劉瑋松　劉海東　焦曉武　金石梅

摘 要 機(jī)器人技術(shù)迅速發(fā)展，很多中學(xué)相繼開(kāi)設(shè)機(jī)器人教育課程，但由于機(jī)器人教育正處在初級(jí)發(fā)展階段，我國(guó)中學(xué)機(jī)器人教育課程中還有很多問(wèn)題有待解決，尤其突出的問(wèn)題是機(jī)器人教育功利性強(qiáng)，教育研究視野不寬廣。針對(duì)存在的問(wèn)題，通過(guò)將機(jī)器人教育與STEAM教育相融合，從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)策略、教學(xué)評(píng)價(jià)四方面探索機(jī)器人教育的新思路。

關(guān)鍵詞 機(jī)器人教育；STEAM教育；中學(xué)；互聯(lián)網(wǎng)+

中圖分類(lèi)號(hào)：G630 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2017）20-0011-03

Probe into Integration of Robot Education and STEAM Educa-tion in Middle School//LIU Weisong， LIU Haidong， JIAO Xiaowu， JIN Shimei

Abstract The rapid development of robot technology， many schools have carried out the robot education curriculum， but because the

robot education is in the primary stage of development， the robot course in middle school education in our country has many problems，

especially the problem of robot education is utilitarian， from the per-

spective of educational research is not broad， aiming at these pro-blems， the robot STEAM education and education integration， from

the teaching objectives， teaching content， teaching strategies， tea-

ching evaluation four aspects to explore new ideas for robot education.

Key words robot education； STEAM education； middle school； internet plus

1 引言

在“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代，教育與技術(shù)全面融合，中學(xué)機(jī)器人教育有了很大發(fā)展，已經(jīng)有很多中學(xué)開(kāi)展了機(jī)器人教育課程，但建設(shè)中還存在很多問(wèn)題，例如：教育目標(biāo)重模仿實(shí)驗(yàn)，重基礎(chǔ)輕應(yīng)用；教育內(nèi)容重技術(shù)輕整合；教育研究與實(shí)踐視野不夠?qū)拸V[1]；教育模式以競(jìng)賽為主，尚未普及[2]；

等等。當(dāng)前正風(fēng)靡于美國(guó)、韓國(guó)、英國(guó)等國(guó)家和地區(qū)的STEAM（Science，科學(xué)；Technology，技術(shù)；Engineering，

工程；Art，藝術(shù)；Mathematics，數(shù)學(xué)）教育依托新技術(shù)轉(zhuǎn)變教學(xué)理念和教學(xué)模式，正好適合解決中小學(xué)機(jī)器人教育存在的問(wèn)題[3]。通過(guò)將科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)五方面進(jìn)行整合，體現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的全面理解，順應(yīng)了時(shí)代的發(fā)展，反映了新時(shí)代對(duì)人才的要求。將機(jī)器人教育和STEAM教育相融合是十分有意義的[4]，因此提出將機(jī)器人教育和STEAM教育相融合，探索機(jī)器人教育新思路。

2 STEAM教育

STEAM教育由美國(guó)弗吉尼亞科技大學(xué)學(xué)者Yakman在研究綜合教育時(shí)首次提出，即加強(qiáng)美國(guó)K12關(guān)于科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)及數(shù)學(xué)教育[3]，專(zhuān)門(mén)用于建立動(dòng)手類(lèi)創(chuàng)造性課程。STEAM教育實(shí)施最有效的策略，是從跨學(xué)科、跨領(lǐng)域的角度，從開(kāi)展實(shí)踐、促進(jìn)專(zhuān)長(zhǎng)發(fā)展的角度，以及從真實(shí)情境中的問(wèn)題解決角度，將其融入現(xiàn)有課程中。不僅可以使學(xué)生迅速接受新改變，而且便于進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，使學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)更加輕松，同時(shí)也能方便教師掌握。

3 機(jī)器人教育存在的不足

近年來(lái)，隨著基礎(chǔ)教育課程改革的不斷深入，我國(guó)中學(xué)機(jī)器人教育有了很大發(fā)展，但客觀來(lái)說(shuō)，仍然處于初級(jí)階段，普及率很低[2]，且大都以功利性競(jìng)賽為主，在教育目標(biāo)層面?zhèn)戎啬７聦?shí)驗(yàn)，重基礎(chǔ)輕應(yīng)用[5]；在教育內(nèi)容層面?zhèn)戎貙W(xué)科本位，重技術(shù)輕整合；教育理念支持不足，一直沒(méi)有提出教育理念和準(zhǔn)則[6]，機(jī)器人教育無(wú)法更深入開(kāi)展；教育發(fā)布不均衡、發(fā)展不平衡，西北地區(qū)相對(duì)于南方發(fā)達(dá)地區(qū)，機(jī)器人教育起步較晚，相關(guān)教學(xué)活動(dòng)很少。

