應對現階段機器人普及性校本課程不足的策略

王志虎

摘?要：以河北省省內的調研為基礎，分析現階段機器人普及性校本課程的現狀和不足，由此嘗試性提出應對策略——集合跨校師資開發分級化機器人普及性校本課程，并借助互聯網，實現針對課程的跨區域在線教研，以指導接下來的工作實踐。

關鍵詞：機器人；課程開發；普及性校本課程；跨區域；分級化

中圖分類號：G632? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1009-010X（2022）29-0057-04

近幾年，機器人實驗室、創客空間在河北省各中小學紛紛落成，同時省市縣三級各類機器人競賽開展得也如火如荼，由此可見，社會、家庭、師生對機器人教育的關注度越來越高，機器人教學裝備的配置與普及也受到了很大的重視。

機器人教育可以說是近十年來教育界悄然興起的一個“現象級”重要分支。但機器人教育不是少數學生的福利，而應服務于大多數學生，所以機器人教育普及性校本課程的研發、開設和教研都是非常有意義的。根據對河北省各地幾十所學校的走訪、調研，并與來自全省各地的幾百名輔導教師進行深入交流，以及多年組織省級競賽的經歷，從全省現階段機器人課程的開設情況來看，我們能夠切實感受到全省的機器人教育尤其是普及性教育仍存在著一些問題與不足，其總結起來可歸納為“兩多三少”。下面就這些問題與不足筆者進行深入剖析，并提出應對策略，以期能指導當前與下一階段的工作實踐。

一、現階段機器人普及性校本課程的不足

第一個“多”：多數學校在開展機器人教學時是以競賽為核心的。在過去的十多年里，各級各類機器人競賽從無到有、從弱到強，參與人數逐年遞增，規模越來越大，社會影響力也不斷提升。以場地任務類比賽為例，選手搭建的機器人要在場地內完成一系列任務，然后以完成任務的數量、難度和所用時間作為考核指標來計分，最終以分數排名。這一類比賽一般需要配備一張“場地圖”和配套的“場地任務模型”，因此很多學校在教學中直接借用了這些比賽場地，并利用比賽規則和比賽任務說明，圍繞某個具體的場地和賽項開展課堂教學，即將課程與備賽合二為一，這種授課方式的課程設計成本較低，出成績快。

但這種以競賽項目為核心的教學方式存在兩個缺陷：第一，不適合大班教學。一套“場地圖”最多可以容納5名學生，如果再增加使用者，就會相互影響，所以不適合普及性教學。第二，獲取的知識過于片面，目標單一。競賽項目只能考核參賽選手某一方面或某一領域的知識，比如有些學生從始至終一直在制作“車型機器人”。

第二個“多”：多數機器人課程采用社團活動的形式。全省各地的機器人課程多以社團活動的形式開展，具體的組織方式各異，效果良莠不齊。從時間上看，有利用大課間的，有利用午休時間的，也有利用放學時間的。從形式上看，有完全放開自由活動的，有以比賽場地為核心準備比賽的，有利用學習資料和教具進行自主探究的，也有教師進行定期或不定期指導的。

社團活動這種形式，自由度高，比較適合機器人活動的開展，有利于培養學生的自主探究能力和創新能力。但如果管理不到位，也會存在一些問題和亂象，比如第一，各種五金工具、電器設備潛藏著安全隱患；第二，未加管理的上網設備可能會成為部分學生的消遣工具；第三，學生活動雖場面熱鬧，但缺乏系統學習。所以，社團活動雖是好的，但對于機器人普及性教育，其還不能替代課堂教學。

第一個“少”：很少開設普及性課程。課程建設是推動創客教育的必經之路。通過走訪調研，我們發現大多數學校是以類似“興趣小組”的形式在組織相關活動的，這種小組覆蓋的人數很有限，參與的學生數量多則幾十人，少則幾個人。從調研結果看，很少有學校開設普及性（覆蓋人數多）機器人課程，其原因是多方面的，除了財力以外，一個很重要的原因就是沒有可以直接使用的適合本校的成套課程。

