李銳

摘要：STEM是科學(xué)（Science），技術(shù)（Technology），工程（Engineering），數(shù)學(xué)（Mathematics）四門學(xué)科英文首字母的縮寫語(yǔ)，是一種以項(xiàng)目學(xué)習(xí)、問(wèn)題解決為導(dǎo)向的課程組織方式。因該教育有利于學(xué)生創(chuàng)新力的培養(yǎng)而受到各國(guó)重視。該課程的的載體很多，以機(jī)器人教學(xué)最能體現(xiàn)該課程的特點(diǎn)，同時(shí)借助學(xué)習(xí)游戲化機(jī)制，引入多種策略可使該課程更具系統(tǒng)性和可行性，能更好的將學(xué)生的心流引向目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人教學(xué);游戲化;STEM教育

隨著教育技術(shù)和教育理念的不斷更新，學(xué)科融合，游戲化，人工智能等思想融入教育教學(xué)，并以其優(yōu)勢(shì)對(duì)教育教學(xué)的提高貢獻(xiàn)著各自的力量，這種匯合將帶給教育新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。

一、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀述評(píng)

近些年，以美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)為代表的主要發(fā)達(dá)國(guó)家都從國(guó)家戰(zhàn)略高度制定了STEM教育的政策與措施。1986年樂(lè)高教育與麻省理工正式開(kāi)始合作，研發(fā)機(jī)器人及其相關(guān)課程。樂(lè)高機(jī)器人教育認(rèn)同在玩中學(xué)的理念，依托建構(gòu)主義理論，構(gòu)建了一套游戲化學(xué)習(xí)的體系，提倡通過(guò)動(dòng)手和動(dòng)腦解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，讓孩子在建構(gòu)中學(xué)習(xí)和發(fā)展思維。這些理念與 STEM 教育所注重的跨學(xué)科學(xué)習(xí)、動(dòng)手、小組協(xié)作等一致，在 STEM 教育這條路上，樂(lè)高機(jī)器人教育已經(jīng)研究了20年，相比其他分支，無(wú)論是操作性還是研究基礎(chǔ)，機(jī)器人教學(xué)都比較適合作為STEM教育課程的載體。

2010年中國(guó)教育部與樂(lè)高教育簽訂“技術(shù)創(chuàng)新人才培養(yǎng)計(jì)劃”合作協(xié)議。2017年6月20日，中國(guó)教育科學(xué)研究院發(fā)布《中國(guó)STEM教育白皮書(shū)》，決定啟動(dòng)“中國(guó)STEM教育2029創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃”。為基于機(jī)器人教學(xué)的STEM教育指明了方向。但由于基于機(jī)器人教育的STEM課程沒(méi)有明確的指導(dǎo)性文件，教學(xué)機(jī)構(gòu)良莠不齊，且多集中在比賽上，涉及課程研究的很少，很多機(jī)構(gòu)課程對(duì)于知識(shí)的闡述與教學(xué)過(guò)程的研究缺乏系統(tǒng)性和完整性，所使用的教材對(duì)于機(jī)器人教學(xué)與STEM教育的融合涉及很少，且用于課堂的質(zhì)量不高，基于機(jī)器人教學(xué)的STEM課程在我國(guó)的研究幾乎為零。在知網(wǎng)中同時(shí)搜索關(guān)鍵詞“機(jī)器人教學(xué) STEM”只有五篇且均為課例，涉及課程的為0篇，在游戲化學(xué)習(xí)高速發(fā)展的形勢(shì)下，機(jī)器人教學(xué)與游戲化相關(guān)的論文只有一篇，關(guān)于“游戲化 STEM”的搜索結(jié)果也為0篇。這對(duì)我國(guó)STEM教育的推廣和創(chuàng)新人才的發(fā)展極為不利。

二、課程研究?jī)r(jià)值與意義

STEM教育在世界上作為國(guó)家人才發(fā)展戰(zhàn)略受到廣泛的重視。中國(guó)正在努力建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家，所以STEM教育在中國(guó)具有重要意義。STEM課程是解決我國(guó)現(xiàn)有教育體制下，對(duì)于創(chuàng)新力培養(yǎng)不足的良藥，機(jī)器人教學(xué)是良藥的最佳材料，再擴(kuò)展到其他材料就變得更加容易。然而，STEM課程綜合知識(shí)性強(qiáng)，學(xué)生學(xué)習(xí)的畏難情緒和教師教學(xué)能力不足等問(wèn)題還一直困擾著STEM課程研究工作者，而教學(xué)游戲化正是解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵，從真實(shí)游戲任務(wù)入手的STEM課程更加容易操作，教師將在課程中作為“引領(lǐng)者”與學(xué)生共同探索。課程將學(xué)生的身心成長(zhǎng)和思想成長(zhǎng)，以及能力培養(yǎng)融合在了一起，通過(guò)機(jī)器人教學(xué)、游戲化思想和STEM教育三者的結(jié)合達(dá)到教學(xué)目的，對(duì)于培養(yǎng)我國(guó)的優(yōu)秀人才有著一定的積極作用。

