孫苗　蘭曉紅　楊豪

摘 要： 青少年機(jī)器人教育承擔(dān)著培養(yǎng)中小學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力的重任，也是創(chuàng)客教育實(shí)踐的課程基礎(chǔ)。文章分析了國(guó)內(nèi)外機(jī)器人教學(xué)的現(xiàn)狀與存在的問題，提出以興趣為導(dǎo)向，融合STEAM教育和創(chuàng)客教育的創(chuàng)新教育理念，并構(gòu)建了適合我國(guó)青少年機(jī)器人教育的“三位一體”的課堂教學(xué)模式和“四個(gè)一”的能力培養(yǎng)方式。最后結(jié)合具體案例說明了基于該教學(xué)模式的機(jī)器人教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)方法，該模式已經(jīng)應(yīng)用到重慶師范大學(xué)附屬小學(xué)的科技活動(dòng)課程中，取得了較好的效果。本研究以期為中小學(xué)機(jī)器人教育和創(chuàng)客教育的教學(xué)實(shí)踐提供參考，為探索信息技術(shù)教育改革提供新思路和新方向。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人教育；STEAM；創(chuàng)客教育；教學(xué)模式

中圖分類號(hào)：G451 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-8454（2018）10-0018-05

一、 引言

機(jī)器人教育涉及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、電子技術(shù)、自動(dòng)控制等多領(lǐng)域的交叉學(xué)科知識(shí)[1]，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)技術(shù)素養(yǎng)和創(chuàng)新實(shí)踐能力具有重要的意義。通常所說的機(jī)器人教育，是指學(xué)習(xí)機(jī)器人的基本知識(shí)與基本技能，或利用教育機(jī)器人優(yōu)化教育教學(xué)效果的理論與實(shí)踐[2]。而機(jī)器人教育模式是指在一定教學(xué)思想理論的指導(dǎo)下，所建立起來的具有可操作性、較為穩(wěn)定的教學(xué)活動(dòng)框架和程序，是經(jīng)驗(yàn)與理論之間的一種具有可操作性的簡(jiǎn)化的知識(shí)系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)[3]。

在國(guó)外，機(jī)器人教育很早就已經(jīng)被提及了。早在1994年麻省理工學(xué)院就設(shè)立了“設(shè)計(jì)和建造LEGO機(jī)器人”課程（Martin）[4]，目的是提高工程設(shè)計(jì)專業(yè)學(xué)生的設(shè)計(jì)和創(chuàng)造能力，這是機(jī)器人課程進(jìn)入到大學(xué)課堂的一個(gè)標(biāo)志。相對(duì)于美國(guó)，日本的機(jī)器人發(fā)展稍微晚一些，但是日本作為后起之秀在機(jī)器人產(chǎn)業(yè)方面已經(jīng)趕超了很多科技比較發(fā)達(dá)的國(guó)家。而這一成果得益于他們從一開始就對(duì)機(jī)器人教育、以及全民機(jī)器人文化的提升的高度重視。在國(guó)外，特別是經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展相對(duì)領(lǐng)先的國(guó)家，機(jī)器人教育是各級(jí)教育部門所關(guān)注的熱點(diǎn)問題，而且至今為止，機(jī)器人教育發(fā)展約有20多年的時(shí)間，在不斷的探索前進(jìn)的過程中，目前主要支持機(jī)器人教育事業(yè)發(fā)展的理論基礎(chǔ)為建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論，采用基于問題與項(xiàng)目的學(xué)習(xí)方式。

