中小學機器人教育現狀研究

李春艷

（河北科技師范學院，河北 秦皇島 066004）

一、中小學機器人教育的重要性

隨著計算機網絡、人工智能等技術的不斷發展，機器人教育逐漸成為社會各界關注的重點，并且也走進了中小學校。2017 年，教育部印發《中小學生綜合實踐活動課程指導綱要》明確規定：從小學三年級開始要在綜合實踐活動課程中開設包括趣味編程入門、開源機器人初步體驗等在內的計算機教育課程。所謂機器人教育，是指以機器人的相關知識和技能為教學內容而開展的教學活動。機器人教育需要在“做”中“學”，以有效培養學生的動手能力和實踐能力。完成機器人需要從設計到組裝、從編程到調試，這一過程有助于提高學生分析問題、解決問題的能力和創新能力。機器人教育一般采用小組合作形式，成員之間密切配合，通過討論和反復嘗試，合作解決問題，這個過程可以提高學生的團隊協作能力。因此，機器人教育對于提升學生的綜合素養具有重要意義。

二、中小學機器人教育的現狀

（一）教學目標方面

目標是人們對活動結果的一種設想，教學目標對教學活動有著重要的引導、激勵和評價作用。從教學目標定位角度來看，多數教師認可機器人教育可以提高學生的動手能力、解決問題的能力、合作和交流能力、創新能力，部分教師還認可機器人教育可培養學生的計算思維能力。由此可以看出，大多數教師已認識到機器人教育的價值和目標，但對于教學目標達成度來說，調查結果表明：動手能力、合作交流能力培養維度的目標達成度較高，解決問題能力和計算思維能力培養兩個維度的目標達成度為50%，而創新能力培養的目標達成度較低。由此可以看出，雖然大多數教師已認識到機器人教育的價值和目標，但各維度的目標達成度差異較大，這和教師采用的教學方法、教學評價有一定的關系。

（二）教學內容方面

教學內容是實現教學目標、培養人才的基本保證。對于教師來說，教學內容的具體載體是課程標準和教材。伹調查發現，所有教師都沒有機器人教育的課程標準，而在教材方面，一部分教師使用的教材是自己從網絡平臺上挑選購買的，具有較強的主觀性和隨意性；一部分教師在教學中只使用機器人搭建的使用說明書。與此同時，教師對于書籍和使用說明書中的內容，多數是直接照搬，沒有進行二次加工，未針對不同年齡段的學習對象進行內容上的設計，導致了教學內容與學生認知發展不相符，以及與學生日常生活聯系不緊密等問題。在具體的內容設置上，大部分教師都是圍繞熟悉機器人硬件、掌握機器人編程、機器人實例制作這三個模塊進行教學，而對機器人基礎知識的普及、機器人運動原理涉及較少。教材是教師在傳授知識時的重要參考，對機器人教育有著至關重要的作用，所以，在中小學普及機器人教育，教材是急需解決的首要問題。

（三）教學方法方面

在進行機器人教學中，大多數教師基本采用講練結合法和任務驅動法。講練結合法主要是教師在講解演示制作步驟之后，由學生完成預定機器人的制作；任務驅動法主要是模仿和再現一些科技作品。由于機器人教育是以學生動手操作為主，上述兩種方法可為學生實踐提供機會，但也存在重模仿輕創造、重基礎輕設計的問題，不能更好地培養學生的計算思維能力，讓機器人教育變成簡單的技能操作，從而讓創新能力的培養流于表面，這也是導致機器人教學目標達成度不高的原因之一。當前，項目教學法被很多教師運用到機器人教育中，因為其需要學生合作設計、構造、編寫程序來操控機器人作品，但在筆者的調查中發現，還有部分教師尚未采用項目教學法，主要原因是教師對自己獨立完成機器人作品的不確定以及項目教學法使用不熟練。

（四）教學組織形式方面

機器人教育主要有兩種形式：一是常規課堂，將機器人作為獨立課程或作為信息技術課、綜合實踐課的組成部分；二是社團活動，從學校中挑選出部分學生，組成機器人社團，每周組織一至兩次社團活動課，以機器人競賽為主。通過調查發現，幾乎所有學校機器人教育的開展都是以社團形式進行的，常規課堂中機器人教育所占比例較少，主要原因是機器人設備短缺和師資力量不足。