第二個“少”：很少有配套的機器人普及性校本課程體系。經調研發現，長期以來，在開設機器人課程的學校中，只有很少一部分教師在教學中使用成系列的課件、教材等，即教學資料多零散、隨意、不易重復使用。造成這種現象的原因有三：第一，技術資料雖容易得到，但可以直接應用于課堂教學的卻很少；第二，網絡上的一些課程，或收費，或不全，或設有限制，或不適應學情而無法落地，當然也有付費后仍不理想的；第三，由教師單獨開發系統性課程難度過大。所以有部分教師表示，很樂意參與到統一組織的課程開發團隊中。

第三個“少”：缺乏開設機器人普及性課程的師資力量。

機器人教師來自各個學科，因此其專業化成長一般靠自學。同時其作為一個小群體，既沒有學科標準指導，又缺乏有組織的教研活動，這在客觀上抑制了其師資力量的成長和壯大。

二、在實踐中探索應對策略

上文分析的“兩多三少”現象，從本質上反映了河北省機器人普及性課程存在的問題與不足。為了推進河北省在機器人普及性課程上的發展，下面筆者以課堂開發為主線，有針對性地提出了一套應對策略。

通過對一線機器人教師進行走訪、調研，得知很多教師對開設機器人普及性校本課程很感興趣，并有意向參與到課程開發團隊中。對此河北省教育技術中心因勢利導，很快成立了實驗性機器人普及性校本課程研發團隊，并在幾次教研之后，確定了用“三階段、一實踐”的方式開展課程開發工作。

在本次課程開發中，特別強調“溝通”的重要性，因為課程開發組來自省內的不同地市，跨區域過高的溝通成本，再加上低效率的溝通方式會導致項目拖延，甚至無法完成，所以團隊很早就意識到“有效溝通”是促成“分工合作”成功的關鍵。課程開發組選擇的溝通工具是釘釘。

這里所說的“三階段”是指在互聯網有效溝通的支持下進行課程開發的三個主要階段。其最終目標是設計出一套相對完整的課程，包括課件和簡易教材，同時課程中的每一個章節都要樣式統一，以確保質量。

普及性課程初步成形之后，將進入推廣階段。課堂實踐是檢驗課程開發效果的最佳手段，在這個階段我們將會邀請開發組以外的教師加入對課程的測試工作。

（一）收集與分解階段

這一階段耗時一個月。在這一階段，全體人員被分為兩組：查閱收集組、課程分解組。

查閱收集組首先要建立資料庫共享文件夾，在文件夾中保存FTP服務器，并由查閱收集組的一位成員進行日常管理及備份工作。然后在庫中進行簡單分類，形成分類子文件夾。在初期一般將其分為5個子文件夾，并分別命名為：機械傳動、電動機動力、編程與控制、車型機器人、場地任務。隨后開始大量收集現有資料，并源源不斷地將資料入庫。因為課程開發組成員都是有5年以上機器人教學經驗的教師，他們對資料的敏感度很高，所以在短時間內就能收集到100GB以上的資料。

于此同時，課程分解組開始對文件進行分類。他們將資料庫中的分類子文件夾進一步分解為更多的子文件夾，然后再將已有資料分解放入這些新的子文件夾中。在此過程中我們通過一張列表，確定同一時間只有一名教師在分解某一文件夾中的內容。如此一段時間后，原有的5個子文件夾被分解為百余個新子文件夾，文件夾名稱有齒輪垂直傳動、鉸鏈四桿機構、觸碰傳感器應用、利用光電傳感器避障、單光巡線等。

這一階段的溝通包括組內溝通與組間溝通兩種形式。組內溝通主要是為了避免做過多的無用功，而組間溝通則一般發生在課程分解組對查閱收集組的提示中，比如要求后者停止對某類資料進行過度收集，再比如對新建類型進行說明等。在一個月內，僅各種視頻會議就發起了十余次。

（二）確定課程樣態

資料的收集可以一直進行下去，但沒有必要。當分類子文件夾達到一百多個之后，收集與分解階段結束。

在第一段結束之后，課程開發組通過視頻會議進行一次在線教研，主要為了確定三件事情：一是確定刪除或合并哪些分類文件夾；二是確定留下的文件夾是否有資料不足的情況，并確定由誰來補足；三是確定文件夾在知識邏輯中的排序。最后，留下45個文件夾，其中30個側重“機械與電動”，15個側重“程序控制”。

