依托機(jī)器人校本課程創(chuàng)新教學(xué)模式

〔摘" "要〕" 本文著眼于科技進(jìn)步與教育理念革新背景下，機(jī)器人教育在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的重要意義，深入探討如何借助機(jī)器人校本課程有效創(chuàng)新小學(xué)科學(xué)教學(xué)模式，旨在提升教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣與創(chuàng)新實(shí)踐能力。

〔關(guān)鍵詞〕" 小學(xué)科學(xué)；機(jī)器人校本課程；教學(xué)模式；創(chuàng)新

〔中圖分類號(hào)〕" G424" " " " " " " " 〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕" A" " " " "〔文章編號(hào)〕" 1674-6317" " （2025）" 10" " 020-022

一、研究背景與目的

機(jī)器人教育作為培育學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的前沿陣地，備受矚目。我校立足教育創(chuàng)新前沿，于2013年率先在小學(xué)四年級(jí)科學(xué)課程體系中設(shè)置了16課時(shí)，引入極具創(chuàng)新性的"Lego"Mindstorms"樂高機(jī)器人器材，開設(shè)機(jī)器人校本課程，為傳統(tǒng)科學(xué)教學(xué)注入全新活力。

本課程旨在對(duì)小學(xué)四年級(jí)學(xué)生進(jìn)行機(jī)器人基礎(chǔ)教育的普及，通過學(xué)習(xí)使同學(xué)們?cè)谕嬷袑W(xué)到建筑、機(jī)械、自動(dòng)化、數(shù)學(xué)、物理等科學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)他們動(dòng)腦動(dòng)手和獨(dú)立思考、解決問題的技能，不斷發(fā)展學(xué)生的觀察力、想象力和創(chuàng)新能力。

二、教學(xué)目標(biāo)

機(jī)器人校本課程的教學(xué)目標(biāo)，即培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、動(dòng)手實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)合作精神。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)豐富多彩的教學(xué)內(nèi)容，如機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)、編程技能、結(jié)構(gòu)搭建等，確保學(xué)生在掌握科學(xué)知識(shí)的同時(shí)，助力本校四年級(jí)學(xué)生在科學(xué)探索、技術(shù)實(shí)踐、團(tuán)隊(duì)協(xié)作等多方面實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，為其終身學(xué)習(xí)奠基。

知識(shí)與技能目標(biāo)。讓學(xué)生了解樂高機(jī)器人的基本組件、搭建原理及編程環(huán)境，掌握基礎(chǔ)的機(jī)械結(jié)構(gòu)搭建技巧，如齒輪傳動(dòng)、皮帶傳動(dòng)等，能夠獨(dú)立搭建簡(jiǎn)單的機(jī)器人模型，學(xué)會(huì)使用圖形化編程軟件對(duì)機(jī)器人進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)、轉(zhuǎn)彎、避障、巡線等基本動(dòng)作控制。

過程與方法目標(biāo)。通過小組合作搭建與編程項(xiàng)目，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、溝通能力與問題解決能力。讓學(xué)生經(jīng)歷從設(shè)計(jì)構(gòu)思到動(dòng)手實(shí)踐再到優(yōu)化改進(jìn)的完整項(xiàng)目流程，提升學(xué)生的工程思維與創(chuàng)新思維。

情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)。激發(fā)學(xué)生對(duì)科技領(lǐng)域的興趣，培養(yǎng)學(xué)生勇于探索、敢于創(chuàng)新的精神，讓學(xué)生在完成項(xiàng)目任務(wù)中獲得成就感，增強(qiáng)自信心，提升對(duì)學(xué)習(xí)的熱情。

三、機(jī)器人校本課程與四年級(jí)科學(xué)教學(xué)的關(guān)聯(lián)