我國(guó)機(jī)器人教育雖然起步較晚，但是發(fā)展也很迅速。近年來我國(guó)的機(jī)器人教育逐步成為中小學(xué)科學(xué)技術(shù)課程和綜合實(shí)踐課程的良好載體。國(guó)家教育部于2003年把中小學(xué)機(jī)器人比賽納入“全國(guó)中小學(xué)電腦制作活動(dòng)”，同時(shí)普通高中新課程也將“人工智能技術(shù)及簡(jiǎn)易機(jī)器人制作”列入選修內(nèi)容[5]。除了WER、VEX、世界機(jī)器人大賽等競(jìng)賽之外，中國(guó)電子學(xué)會(huì)于2015年推出了“全國(guó)青少年機(jī)器人技術(shù)等級(jí)考試標(biāo)準(zhǔn)”[6]。由此可以看出，國(guó)家對(duì)機(jī)器人教育非常重視。但是機(jī)器人教育作為教學(xué)內(nèi)容進(jìn)入中小學(xué)，目前還處于起步階段。多數(shù)學(xué)校都以校本課程和興趣小組的形式開展機(jī)器人教育[7]，缺乏規(guī)范的課程標(biāo)準(zhǔn)和教學(xué)模式。

目前，雖然機(jī)器人教育逐步成為我國(guó)教育中不可缺少的一部分，但是我國(guó)青少年機(jī)器人教育仍然存在一些問題，其中主要包括：過分關(guān)注機(jī)器人競(jìng)賽本身[8]，沒有規(guī)范的教育模式；缺乏專業(yè)系統(tǒng)的機(jī)器人教育相關(guān)教材和師資，大多是以產(chǎn)品說明書或用戶指南式的方式進(jìn)行機(jī)器人教育；過分依賴一些公司生產(chǎn)的產(chǎn)品和套件，但是由于機(jī)器人制造廠商較多，價(jià)格昂貴，各產(chǎn)品又互不兼容；機(jī)器人教育只是在我國(guó)一些經(jīng)濟(jì)條件相對(duì)較好的城鎮(zhèn)得到關(guān)注和推廣，沒有在大范圍得到推廣和普及。因此本文通過學(xué)習(xí)借鑒國(guó)外開展機(jī)器人教育的先進(jìn)理論以及教學(xué)方法，結(jié)合我國(guó)中小學(xué)生的特點(diǎn)，構(gòu)建了一個(gè)以培養(yǎng)學(xué)生科技創(chuàng)新和動(dòng)手實(shí)踐能力為目的的青少年機(jī)器人教育模式，力求為我國(guó)機(jī)器人教育的發(fā)展提供參考。

二、設(shè)計(jì)理念

美國(guó)和日本機(jī)器人教育發(fā)展較早，美國(guó)最早提出STEM理念，STEM是Science、 Technology、 Engineering、Mathematics 四個(gè)英語(yǔ)單詞首字母的組合，STEM 教育是科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的教育[9]。旨在培養(yǎng)孩子的綜合素養(yǎng)，從而提升其全球競(jìng)爭(zhēng)力。近期加入了Arts[10]，也就是藝術(shù)，變成STEAM[11]。STEAM是一種教育理念，有別于傳統(tǒng)的單學(xué)科、重書本知識(shí)的教育方式，它是一種超學(xué)科重綜合和實(shí)踐的教育理念[12]。因?yàn)槿魏我患?fù)雜事情的完成，都不僅僅只靠一種能力，未來需要的是綜合型人才，因此STEAM教育對(duì)青少年機(jī)器人教育尤為重要。

創(chuàng)客這個(gè)詞最早也起源于美國(guó)，是一群通過自己的努力，把自己的創(chuàng)意轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)的人，他們?cè)谶@個(gè)過程中運(yùn)用了非常多的創(chuàng)新精神[13]。2012年繼美國(guó)率先把“創(chuàng)客空間”引入小學(xué)教育以來，創(chuàng)客教育已經(jīng)成為全球推動(dòng)教育改革、培養(yǎng)科技創(chuàng)新人才的重要內(nèi)容[14]。目前，創(chuàng)客教育是我國(guó)引進(jìn)的新型教育模式，在中小學(xué)教育體制中，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)模式中對(duì)中小學(xué)生創(chuàng)新和動(dòng)手能力培養(yǎng)方面的不足之處，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新實(shí)踐能力。