4 機(jī)器人教育與STEAM教育融合的必然性

當(dāng)前應(yīng)試教育根深蒂固于家長(zhǎng)、教師和學(xué)生的心中，大多數(shù)人認(rèn)為機(jī)器人教育是一種課外活動(dòng)，是為了娛樂(lè)學(xué)生而存在的，并不是一門(mén)真正獨(dú)立的完整學(xué)科。他們認(rèn)為，學(xué)生應(yīng)該更注重課本知識(shí)的學(xué)習(xí)，而不是過(guò)多地參與這種活動(dòng)。這就使得機(jī)器人教育課程難以順利有效地開(kāi)展，進(jìn)而學(xué)生也就很難有興趣參與其中，遏制了學(xué)生想象力和創(chuàng)新力的發(fā)展。而STEAM教育強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心，將科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)及數(shù)學(xué)進(jìn)行融合，開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)。在機(jī)器人教學(xué)過(guò)程中綜合運(yùn)用多方面內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)，讓學(xué)生在機(jī)器人教育中不僅可以學(xué)習(xí)到先進(jìn)的機(jī)器人技術(shù)，而且可以學(xué)習(xí)到各個(gè)方面的知識(shí)，通過(guò)實(shí)際操作，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和能力。最終打破上述僵局，幫助家長(zhǎng)、教師和學(xué)生理解機(jī)器人教育的重要性，讓機(jī)器人教育沖破原有的束縛，解決當(dāng)前機(jī)器人教育中存在的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。

5 機(jī)器人教育與STEAM教育融合

機(jī)器人教育與STEAM教育融合應(yīng)注意：重視科學(xué)、技術(shù)的實(shí)際意義，運(yùn)用實(shí)際的例子，幫助學(xué)生發(fā)揮想象力進(jìn)行創(chuàng)作；重視學(xué)生的情緒與社交，幫助學(xué)生在操作過(guò)程中培養(yǎng)情感態(tài)度和價(jià)值觀[7]；以科學(xué)解釋和嚴(yán)密的數(shù)學(xué)邏輯為基礎(chǔ)，幫助學(xué)生認(rèn)清事物的原理，掌握關(guān)鍵技術(shù)，找到根本原因，解決問(wèn)題；在操作和探究過(guò)程中注重藝術(shù)的發(fā)揮，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)待事物的藝術(shù)感和審美能力。endprint

STEAM教育的五部分（科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)）既相互獨(dú)立又彼此聯(lián)系，將STEAM教育融入機(jī)器人教育課程，核心離不開(kāi)教學(xué)過(guò)程中這五部分的相互綜合、相互作用。并且機(jī)器人教育處在初級(jí)階段，同樣離不開(kāi)STEAM教育的補(bǔ)充和構(gòu)建。同時(shí)，在機(jī)器人教育過(guò)程中要遵循STEAM教育的相關(guān)原則，但最終要以中小學(xué)機(jī)器人教育原則為主，探索出完善的中小學(xué)機(jī)器人教育課程體系。

在教學(xué)之前需要進(jìn)行的是教學(xué)前期分析，需要分析學(xué)習(xí)者也就是學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，分析機(jī)器人教育的軟硬件環(huán)境，如教室、機(jī)器人設(shè)備、相關(guān)軟件等，最終明確學(xué)習(xí)需要，制定相關(guān)教學(xué)環(huán)節(jié)。在融合前后都需要進(jìn)行這些方面的分析，因此在此不做贅述。本文著重從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)策略、教學(xué)評(píng)價(jià)四個(gè)環(huán)節(jié)，融合STEAM教育的科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)等五方面進(jìn)行探索設(shè)計(jì)。

教學(xué)目標(biāo) 以學(xué)習(xí)者特征分析為依據(jù)，結(jié)合當(dāng)前機(jī)器人教育重模仿實(shí)驗(yàn)、重基礎(chǔ)輕應(yīng)用的狀況，以三維目標(biāo)體系為基礎(chǔ)，機(jī)器人教育與STEAM教育融合后的教學(xué)目標(biāo)如下。

1）知識(shí)與技能：學(xué)生在創(chuàng)設(shè)的實(shí)際科學(xué)和技術(shù)情境中理解基礎(chǔ)理論知識(shí)，掌握具體操作技術(shù)，改變以往教師操作、學(xué)生模仿的教學(xué)模式，學(xué)生在實(shí)際情境中發(fā)揮想象力，自由設(shè)計(jì)，創(chuàng)作自己的作品，在實(shí)際動(dòng)手操作過(guò)程中提升創(chuàng)新能力和科學(xué)素養(yǎng)。