（一）知識(shí)體系的互補(bǔ)性

小學(xué)四年級(jí)科學(xué)課程涵蓋了物質(zhì)科學(xué)、生命科學(xué)、地球與宇宙科學(xué)等基礎(chǔ)知識(shí)領(lǐng)域，注重培養(yǎng)學(xué)生對(duì)自然現(xiàn)象的觀察與理解。而樂高教育機(jī)器人校本課程則涉及機(jī)械搭建、電子電路、編程算法等知識(shí)模塊。在教學(xué)實(shí)踐中，當(dāng)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)課程中的簡(jiǎn)單機(jī)械原理，如杠桿、滑輪時(shí)，樂高教育套件中的各種零件可直觀呈現(xiàn)這些機(jī)械結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生通過親手搭建，深入理解抽象的科學(xué)概念。同時(shí)，編程操控機(jī)器人的過程，又融入了數(shù)學(xué)中的邏輯思維、變量運(yùn)用等知識(shí)，與四年級(jí)數(shù)學(xué)課程緊密銜接，實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科知識(shí)的互補(bǔ)融合，拓寬了學(xué)生知識(shí)面。

（二）能力培養(yǎng)的協(xié)同性

動(dòng)手實(shí)踐能力。四年級(jí)科學(xué)課程包含一些簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)操作，旨在鍛煉學(xué)生動(dòng)手能力，但實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對(duì)有限。樂高機(jī)器人校本課程從零件組裝到傳感器連接、程序調(diào)試，全程需要學(xué)生親自動(dòng)手。學(xué)生在操作中，動(dòng)手能力得到極大提升，與科學(xué)課實(shí)驗(yàn)操作形成遞進(jìn)式培養(yǎng)。

問題解決能力。面對(duì)科學(xué)課上諸如“為什么影子的長(zhǎng)短會(huì)隨時(shí)間變化”等問題，學(xué)生需運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析解答。樂高教育機(jī)器人在運(yùn)行中也會(huì)出現(xiàn)各種故障，如程序錯(cuò)誤導(dǎo)致機(jī)器人行動(dòng)異常、零件安裝不當(dāng)影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等，學(xué)生必須自主排查問題，嘗試不同解決方案，這一過程與科學(xué)課探究過程相互呼應(yīng)，培養(yǎng)學(xué)生面對(duì)復(fù)雜問題時(shí)冷靜思考、多元嘗試的能力。

（三）激發(fā)興趣的共通性

小學(xué)四年級(jí)學(xué)生好奇心旺盛，對(duì)新鮮事物充滿探索欲。科學(xué)課上新奇的自然現(xiàn)象、有趣的實(shí)驗(yàn)?zāi)芪麄冏⒁饬Γ糠掷碚撝R(shí)講解仍顯枯燥。樂高機(jī)器人以其趣味性的自由搭建形式，每個(gè)學(xué)生都可以按照自己的想法對(duì)機(jī)器人進(jìn)行個(gè)性化設(shè)計(jì)，學(xué)生看到親手搭建的機(jī)器人按自己編寫的程序完成任務(wù)，成就感十足，學(xué)習(xí)熱情高漲。這種由興趣驅(qū)動(dòng)的學(xué)習(xí)模式，無論是在科學(xué)課上的知識(shí)吸收，還是機(jī)器人校本課上的技能掌握，都能極大提高學(xué)生的參與度。

（四）教學(xué)方法的適配性

小學(xué)科學(xué)課堂探究式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生提出問題、做出假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。樂高機(jī)器人校本課程同樣適用探究式學(xué)習(xí)模式。例如在設(shè)計(jì)“智能避障機(jī)器人”"項(xiàng)目時(shí)，教師先拋出問題“如何讓機(jī)器人感知并避開障礙物”，學(xué)生分組討論假設(shè)，設(shè)計(jì)機(jī)器人結(jié)構(gòu)與編程方案，然后動(dòng)手實(shí)踐驗(yàn)證。這種教學(xué)方法的通用性，便于教師整合課程資源，靈活切換教學(xué)場(chǎng)景，提升教學(xué)效果，促進(jìn)學(xué)生在兩種課程學(xué)習(xí)中的思維連貫性與知識(shí)遷移能力。