基于此，在了解到國(guó)內(nèi)機(jī)器人教育的發(fā)展?fàn)顩r以及存在的問題并對(duì)其作了總結(jié)的基礎(chǔ)上，從真正培養(yǎng)機(jī)器人教育的創(chuàng)新人才出發(fā)設(shè)計(jì)教學(xué)模式。我們以興趣為導(dǎo)向，采用趣味化的設(shè)計(jì)，將STEAM和創(chuàng)客教育理念有機(jī)結(jié)合，利用二者的優(yōu)點(diǎn)，將五大學(xué)科知識(shí)有效整合，以項(xiàng)目為中心構(gòu)建一套適合當(dāng)代青少年發(fā)展的機(jī)器人教育模式。該模式在教學(xué)內(nèi)容和形式上采用STEAM理念，將多方面學(xué)科知識(shí)進(jìn)行有機(jī)整合；在教學(xué)的具體操作和實(shí)踐過程中強(qiáng)調(diào)創(chuàng)客教育理念，讓學(xué)生在動(dòng)手實(shí)踐過程中將創(chuàng)意變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)作品，即實(shí)現(xiàn)“造物”。具體的設(shè)計(jì)理念主要包括以下五點(diǎn)：

1.以興趣為導(dǎo)向

青少年機(jī)器人教育的前提是要以興趣為導(dǎo)向，采用趣味化的設(shè)計(jì)方式，注重在學(xué)生實(shí)際動(dòng)手操作中融合理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，無形中讓學(xué)生既學(xué)習(xí)理論知識(shí)，又能夠增強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力，體會(huì)到學(xué)習(xí)的快樂，真正做到做中學(xué)，學(xué)中樂的教學(xué)目的，從而讓學(xué)生產(chǎn)生興趣并逐步體驗(yàn)到學(xué)習(xí)的快樂，課程內(nèi)容的安排和設(shè)計(jì)要突出趣味性和實(shí)用性而不是采用死板的知識(shí)平鋪直敘。在學(xué)習(xí)過程中，以學(xué)生為中心，老師為引導(dǎo)者，激勵(lì)學(xué)生自己動(dòng)手動(dòng)腦思考，自主設(shè)計(jì)模型，盡量讓學(xué)生按照自己的想法去做，培養(yǎng)創(chuàng)新學(xué)生的自主創(chuàng)新能力。

2.STEAM教育相關(guān)課程整合

將STEAM教育中涉及的科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)、藝術(shù)五大學(xué)科重要知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行有機(jī)整合穿插到課程的教學(xué)內(nèi)容中，例如在學(xué)習(xí)蹺蹺板制作的時(shí)候，首先利用蹺蹺板模型結(jié)合理論給學(xué)生講解等臂杠桿的基本物理知識(shí)，在學(xué)生心中構(gòu)建起等臂杠桿知識(shí)結(jié)構(gòu)，然后讓學(xué)生根據(jù)自己喜好搭建不同風(fēng)格的蹺蹺板，最后學(xué)生通過介紹自己的作品加上老師評(píng)價(jià)和學(xué)生互評(píng)，進(jìn)一步加深學(xué)習(xí)內(nèi)容的理解。課程主要運(yùn)用STEAM教育理念，講解一些理工科知識(shí)和藝術(shù)審美思想，讓學(xué)生掌握多方面的知識(shí)，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。

3.以項(xiàng)目為中心的創(chuàng)客教育理念

遵循創(chuàng)客教育理念，每次課程教學(xué)以項(xiàng)目為中心，讓學(xué)生通過運(yùn)用已有知識(shí)和新學(xué)的知識(shí)，自己動(dòng)手完成一項(xiàng)作品，讓學(xué)生體會(huì)在玩中學(xué)，學(xué)中做的樂趣。每次項(xiàng)目的安排遵循青少年的認(rèn)知規(guī)律、由淺入深的進(jìn)行，同時(shí)采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法，為課程每個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)置問題和任務(wù)，做到以任務(wù)為明線，以培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)和技能為暗線，以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體[13]。在完成具體真實(shí)的“任務(wù)”過程中，學(xué)習(xí)相應(yīng)的知識(shí)和技能，同時(shí)學(xué)生在解決和完成任務(wù)的過程中不斷獲得成就感，從而更好地激發(fā)他們的求知欲并逐步形成一個(gè)認(rèn)知、情感活動(dòng)的良性循環(huán)，培養(yǎng)勇于探索、開拓進(jìn)取的學(xué)習(xí)精神。