2）過(guò)程與方法：學(xué)生在對(duì)實(shí)際問(wèn)題的研究過(guò)程中，彼此之間進(jìn)行交流合作，在探究過(guò)程中以科學(xué)的解釋和嚴(yán)密的數(shù)學(xué)邏輯為基礎(chǔ)，認(rèn)清事物發(fā)展的原理，注重在探究過(guò)程中發(fā)展自己的能力，培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新意識(shí)，掌握機(jī)器人實(shí)際操作的基本過(guò)程，提升動(dòng)手能力。

3）情感態(tài)度價(jià)值觀：通過(guò)在實(shí)際的科技情境中進(jìn)行創(chuàng)新操作，消除學(xué)生與現(xiàn)代科技的隔閡，培養(yǎng)學(xué)生勇于創(chuàng)新的精神和與他人交流合作的能力，使學(xué)生真正感受到“玩中學(xué)、學(xué)中玩”，在得到“作品”的同時(shí)獲得寶貴的學(xué)習(xí)過(guò)程，在“作品”創(chuàng)作中提升審美能力，培養(yǎng)藝術(shù)感。

教學(xué)內(nèi)容 基于機(jī)器人教育重技術(shù)輕基礎(chǔ)的現(xiàn)狀，本文從兩方面介紹機(jī)器人教育與STEAM教育融合后的教學(xué)內(nèi)容[8]：一方面為當(dāng)前機(jī)器人教育中的基礎(chǔ)學(xué)科內(nèi)容，一方面為機(jī)器人教育與科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)教育緊密相關(guān)的內(nèi)容。雖然在機(jī)器人教育中也涉及這些方面的內(nèi)容，但都不夠深入和全面，內(nèi)容相對(duì)匱乏。本文著重對(duì)第二部分內(nèi)容深入組織，進(jìn)行描述。

1）當(dāng)前最新科學(xué)和技術(shù)概況、基本理論：學(xué)校和教育部門(mén)應(yīng)實(shí)時(shí)關(guān)注當(dāng)前社會(huì)上新出現(xiàn)的各種新科技，適時(shí)在課堂上為學(xué)生介紹新科技內(nèi)容，讓學(xué)生時(shí)時(shí)刻刻跟上時(shí)代的步伐，避免閉門(mén)造車(chē)，和時(shí)代脫軌。

2）與機(jī)器人教育相關(guān)的倫理安全性信息：學(xué)校和教育部門(mén)適時(shí)對(duì)學(xué)生進(jìn)行思想道德教育，幫助培養(yǎng)和糾正學(xué)生對(duì)于機(jī)器人的觀念，使學(xué)生樹(shù)立正確的人生觀和價(jià)值觀[9]，如機(jī)器人的發(fā)展和普及對(duì)人類(lèi)生活帶來(lái)的便利和對(duì)人類(lèi)生活帶來(lái)的倫理道德問(wèn)題。

3）機(jī)器人發(fā)展的過(guò)程和數(shù)學(xué)邏輯基礎(chǔ)知識(shí)：學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)器人課程不能單單只是會(huì)操作，要能夠了解機(jī)器人的原理和核心，這對(duì)學(xué)生發(fā)揮想象力，創(chuàng)新創(chuàng)作出作品有很大幫助。

通過(guò)這部分知識(shí)的了解，學(xué)生也可以更深刻地了解科學(xué)技術(shù)與社會(huì)之間的關(guān)系，促進(jìn)與當(dāng)前時(shí)代相結(jié)合。

教學(xué)策略 改變以往模仿和直接任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)策略，融合STEAM教育以學(xué)生為主體的模式，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，給予學(xué)生充足的時(shí)間和空間去想象，增進(jìn)他們對(duì)科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)教育之間相互融合的理解，以科學(xué)的解釋、嚴(yán)密的數(shù)學(xué)邏輯、藝術(shù)的美感、積極的態(tài)度思考和解決科學(xué)和技術(shù)問(wèn)題，培養(yǎng)與人交流合作的態(tài)度和能力。例如：提供擴(kuò)展知識(shí)內(nèi)容，結(jié)合本節(jié)課所講授的內(nèi)容擴(kuò)展與其相關(guān)的內(nèi)容，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)新鮮真實(shí)的機(jī)器人情境，開(kāi)闊學(xué)生視野，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)動(dòng)力；以日常生活中可以見(jiàn)到的機(jī)器人事物舉例，創(chuàng)設(shè)問(wèn)題引發(fā)學(xué)生思考，解決實(shí)際問(wèn)題，拉近學(xué)生與社會(huì)科技的距離，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力；鼓勵(lì)學(xué)生將生活中的廢棄品進(jìn)行創(chuàng)新加工并運(yùn)用到機(jī)器人教育上，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的同時(shí)，教育他們勤儉節(jié)約。