一周后，課程開發組進行第二次在線教研，這次教研會成果如下：

1.將課程分為兩大部分，分別是“機器人機械學習”和“機器人圖形化編程”。

2.將“機器人機械學習”劃分為30個章節，“機器人圖形化編程”劃分為20個章節（在原有15個側重程序控制分類文件夾的基礎上加入了5個實訓章節）。

3.將課程定位為“任務驅動式”而不是“功能驅動式”，這符合新課程的理念。即課程應該注重學生在學習過程中的創造、合作、探究與分享，并契合學生富有好奇心和創造力的天性。同時每一個章節還都要使用具體的任務來承載這一章節的知識分類。比如“摩擦力”這個知識，可以應用制作一輛在桌子邊能夠自動剎車的小車模型這一任務實例來承載，而這個任務實例同時還應用到了“重力”這個概念，即這個章節通過制作這輛自動剎車的小車來學習兩種力，該章節可以命名為“懸崖勒馬”。

4.將“機器人機械學習”30個章節的任務實例確定下來，章節命名如表1所示。

5.將“機器人圖形化編程”20個章節的任務實例確定下來，章節命名如表2所示。

6.確定課程開發組使用的器材。器材的選擇標準有三個：一是價格便宜；二是有代表性；三是結實耐用。“有代表性”的意思是雖然課程開發利用了一套器材，但課程并不依賴這套器材而存在，課程內容可以輕松應用于大多數器材。

（三）素材制作與課程包制作階段

在這一階段，全體人員被分為兩組，分別是素材制作組、課程包制作組。在這一階段啟動前，課程開發組先進行一次在線教研，教研成果是進一步將課程提升為分級化課程。

通過前一階段的調研，課程開發組一致認為，普及性課程應以分級化課程為佳。因為作為校本課程，其在進行課程設計時，不能確定最終使用的學段和年級，也不能確定使用這套課程的學校設置的課時數。所以如果能將課程設置為分級化課程，就能使課程具有一定的“自適應”能力，如此可以更好地服務于各學段和層次的學生。

首先，課程開發組將整個課程系統確定為兩大級：機器人機械學習分級課程（30節）、機器人圖形化編程分級課程（20節）。機器人機械學習分級課程的每一節可再分為三級內容，分別是基本任務、理論拓展、理論拓展練習，如此可適應小學和初中兩個學段。機器人圖形化編程分級課程也可再分為兩級內容，分別是常規任務課系列、拓展活動課系列。其中常規任務課系列的每一節可再細分為兩級內容，即基本任務、拓展學習任務。拓展活動課系列（實訓章節）模擬了機器人比賽的場景，因此每一節可以對應若干課時。整個課程共50個章節，指導教師可依據學情與課程內容，分級自行設計課程進度與課時量。

在這個階段，素材制作組主要負責制作各種素材，如拍攝照片、制作圖表、拍攝視頻、剪輯視頻、制作程序（與截圖）等。

課程包制作組將素材制作組提供的素材制作成課件PPT與教材。這個制作過程，具體可分為四個階段：第一階段，組員根據分工，熟練掌握相關章節中出現的知識與技能，以為下一步編寫做好技術準備；第二階段，由組長制作一節樣張，然后經全組討論確定最終的PPT模板，以及教材撰寫體例；第三階段，分頭編寫所屬章節，并同步制作對應的課件包；第四階段，統稿、修正、互相檢查、定稿。

（四）課堂實踐與反饋改版

與第三階段同時進行的是課堂實踐與反饋改版環節。課堂實踐簡單說就是試講，作為檢驗新開發課程的手段，試講可分為“內測”與“外測”兩種形式。內測是指課程開發組內部的教師在自己的課堂上進行試講，即試講教師首先依據開發好的課程包進行教學設計，然后按教學設計上一節組內的在線公開課，下課后進行教學反思，由組內教師進行評課；外測則是邀請課程開發組以外的教師加入對課程的測試工作，并提供課程反饋。內測、外測取得的寶貴數據都將用于課程的改版與提升。

以上就是針對河北省機器人普及性校本課程存在的問題與不足提出并實施的“三階段、一實踐”策略，現在相關工作還在進行中，取得的初步成果證明方向是對的，成果是可推廣的。下一步，課程開發組將繼續按計劃完成全部課程的開發，并實踐、推廣至更大的范圍。