4.團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神

當(dāng)今社會(huì)專業(yè)化分工越來越細(xì)，僅靠一個(gè)人的力量很難完成一項(xiàng)工作，團(tuán)隊(duì)間的配合、分工尤為重要，只有有效的分工和精湛的技能，才能高效地完成任務(wù)。我們的課程所有項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)都是以小組為單位共同完成，每個(gè)小組3～5人，討論選出1名組長(zhǎng)，負(fù)責(zé)團(tuán)隊(duì)整體布局，包括人員的分工和匯總，小組成員各自負(fù)責(zé)一部分的任務(wù)。以WER比賽為例，比賽每隊(duì)由2人組成，選出1名作為組長(zhǎng)，根據(jù)自身能力和興趣，1個(gè)人主要負(fù)責(zé)調(diào)試程序、1個(gè)人主要負(fù)責(zé)安裝更換硬件，只有兩個(gè)人合理的配合，才能在3分鐘的時(shí)間完成更多的任務(wù)，獲得更高的分?jǐn)?shù)。在每次項(xiàng)目完成過程中，通過小組成員間不斷的磨合，可以增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)的凝聚力，同時(shí)為學(xué)生以后的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。

5.不指定器材

目前，機(jī)器人競(jìng)賽有很多項(xiàng)目都指定了某些機(jī)器人廠商生產(chǎn)的器材，這種限定器材的方式，一方面導(dǎo)致參與機(jī)器人競(jìng)賽需要投入的費(fèi)用過于昂貴，另一方面限制了學(xué)生們自由發(fā)揮的余地。因此，我們所提倡的是無論教學(xué)，還是去參加機(jī)器人類的比賽都應(yīng)該不指定器材，盡量使用價(jià)格便宜，且容易買到的器材。不指定器材，并不是說就不需要器材，機(jī)器人教育的實(shí)踐離不開相應(yīng)的器材。我們可以鼓勵(lì)學(xué)生學(xué)會(huì)自己去發(fā)現(xiàn)生活中有用的“器材”，比如可以用生活中廢棄的易拉罐做機(jī)器人的身體，可以在淘寶等網(wǎng)站上自己購(gòu)買需要的器材等。

6.漸進(jìn)式的教學(xué)體系

每個(gè)項(xiàng)目的安排遵循青少年的認(rèn)知規(guī)律、由淺入深的進(jìn)行，并建立漸進(jìn)式的教學(xué)體系。教學(xué)體系主要包括六個(gè)層次：空間想象和積木搭建、基本機(jī)械原理和硬件電路、軟件編程學(xué)習(xí)（學(xué)習(xí)用圖形化軟件編程控制硬件傳感器）和3D打印學(xué)習(xí)（通過自主設(shè)計(jì)，然后打印實(shí)現(xiàn)）、軟硬件知識(shí)的綜合應(yīng)用與實(shí)踐、專業(yè)化機(jī)器人（人型、車型機(jī)器人）的學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)、人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)等深層次的知識(shí)學(xué)習(xí)（設(shè)計(jì)制作真正服務(wù)生活的機(jī)器人）。學(xué)生先從空間想象和積木搭建基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)起，循序漸進(jìn)過渡到人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)等知識(shí)，最終達(dá)到與大學(xué)學(xué)習(xí)接軌，做到人才培養(yǎng)一體化模式。同時(shí)每個(gè)項(xiàng)目采用“任務(wù)驅(qū)動(dòng)”教學(xué)法[15]，為課程每個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)置問題和任務(wù)，以富有趣味性、能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)與好奇心的情境為基礎(chǔ)，以與教學(xué)內(nèi)容緊密結(jié)合的任務(wù)為載體，使學(xué)習(xí)者在完成特定任務(wù)的過程中獲得知識(shí)與技能。注重的不是任務(wù)最終取得的成果，而是要使學(xué)生在完成具體真實(shí)的“任務(wù)”過程中，獲取知識(shí)、技能及解決問題的方法，同時(shí)學(xué)生在解決和完成任務(wù)的過程中不斷獲得成就感，從而更好地激發(fā)他們的求知欲并逐步形成一個(gè)認(rèn)知、情感活動(dòng)的良性循環(huán)，培養(yǎng)出勇于探索、開拓進(jìn)取的學(xué)習(xí)精神。