四、樂高機(jī)器人校本課程教學(xué)規(guī)劃

校本樂高機(jī)器人課程分為三個(gè)步驟：結(jié)構(gòu)搭建、圖形化編程和機(jī)器人測(cè)試。樂高積木是一種廣為人知的可拼搭積木玩具。它的拼接方式簡(jiǎn)單直觀，學(xué)生能在短時(shí)間內(nèi)掌握基本的搭建技巧，快速上手構(gòu)建機(jī)器人的基礎(chǔ)框架。教師使用搭建圖、播放視頻等形式引導(dǎo)學(xué)生熟悉杠桿、齒輪傳動(dòng)、鉸鏈連接等常見機(jī)械結(jié)構(gòu)，了解結(jié)構(gòu)原理以及如何用樂高積木模擬它們，鼓勵(lì)學(xué)生大膽創(chuàng)新，激發(fā)學(xué)生對(duì)結(jié)構(gòu)搭建知識(shí)的興趣。

在完成結(jié)構(gòu)搭建后，教師指導(dǎo)學(xué)生使用編程軟件進(jìn)行編程演示操作。樂高機(jī)器人配套的編程軟件通常采用圖形化編程界面，學(xué)生只需將代表不同指令的圖形模塊拖放到編程區(qū)域，并按照一定的邏輯順序連接起來，就可以完成對(duì)機(jī)器人的編程。這種可視化、簡(jiǎn)單易懂的編程方式，大大降低了小學(xué)生學(xué)習(xí)編程的門檻，助力他們輕松踏入編程世界，為后續(xù)深入學(xué)習(xí)編程筑牢根基。教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行任務(wù)拆解和方案規(guī)劃，通過思維導(dǎo)圖等工具梳理編程思路，在演示過程中，深入剖析每個(gè)傳感器數(shù)據(jù)的處理方式以及不同模塊之間的邏輯嵌套關(guān)系，讓學(xué)生掌握更高級(jí)的編程技巧。

我校四年級(jí)開設(shè)的校本機(jī)器人課程教學(xué)內(nèi)容見文后附表。

校本機(jī)器人課程中機(jī)器人測(cè)試場(chǎng)地圖的印制是一項(xiàng)精心籌備的重要環(huán)節(jié)。因每節(jié)課都有著獨(dú)特的授課內(nèi)容，而與之緊密契合的機(jī)器人場(chǎng)地圖就如同為學(xué)生量身定制的探索版圖。

印制場(chǎng)地圖前，我們會(huì)深入剖析課程目標(biāo)與任務(wù)要求。例如，當(dāng)課程聚焦于機(jī)器人的巡線時(shí)，場(chǎng)地圖就會(huì)設(shè)置復(fù)雜多樣的路線、障礙以及目標(biāo)點(diǎn)，旨在引導(dǎo)學(xué)生思考如何優(yōu)化機(jī)器人的運(yùn)行軌跡，以高效完成任務(wù)。通過在場(chǎng)地圖上進(jìn)行測(cè)試，學(xué)生能夠直觀地看到機(jī)器人在不同指令下的運(yùn)行情況，從而發(fā)現(xiàn)問題并調(diào)整編程參數(shù)，達(dá)到最佳效果。在地圖的邊緣，還會(huì)標(biāo)注詳細(xì)的尺寸和比例，讓學(xué)生對(duì)場(chǎng)地的實(shí)際大小有清晰的概念，這對(duì)于他們?cè)诰幊讨性O(shè)置機(jī)器人的參數(shù)至關(guān)重要。

五、借助機(jī)器人校本課程創(chuàng)新科學(xué)教學(xué)模式

傳統(tǒng)的小學(xué)科學(xué)授課模式通常采用較為常規(guī)的流程：課程導(dǎo)入—知識(shí)講解—實(shí)驗(yàn)演示—課堂總結(jié)。這種傳統(tǒng)授課模式注重知識(shí)的系統(tǒng)性傳授，但在學(xué)生自主探究和創(chuàng)新思維培養(yǎng)方面存在一定局限性。在整個(gè)教學(xué)過程中，學(xué)生更多處于被動(dòng)接受知識(shí)的狀態(tài)，自主發(fā)現(xiàn)問題、提出假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并深入探究的機(jī)會(huì)相對(duì)較少，限制了學(xué)生創(chuàng)新思維的拓展與自主學(xué)習(xí)能力的深度挖掘。而機(jī)器人校本課程在教學(xué)方法上展現(xiàn)出了極大的創(chuàng)新與突破。與傳統(tǒng)小學(xué)科學(xué)課堂授課模式不同，它采用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)、探究式學(xué)習(xí)等方式，讓學(xué)生圍繞機(jī)器人主題進(jìn)行自主學(xué)習(xí)、合作研究和創(chuàng)新實(shí)踐。