（五）教學評價方面

評價是為了更好地促進教與學。過程性評價是在教學過程中進行的，可以調節教學活動。調查發現，機器人教育的過程性評價主要依靠的是課堂提問，不注重其他過程性評價方式?？偨Y性評價可以檢驗學生是否達到了教學目標的要求，大多數教師都以獲獎情況、獲獎級別、獲獎等級作為評價標準，也有部分教師會對機器人成品進行評價，但沒有評價標準，只憑教師的主觀標準來確定作品的等級。

三、提升中小學機器人教育效果的建議

（一）因地制宜，靈活選用機器人硬件

從表面上看，無法普及和發展機器人教育的原因之一是機器人設備的缺乏。但隨著機器人產品的不斷豐富，一些機器人品牌的價格已經有所下降。對于經濟條件較好的學校來說，可以根據自己學校特色選擇相應的機器人硬件；對于經費不夠充裕的學校來說，開源機器人Arduino 是較好的選擇，價格便宜，且無需建設專門的機器人實驗室，利用現有機房即可。

（二）加強機器人師資隊伍的培養

師資力量是制約機器人教育發展的關鍵因素，因此，普及推廣機器人教育，需提升一線教師的專業素養。教師要具備一定的教育教學知識與能力，能夠操作示范，明確其中的原理與思維方式，最重要的是要具備一定的創新精神和創新能力。具體來說，可從以下幾個方面著手培養教師的專業素養：一是加強相關專業師范生的培養。一些師范院校中的教育技術、信息技術、科學教師專業須將機器人課程納入培養方案，課程評價注重實操和創新能力，同時在教育見習、實習和研習活動中，為學生提供觀摩真實中小學機器人教學課堂的機會，儲備經驗。二是要通過定期培訓來培養在職教師機器人教學能力，學?？蓮男Ｍ馄刚垯C器人領域的專業人員和專業教師進校做講座報告，也可以派教師前往一些機器人教育開展得好的地區、學校參觀學習。三是引進師資，組建機器人教師教研共同體。學?？梢砸M校外機器人教育機構的培訓教師、高校教師、高校相關專業師范生進入中小學課堂，讓中小學教師與校外機構教師、高校教師、高校師范生進行深度交流，共同教研，組成教師學習共同體，這樣既可解決機器人教師缺乏的問題，又可促進機器人教師整體水平的提升。

（三）合力開發機器人教材

在中小學，普及機器人教育，教材是急需解決的問題，因此，要積極開發地方或校本教材?？梢越梃b“產政學合作”的經驗，即政府、企業、學校三方加強合作開發機器人教材，政府負責統籌，教育機器人公司人員、中小學機器人教師、高校教育類教師和機器人相關專業教師共同參與課程設計，開發出符合中小學生的機器人教育內容，使教材真正滿足教與學的需要。在編制教材時應根據不同年齡階段學生的心理和認知發展規律，內容要貼近學生生活實際，并且學段之間要銜接順暢。

（四）構建機器人教育評價標準

過程性評價注重對學生在機器人課程學習過程中做出評價，除口頭提問之外，也可以采用學生反思單、作品進度匯報、個人評價表等方式來進行過程性進度匯報。無論是學習反思單、個人評價表，還是作品評價，都要制定詳細、可操作的評價標準，也可以讓學生參與評價標準的制定。評價標準維度的確定，要以教學目標的維度為依據，既要考查學生的動手能力、合作溝通能力，又要考查學生的創新能力。從評價主體方面來看，既要有教師評價，又要增加自評和小組互評。

（五）靈活選擇教學方法

教師應當充分考慮學生特征，靈活選擇教學方法。如果學生是剛開始接觸機器人，教師可以適當地使用講練結合的方式，如果學生已經對機器人的基本操作有一定的了解，教師則需弱化自己在機器人教學中的地位，要突出學生的主體地位，可以使用項目教學等方法，培養學生問題解決能力和思維創造能力。隨著信息技術與教育教學的深度融合，教師可以充分利用網絡學習資源，如微課、翻轉課堂等，把基礎知識的學習和掌握放在課堂之外，課堂上給學生預留出動手實踐、自主發展的時間，更好地完成課堂任務。