三、模式構(gòu)建

1.教學(xué)環(huán)節(jié)模式構(gòu)建

在整個(gè)機(jī)器人教育的教學(xué)過程中所采用的模式是以問題或者任務(wù)為主線，以項(xiàng)目為中心，以合作探究為展開方式的“三位一體”的青少年機(jī)器人教學(xué)模式。以問題或者任務(wù)為主線是指課前老師給學(xué)生提供問題和學(xué)習(xí)資源，讓學(xué)生帶著問題先進(jìn)行自主學(xué)習(xí)；課中主要是學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐去完成任務(wù)，在此過程中不斷地去發(fā)現(xiàn)問題并解決問題；課后對(duì)問題進(jìn)行總結(jié)和反思，發(fā)現(xiàn)新的問題和任務(wù)。以項(xiàng)目為中心是指在整個(gè)課程的設(shè)計(jì)和教學(xué)環(huán)節(jié)中，都是以項(xiàng)目的形式展開的，每次課圍繞一個(gè)項(xiàng)目主題展開，同時(shí)把項(xiàng)目的完成情況作為形成性評(píng)價(jià)的主要指標(biāo)。合作探究指的是小組成員通過合作探究完成任務(wù)的小組學(xué)習(xí)方法，每個(gè)小組有1名組長(zhǎng)負(fù)責(zé)整個(gè)小組各成員的分工和工作進(jìn)度把控，各小組成員合理搭配、協(xié)調(diào)合作共同完成項(xiàng)目任務(wù)，在這個(gè)過程中可以培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)、合作精神和集體榮譽(yù)感。

“三位一體”的青少年機(jī)器人教學(xué)模式構(gòu)建的主要環(huán)節(jié)流程如圖3所示。教學(xué)模式建立遵循以興趣為導(dǎo)向、STEAM和創(chuàng)客教育、不指定器材和漸進(jìn)式教學(xué)的設(shè)計(jì)理念，具體模式流程包括：

第一環(huán)節(jié)：“情境引入”。教師創(chuàng)設(shè)情境，可以通過播放項(xiàng)目學(xué)習(xí)相關(guān)的視頻或者做游戲的方式來吸引學(xué)生的眼球，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的趣味性，然后提出問題；學(xué)生感知情境，產(chǎn)生興趣，思考問題，帶著問題進(jìn)入具體的實(shí)踐——觀察。

第二環(huán)節(jié)：“項(xiàng)目提出”。教師對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，通過項(xiàng)目實(shí)物演示，提出學(xué)習(xí)任務(wù)；學(xué)生通過觀察和思考，明確任務(wù)并熟悉任務(wù)。

第三環(huán)節(jié)：“知識(shí)講解”，這是重點(diǎn)和難點(diǎn)環(huán)節(jié)之一。先讓學(xué)生觀察，近距離接觸，實(shí)際動(dòng)手操作一下實(shí)物，小組通過討論，派出一名代表上臺(tái)談?wù)勊麄兊陌l(fā)現(xiàn)，教師對(duì)學(xué)生的表現(xiàn)作出評(píng)價(jià)，形成良好的互動(dòng)交流，再對(duì)項(xiàng)目實(shí)物各部分原理進(jìn)行介紹和要點(diǎn)剖析，主要是講解STEAM教育中涵蓋的多學(xué)科知識(shí)，包括機(jī)械結(jié)構(gòu)、電子邏輯和編程等知識(shí)，學(xué)生接受新知并自覺進(jìn)行觀察反思。