（一）基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)構(gòu)建課程體系

設(shè)計(jì)一系列圍繞機(jī)器人創(chuàng)意的項(xiàng)目任務(wù)，如“垃圾分類機(jī)器人”“校園機(jī)器人導(dǎo)游”等，以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)學(xué)生自主探究。在完成項(xiàng)目過程中，整合科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等多學(xué)科知識(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生從項(xiàng)目需求分析、方案設(shè)計(jì)、零件制作、程序編寫到測(cè)試優(yōu)化，全程參與，提升學(xué)生綜合素養(yǎng)。

（二）創(chuàng)設(shè)情境化教學(xué)課堂

結(jié)合小學(xué)科學(xué)教材知識(shí)點(diǎn)，創(chuàng)設(shè)生動(dòng)有趣的機(jī)器人情境。例如在講解簡(jiǎn)單機(jī)械時(shí)，引入“機(jī)器人建筑工地”情境，讓學(xué)生操控微型機(jī)器人模擬建筑工地中的杠桿、滑輪等工具作業(yè)，使抽象知識(shí)具象化，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，強(qiáng)化知識(shí)理解與應(yīng)用能力。

（三）開展小組合作學(xué)習(xí)活動(dòng)

在小組合作搭建機(jī)器人、編寫程序過程中，學(xué)生需分工協(xié)作、交流溝通。在合作過程中，學(xué)生學(xué)會(huì)了傾聽他人的意見，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，共同解決遇到的問題。例如，讓學(xué)生設(shè)計(jì)并制作一個(gè)能夠完成搬運(yùn)、避障任務(wù)的機(jī)器人等，在這個(gè)過程中，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生分析問題、制定方案、動(dòng)手實(shí)踐、反思總結(jié)，從而培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)踐能力，團(tuán)隊(duì)協(xié)作和溝通能力得到有效鍛煉。

六、機(jī)器人校本課程收獲

利用機(jī)器人校本課程創(chuàng)新小學(xué)科學(xué)教學(xué)模式，為學(xué)生提供了全新的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新能力與綜合素養(yǎng)。我校機(jī)器人校本課程歷經(jīng)12年的積累沉淀，在小學(xué)科學(xué)教學(xué)領(lǐng)域興起了創(chuàng)新的浪潮，教學(xué)模式、課堂組織形式也因機(jī)器人校本課程而改變，不再局限于傳統(tǒng)的教室空間，學(xué)校的機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室、科學(xué)教室、校科學(xué)館等都成為學(xué)生的學(xué)習(xí)場(chǎng)地。學(xué)生在更廣闊的空間里親身體驗(yàn)機(jī)器人在不同場(chǎng)景下的應(yīng)用，這種靈活的組織形式，為學(xué)生提供了豐富的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。通過情境教學(xué)、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)、分層教學(xué)、跨學(xué)科融合教學(xué)等創(chuàng)新策略，以及教學(xué)評(píng)價(jià)體系的創(chuàng)新與實(shí)施保障的完善，能夠充分發(fā)揮機(jī)器人校本課程的優(yōu)勢(shì)，有力地推動(dòng)了小學(xué)科學(xué)教學(xué)的改革與發(fā)展，為學(xué)生的未來發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，讓學(xué)生在科技的藍(lán)天下自由翱翔，努力成為適應(yīng)未來社會(huì)發(fā)展的創(chuàng)新型人才。

參考文獻(xiàn)

[1]王琪玥.基于小學(xué)數(shù)學(xué)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的思考與實(shí)踐[J].教育家，2024（11）：15.