以劉玉田主編的《用Arduino進(jìn)行創(chuàng)造》（清華大學(xué)出版社，2014）一書(shū)中“5.3太陽(yáng)能板方位控制”為例進(jìn)行介紹。實(shí)現(xiàn)原理：通過(guò)雙刀雙擲繼電器，利用光敏電阻的特性使電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止。教學(xué)策略：實(shí)踐探索法。

創(chuàng)設(shè)一個(gè)“高效太陽(yáng)能充電器”情境，播放一些太陽(yáng)能充電板的具體實(shí)例，讓學(xué)生自己思考如何才能最大限度利用太陽(yáng)能能源，實(shí)現(xiàn)高效充電器的設(shè)計(jì)。分小組交流想法進(jìn)行發(fā)表，發(fā)表小組討論的想法和具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程中可能用到的實(shí)驗(yàn)材料有哪些、生活中還有哪些地方可以根據(jù)自己的創(chuàng)意進(jìn)行改進(jìn)等，其他學(xué)生和教師對(duì)發(fā)表的想法進(jìn)行補(bǔ)充。根據(jù)發(fā)表的創(chuàng)意性解決方案進(jìn)行具體的操作實(shí)現(xiàn)，學(xué)生之間交流探索解決實(shí)現(xiàn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，最后由教師進(jìn)行補(bǔ)充和講解。在創(chuàng)作過(guò)程中應(yīng)注意盡可能將實(shí)驗(yàn)材料替換成環(huán)保材料或生活廢棄品，如電機(jī)可以采用舊的云臺(tái)，光敏電阻暗盒可以采用生活中常用的塑料盒替代，等等。

教學(xué)評(píng)價(jià) STEAM教育以定性評(píng)價(jià)為主，評(píng)價(jià)學(xué)生的五大能力：探索學(xué)習(xí)能力；思考與問(wèn)題解決能力；創(chuàng)意革新能力；溝通合作能力；積極人格與價(jià)值觀。因此，機(jī)器人教育與STEAM教育相融合后也應(yīng)該以定性評(píng)價(jià)為主，圍繞學(xué)生的五大能力，強(qiáng)調(diào)使用更具過(guò)程性和個(gè)性化的評(píng)價(jià)形式。

教學(xué)評(píng)價(jià)不能只依據(jù)作品進(jìn)行，要注重學(xué)生動(dòng)手操作學(xué)習(xí)的過(guò)程和在操作過(guò)程中情感與態(tài)度的變化。例如：通過(guò)機(jī)器人教育中真實(shí)的動(dòng)手操作實(shí)踐，學(xué)生可能變得對(duì)機(jī)器人教育更有興趣，更愿意了解和掌握機(jī)器人教育的相關(guān)知識(shí)，了解當(dāng)前最先進(jìn)的科學(xué)、技術(shù)、工程等；在作品創(chuàng)作過(guò)程中培養(yǎng)了藝術(shù)感和美感，鍛煉了交流合作能力；在基礎(chǔ)部分和動(dòng)手操作環(huán)節(jié)的掌握中培養(yǎng)了嚴(yán)密的數(shù)學(xué)邏輯思維。學(xué)生在實(shí)際學(xué)習(xí)過(guò)程中在這些方面得到一定的提升，就可以說(shuō)實(shí)現(xiàn)了教學(xué)目標(biāo)，具備了一定的創(chuàng)新能力和科學(xué)素養(yǎng)。具體而言，教師可以從學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的態(tài)度、表現(xiàn)、藝術(shù)感、作品等方面來(lái)評(píng)價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果[10]。

6 結(jié)論

將機(jī)器人教育與STEAM教育進(jìn)行融合，不斷完善機(jī)器人教育是十分必要的，這是一個(gè)新思路、新方向，在一定程度上可以解決當(dāng)前機(jī)器人教育面臨的困境，幫助培養(yǎng)中學(xué)生的創(chuàng)新能力和科學(xué)素養(yǎng)。而機(jī)器人教育也正處在激烈的變革時(shí)期，越來(lái)越多的新模式、新知識(shí)會(huì)加入機(jī)器人教育結(jié)構(gòu)中，機(jī)器人教育會(huì)越來(lái)越成熟，體系會(huì)越來(lái)越完善，將更加健康地發(fā)展下去。

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