第四環(huán)節(jié)：“動(dòng)手操作”，這也是重點(diǎn)和難點(diǎn)環(huán)節(jié)之一。教師此時(shí)要遵循創(chuàng)客教育理念（玩中做、做中學(xué)），讓學(xué)生自主動(dòng)手學(xué)習(xí)和創(chuàng)造，把自主權(quán)完全交給學(xué)生，以觀察引導(dǎo)為主，當(dāng)看到學(xué)生有不能解決的問題時(shí)進(jìn)行適當(dāng)引導(dǎo)；學(xué)生通過教師提供的資源和工具動(dòng)手操作，在實(shí)踐中觀察與反思，相互討論，以小組為單位團(tuán)結(jié)協(xié)作共同完成項(xiàng)目任務(wù)，在此過程中學(xué)會(huì)合作與創(chuàng)新。

第五環(huán)節(jié)：“評(píng)價(jià)應(yīng)用”。完成項(xiàng)目學(xué)習(xí)后，每組會(huì)派出一名學(xué)生上臺(tái)解說自己組的作品，哪些地方跟老師的作品不一樣，做出了哪些創(chuàng)新，實(shí)際操作遇到哪些問題，展開一次全班性討論，既可以相互學(xué)習(xí)，又可以增強(qiáng)學(xué)生之間的交流能力。然后教師對(duì)課堂內(nèi)容和學(xué)生的實(shí)操表現(xiàn)進(jìn)行總結(jié)分析，對(duì)學(xué)生的完成情況進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，并提出一些新的問題引發(fā)學(xué)生的思考，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維；學(xué)生對(duì)本課的知識(shí)與前面所學(xué)知識(shí)形成漸進(jìn)式知識(shí)體系，通過學(xué)生間的互評(píng)和自評(píng)深化對(duì)知識(shí)的理解，并在課后運(yùn)用新知，展開實(shí)踐和應(yīng)用。

2.“四個(gè)一”能力培養(yǎng)模式構(gòu)建

在整個(gè)機(jī)器人教育的教學(xué)過程中采用的是“三位一體”的青少年機(jī)器人教學(xué)模式，與此同時(shí)，想要培養(yǎng)具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的人才，還要堅(jiān)持“四個(gè)一”能力培養(yǎng)模式。該模式是以學(xué)期為單位，每學(xué)期至少完成“四個(gè)一”的內(nèi)容要求，具體內(nèi)容如下：

（1）參加一套專業(yè)實(shí)訓(xùn)

每學(xué)期組織學(xué)生參加一套專業(yè)實(shí)訓(xùn)，其目的是對(duì)本學(xué)期主要內(nèi)容進(jìn)行綜合系統(tǒng)培訓(xùn)，把所學(xué)知識(shí)基本上整合到一個(gè)項(xiàng)目中，老師會(huì)為學(xué)生提供幾個(gè)項(xiàng)目作為參考，同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生在老師的幫助下自主設(shè)計(jì)一個(gè)項(xiàng)目。組織學(xué)生進(jìn)行實(shí)操訓(xùn)練，實(shí)訓(xùn)后讓學(xué)生撰寫實(shí)訓(xùn)報(bào)告。培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)能力，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新精神。

（2）參與一個(gè)競(jìng)賽項(xiàng)目

每年，科協(xié)、電教和教育機(jī)器人公司都會(huì)組織各種各樣的中小學(xué)機(jī)器人競(jìng)賽，針對(duì)較高年級(jí)或者低年級(jí)中學(xué)習(xí)內(nèi)容掌握比較好的學(xué)生，鼓勵(lì)他們自己組隊(duì)或者由教師建議組隊(duì)報(bào)名參與中小學(xué)機(jī)器人競(jìng)賽。同時(shí)，我們也遵循創(chuàng)客教育理念，針對(duì)競(jìng)賽項(xiàng)目對(duì)學(xué)生進(jìn)行專項(xiàng)培訓(xùn)。學(xué)生們通過參與競(jìng)賽的某一個(gè)項(xiàng)目可以培養(yǎng)學(xué)生的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，同時(shí)通過賽場(chǎng)間選手的競(jìng)爭(zhēng)學(xué)習(xí)可以快速提升學(xué)生的個(gè)人素質(zhì)。