將游戲化思想融入以機(jī)器人教學(xué)為載體的STEM教育不但可以將這一課程的系統(tǒng)化表現(xiàn)的更加清晰，還為實(shí)現(xiàn)STEM教育的項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)提供了更強(qiáng)有力的教學(xué)激勵(lì)與學(xué)習(xí)動(dòng)力，讓學(xué)生與教師樂(lè)在其中，受益在其中。這種課程設(shè)計(jì)不僅可以提升青少年的核心素養(yǎng)，還讓STEM更加容易進(jìn)入我們的每一所學(xué)校，并且尤其可以解決該課程教師因綜合性太強(qiáng)而不易培養(yǎng)的問(wèn)題，因?yàn)樵谶@三者結(jié)合下的課程本身就是一個(gè)師生共同研究與探索并成長(zhǎng)的過(guò)程，教師更像一名“領(lǐng)隊(duì)”。在此基礎(chǔ)上研究的STEM課程從簡(jiǎn)單任務(wù)到復(fù)雜任務(wù)，通過(guò)多方面研究要素的引入，可以帶動(dòng)團(tuán)隊(duì)互助與社會(huì)聯(lián)動(dòng)，將家庭，學(xué)校，社會(huì)，機(jī)構(gòu)聯(lián)系在一起。解決原有STEM課程的學(xué)段整體設(shè)計(jì)問(wèn)題，利用游戲的運(yùn)作機(jī)制解決STEM教育標(biāo)準(zhǔn)與評(píng)估機(jī)制的難題。以上研究?jī)r(jià)值將在一定程度上推動(dòng)我國(guó)的創(chuàng)新人才課程的建立。

三、課程研究與實(shí)施設(shè)想

（一）研究目標(biāo)

針對(duì)培養(yǎng)我國(guó)學(xué)生創(chuàng)造力和合作精神以及探索精神的STEM課程，需要借助機(jī)器人教學(xué)體系使該課程無(wú)論從教具，還是到課程教材的編寫都找到一個(gè)適合的載體，加之游戲化的強(qiáng)大力量，探索出一種機(jī)器人教學(xué)游戲化模式下的方便可行的STEM課程教學(xué)策略。

（二）實(shí)施建議

1.從課程指導(dǎo)理論入手。通過(guò)相關(guān)的國(guó)內(nèi)外政策文件與理論知識(shí)的研究，探索出適合該課程的標(biāo)準(zhǔn)與評(píng)價(jià)體系，并制定出基于游戲化的課堂運(yùn)作機(jī)制。

2.以課程資源包的研究為基礎(chǔ)。研究可以和現(xiàn)有教學(xué)體系融合的知識(shí)內(nèi)容與拓展性知識(shí)內(nèi)容作為知識(shí)系統(tǒng)包的形式以師生檢索的方式呈現(xiàn)，并對(duì)完成與掌握情況進(jìn)行數(shù)據(jù)跟蹤。

3.建立課程教法。引入心流與番茄工作法等理論，在游戲化運(yùn)行機(jī)制下研究教學(xué)方法和活動(dòng)實(shí)施策略。

4.深化課程內(nèi)容。整合國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究成果，結(jié)合學(xué)生實(shí)際與社會(huì)需要制定課程目標(biāo)與章節(jié)項(xiàng)目，從項(xiàng)目出發(fā)，以任務(wù)的形式進(jìn)行分解與安排，根據(jù)指導(dǎo)理論與教學(xué)模式安排教材內(nèi)容與活動(dòng)指導(dǎo)方案。研究將現(xiàn)實(shí)任務(wù)定位為游戲任務(wù)的合理途徑，將重點(diǎn)任務(wù)具體化，結(jié)合生活與現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，建立經(jīng)典問(wèn)題與拓展問(wèn)題。并對(duì)問(wèn)題進(jìn)行難易分層。

5.重視反饋與評(píng)價(jià)方式?？梢越Y(jié)合學(xué)生的先天特點(diǎn)，參考優(yōu)勢(shì)教育的理論研究基礎(chǔ)上，運(yùn)用游戲化的運(yùn)作機(jī)制，對(duì)參與課程學(xué)習(xí)的學(xué)生如何進(jìn)行階段性實(shí)時(shí)反饋與評(píng)價(jià)的問(wèn)題進(jìn)行研究與設(shè)計(jì)，并將激勵(lì)方式量化。研究STEM課程過(guò)程中的記錄反饋方式，不僅記錄完成規(guī)定任務(wù)的數(shù)據(jù)，還記錄過(guò)程性進(jìn)展數(shù)據(jù)，結(jié)合人工記錄與電腦記錄同步進(jìn)行。.

基于機(jī)器人教學(xué)游戲化的STEM教育課程不僅滿足了社會(huì)的需要，還滿足了學(xué)生的個(gè)性發(fā)展需要。借助心流理論，在課程設(shè)計(jì)中考慮學(xué)生專注力的分配機(jī)制，同時(shí)引入電子游戲的獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制與反饋機(jī)制，以及任務(wù)機(jī)制，確保了課程的評(píng)估效果與反饋結(jié)果。這種將機(jī)器人教學(xué)、游戲化學(xué)習(xí)、STEM教育三者有機(jī)結(jié)合的課程會(huì)將我們的教育帶入一個(gè)我們期盼的新紀(jì)元。

參考文獻(xiàn)：

[1][美]羅伯特·M·卡普拉羅、瑪麗·瑪格麗特·卡普拉羅和詹姆斯·R·摩根：《基于項(xiàng)目的STEM學(xué)習(xí)》，上海科技教育出版社，2016（1）

[2][美]瑪格麗特·赫尼，[美]大衛(wèi)·E·坎特：《設(shè)計(jì).制作.游戲培養(yǎng)下一代STEM創(chuàng)新者》上?？萍冀逃霭嫔?，2015（12）

[3]趙中建：《美國(guó)STEM教育政策進(jìn)展》，上海科技教育出版社，2015（11）

[4][美]簡(jiǎn)·麥戈尼格爾：《游戲改變世界》，北京聯(lián)合出版公司，2016（9）

[5]高山：《樂(lè)高EV3機(jī)器人初級(jí)教程》，清華大學(xué)出版社，2014

課題：全國(guó)教育信息技術(shù)研究2017年度青年課題，課題名稱：基于機(jī)器人教學(xué)游戲化的STEM教育課程開(kāi)發(fā)研究，課題編號(hào)：176240001。