機器人教育的課程設置與教學策略，提出對我國中小學開展機器人教育的一些具體途徑和措施。

一、VEX機器人教育的課程體系與教學模式

（一）VEX機器人教育課程的設計理念

VEX機器人教育課程注重通過工程設計激發和培養學生解決問題的能力，強調機器人教育與STEM教育的整合。機器人技術本身具有多學科整合的特性，在教學過程中，學生圍繞工程設計問題，在設計、搭建、編程和完善機器人的過程中，學習和探索STEM領域，特別是機械結構、傳動系統以及計算機編程等方面在解決實際問題時的應用能力，能夠有效提高學生的STEM素養。

（二）VEX IQ 機器人教育的課程體系

VEX IQ課程有12個模塊三個模塊類型：A-C模塊為基礎類，以學習基礎理論、控制和搭建機器人為主；D-H模塊工程和機械類，以學習和應用工程設計、機械原理和裝置為主；I-L模塊為編程類，以學習和應用傳感和編程的知識和技能為主。通過機器人的設計、搭建、編程和完善將各個課程模塊串聯在一起，前期以機械為主，后期側重機器人編程，并在學習過程中穿插實踐操作課程，各課程模塊內容如表1所示，實際操作過程中，每個課程模塊又具體分為多個課程單元。

（三）VEX機器人教學策略與模式

VEX機器人教育主要采用拋錨式教學策略，課程教學以工程設計問題為核心。在教學過程中，圍繞具體的工程問題串聯起機器人教育的相關知識，開展機器人教育教學活動。通過將“改變齒輪比”“提高代碼的效率”等復雜的工程概念與機器人競賽情境聯系起來，具有較強的可實踐操作性，不僅利于學生對知識的理解和應用，而且利于充分激發學生的創造力和積極性。在課程結束時需要完成機器人的設計和搭建，并分組進行模擬VEX機器人競賽。與傳統課程強調對學生對知識的建構相比，該課程可以有效提高學生的課堂參與度，充分激發學生的主動性和創造性，培養和鍛煉學生的動手操作和實踐能力。

課程主要采用PBL（Project Based Learning）教學模式。課程情境放置在機器人競賽背景下，學生通過小組合作探究的學習方式，基于機器人競賽的主題和項目，學習和探索機器人技術相關的STEM和計算機科學領域的知識和技能，并通過穿插在學習過程中的機器人設計和搭建項目，不斷優化工程設計問題，有效培養和鍛煉學生在團隊精神、批判思維、項目管理、合作交流、沖突解決等各方面的能力，充分激發學生的潛能。在具體的教學過程中，則靈活選用多種教學模式，對于理解性的基礎知識主要應用傳授型教學模式，機器人搭建和操作等部分則主要應用自主活動型教學模式，對于較高層次的編程教學等非必要教學內容則主要利用微課視頻，采用遠程學習、翻轉課堂、混合學習等模式。

VEX機器人教育課程運用了多種媒體和工具輔助課程的實施，除VEX機器人套件、ROBOTC等搭建和編程機器人所必需的工具和軟件外，課程設計團隊還將工程設計中常用的軟件和技術應用于機器人教學中。學生通過學習和應用計算機輔助設計軟件（CAD）進行機器人3D模型的設計，并利用3D打印技術將其應用于現實中，充分激發了學生的創造力。在機器人編程部分的課程中則主要利用RVW平臺，以及卡耐基梅隆大學機器人學院、VEX機器人公司等課程研發組織提供的微課視頻開展教學，打破了時間和空間的局限，還可以讓學生根據個性化的學習需要自行選擇相應的學習內容。

二、VEX機器人教育對我國機器人教育的啟示

（一）推廣教育類機器人競賽，在競賽背景下開展機器人教育

我國中小學機器人教育是在機器人競賽的推動下逐步發展起來的，中小學生參與機器人競賽多以競賽為導向，即以培養學生參加機器人競賽所需的知識和技能為主要教學任務，以使學生在機器人競賽中取得良好成績為教學目標。國外中小學則以機器人教育為導向，多將教育類機器人競賽作為開展機器人教育的平臺，利用其競賽的背景和各類教育資源，服務于機器人教育，推動機器人教育的發展普及。教育類機器人競賽已發展較為完善，在機器人競賽背景下開展機器人教育有利于增加參賽學生的自我效能感，增強參賽學生的團隊協作能力，激發學生的積極性激勵學生挑戰極限等。