（3）參加一次等級(jí)考試

2015年，中國(guó)電子學(xué)會(huì)啟動(dòng)了面向青少年（6-18歲）級(jí)別的機(jī)器人技術(shù)等級(jí)考試（包括一～六級(jí)）項(xiàng)目，得到各地教育主管部門和中小學(xué)校的熱情響應(yīng)。創(chuàng)客理念的青少年機(jī)器人教育模式與全國(guó)青少年機(jī)器人技術(shù)等級(jí)考試對(duì)知識(shí)技能的要求基本符合，學(xué)生只需要考試前幾天針對(duì)性學(xué)習(xí)、訓(xùn)練，完全可以輕松通過考試，不會(huì)額外增加學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)?；诖耍覀兠繉W(xué)期鼓勵(lì)學(xué)生報(bào)考機(jī)器人技術(shù)等級(jí)考試，考試結(jié)果可以作為衡量本學(xué)期學(xué)習(xí)成果的一項(xiàng)指標(biāo)。

（4）完成一份滿意作品

基于創(chuàng)客理念的青少年機(jī)器人教育模式最終目的就是讓學(xué)生獨(dú)立完成一份滿意的作品，檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果。在每學(xué)期末，要求學(xué)生運(yùn)用每學(xué)期所學(xué)知識(shí)和技能，獨(dú)立完成一份作品，并撰寫作品技術(shù)說明后提交，教師對(duì)每個(gè)作品進(jìn)行打分，對(duì)每一份作品作出點(diǎn)評(píng)，特別優(yōu)秀作品在全班進(jìn)行展示并放進(jìn)專有的收藏箱進(jìn)行收藏，以滿足以后學(xué)生學(xué)習(xí)的需求。

3.“互聯(lián)網(wǎng)+”配套資源包

我們構(gòu)建的青少年機(jī)器人教育模式，除了“三位一體”的課堂教學(xué)模式和“四個(gè)一”能力培養(yǎng)模式，還結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+”開發(fā)了配套的學(xué)習(xí)資源包，包括線上和線下學(xué)習(xí)兩種方式。線上學(xué)習(xí)主要通過在我們開發(fā)的手機(jī)APP軟件、微信公眾號(hào)和專業(yè)網(wǎng)址提供學(xué)習(xí)資源給學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)，同時(shí)線上還有老師定時(shí)在線答疑和輔導(dǎo)。只要有網(wǎng)絡(luò)，在手機(jī)或者電腦上就可以隨時(shí)學(xué)習(xí)，在線上不僅可以觀看已有的視頻、文本等資源，同時(shí)可以下載學(xué)習(xí)，還可以對(duì)每天的學(xué)習(xí)任務(wù)進(jìn)行分類管理，也鼓勵(lì)學(xué)生將自己的創(chuàng)意隨時(shí)上傳，在線上與老師或者同學(xué)進(jìn)行實(shí)時(shí)互動(dòng)交流，還會(huì)獲取相應(yīng)的學(xué)習(xí)幣。線下學(xué)習(xí)主要是通過查閱我們提供的與課程同步配套的教材、教案、PPT，還可以觀看課程的項(xiàng)目作品微課視頻，實(shí)現(xiàn)課前快速預(yù)習(xí)和課后及時(shí)鞏固，加強(qiáng)學(xué)習(xí)效果。

四、教學(xué)案例

本文選取3期課程《新空城計(jì)》中的《城池巡邏車》作為教學(xué)案例，對(duì)構(gòu)建的課堂機(jī)器人教學(xué)模式進(jìn)行分析。本課程主要適合小學(xué)中高年級(jí)學(xué)生（以小學(xué)三四年級(jí)居多），我們目前試點(diǎn)應(yīng)用的學(xué)校主要是重慶師范大學(xué)附屬小學(xué)。