（二）轉變機器人教育理念，促進學生跨學科應用能力和核心素養的發展

我國基礎教育課程強調學科本位、缺乏學科整合的意識，且在教學過程中重理論輕實踐。中小學教師在開展機器人教育時，教育理念多受自身知識儲備和傳統課程的影響，集中在計算機編程、機械原理等某一領域，重視對學生基礎知識的教授，缺乏對學生應用能力的培養，不能在宏觀上培養學生的綜合素質和核心素養。機器人教育的內容具有多學科交叉的特點，且注重考察學生的綜合素質。國外中小學大多將機器人教育作為學科整合教育的途徑，培養學生STEM素養和解決問題的能力，并通過開展機器人教育推動學生綜合素質的提高。因此，應該充分認識到機器人教育促進學生跨學科應用能力發展的教育價值，將機器人教育作為工具和手段，培養學生的跨學科應用能力及綜合素質，實現與中小學生核心素養相適應的教育目標。

（三）組建課程開發團隊，完善機器人教育課程資源庫

我國的機器人教育課程資源多為中小學自行開發的校本課程和課外興趣輔導機構所推出的課程產品，課程資源的科學性、系統性得不到保證，且由于開發成本較高，多參考國外的課程資料，不能同我國中小學的實際情況相符合。國外中小學的機器人教育課程資源多與高校和課程研發組織共同設計開發，其課程資源較為系統、科學和豐富，并為教師開展中小學機器人教育提供了指導和幫助，能夠與大學的相關專業和課程有效銜接。因此，集合高校專家、培訓機構及中小學教師的力量，組建課程開發團隊，設計開發科學系統的課程及必要資源，建立適用于多種教學媒體的優質課程資源庫，為中小學開展機器人教育提供優質的課程資源，并根據教學實踐的反饋和技術的發展不斷更新和完善，將在很大程度上提高我國中小學機器人教育的在“質”和“量”上的提高。

（四）建立模塊化的機器人教育課程體系

我國機器人教育未被獨立納入到中小學中，在各學段中均作為其他學科課程中的一個模塊，缺乏完整的課程體系。有待于在宏觀層面規劃各學段機器人教育，建立相應的模塊化課程體系，融入到中小學的學生培養中，促進中小學生核心素養的提高。

（五）靈活選擇機器人教育的教學模式，充分利用多種教學媒體

中小學機器人教育強調問題或項目導向，對具體的教學模式和教學方法的選用關注較少。在教學媒體的應用上，多采用傳統的課本、課件等教學媒體，微課等的應用較少；多采用實體機器人，教學的成本較高，許多中小學不具備大量引進實體機器人開展機器人普及教育的條件。機器人教育強調對學生工程設計能力、動手實踐能力、創新能力等多方面綜合素質的培養，在教學過程中很難使用某一種教學模式或教學方法。

（六）開展機器人教育師資認證，建設專業教師隊伍

國外中小學機器人教育的教師多由大學相關專業的畢業生及通過在職培訓的教師擔任，并由卡耐基梅隆大學等高校和社會組織對從事中小學機器人教育的工作者提供專業系統的培訓和師資認證，保證了師資隊伍的專業性。目前，我國已有85所本科院校先后開設了機器人工程專業，在此基礎上建立了機器人教育師范類專業，為中小學開展機器人教育培養專職教師，同時建立了我國機器人教育師資認證制度，并為在職教師提供系統的培訓，將為我國中小學機器人教育提供專業化的師資保證。

（七）建立中小學機器人教育評價體系，引導其規范化科學化發展

于2015年推出的“全國青少年機器人技術等級考試標準”，適用于對青少年機器人綜合技術素養的考評，對我國開展青少年科技教育與科普教育有著重要的指導意義。將來應建立更加健全的中小學機器人教育評價體系，以引導中小學機器人教育規范化科學化發展。