學(xué)情分析：本課教學(xué)所面對(duì)的是小學(xué)中高年級(jí)組學(xué)生。他們的特點(diǎn)是好奇心強(qiáng)，注意力易分散，抽象思維尚未完全建立，但思維活躍。在前面的學(xué)習(xí)中，學(xué)生們已經(jīng)掌握了一般機(jī)械結(jié)構(gòu)的組成，掌握了一些基本的電路知識(shí)，并對(duì)圖形化編程環(huán)境有一定了解。

教學(xué)目標(biāo)：①初步學(xué)習(xí)小車的機(jī)械結(jié)構(gòu)和搭建；

②理解電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)原理；

③理解火焰/障礙傳感信號(hào)對(duì)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制關(guān)系；

④學(xué)習(xí)電機(jī)控制小車不同轉(zhuǎn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)的編程方法。

課堂教學(xué)過程：

環(huán)節(jié)一：情境引入

教師播放古代士兵夜間巡邏場(chǎng)景，畫面中出現(xiàn)仍然有一些隱秘的火源沒有被及時(shí)發(fā)現(xiàn)的場(chǎng)景。請(qǐng)同學(xué)們想一想在現(xiàn)代我們?cè)趺赐ㄟ^高科技手段及時(shí)發(fā)現(xiàn)火源呢？要通過什么傳感器來檢測(cè)周邊信息呢？

學(xué)生回答：通過傳感器檢測(cè)、火焰?zhèn)鞲衅?.....

環(huán)節(jié)二：提出項(xiàng)目

教師：本節(jié)課我們要制作一個(gè)自動(dòng)城池巡邏車，可以通過火焰/障礙傳感器有效監(jiān)測(cè)周圍信號(hào)，并發(fā)出警報(bào)。（板書：城池巡邏車）

環(huán)節(jié)三：知識(shí)講解

教師：從機(jī)械知識(shí)、電子知識(shí)和編程知識(shí)三個(gè)方面對(duì)本節(jié)課的要點(diǎn)進(jìn)行講解。

環(huán)節(jié)四：動(dòng)手操作

教師：告訴學(xué)生需要準(zhǔn)備的原料，本次課需要的原料主要有：控制器1個(gè)、USB連接線1個(gè)、1分3連接線3個(gè)（1個(gè)輸入和2個(gè)輸出連接線）、火焰/障礙傳感2個(gè)、電機(jī)2個(gè)；梁（1×15）4個(gè)、梁（1×12）2個(gè)、軸一個(gè)、軸套6個(gè)、大輪胎2個(gè)，滑輪1個(gè)、顆粒方塊若干。

學(xué)生：先把原料準(zhǔn)備好，然后通過自主觀察和思考，按照?qǐng)D片進(jìn)行搭建。（圖4是截取的《城池巡邏車》中搭建過程中關(guān)鍵部分的示意圖，這里不做詳細(xì)說明）最后把編寫好的程序，通過USB連接線下載到控制器中，看看巡邏車的運(yùn)動(dòng)情況，并進(jìn)行程序的調(diào)試。

環(huán)節(jié)五：評(píng)價(jià)應(yīng)用

教師：對(duì)課堂內(nèi)容和學(xué)生的實(shí)操表現(xiàn)進(jìn)行總結(jié)分析，對(duì)學(xué)生的完成情況進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，并提出一些新的問題——學(xué)生能否利用今天學(xué)到的知識(shí)，自己設(shè)計(jì)一個(gè)尋跡小車，引發(fā)學(xué)生的思考，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維；

學(xué)生：對(duì)本課的知識(shí)與前面所學(xué)知識(shí)形成漸進(jìn)式知識(shí)體系，通過學(xué)生間的互評(píng)和自評(píng)深化對(duì)知識(shí)的理解，并在課后運(yùn)用新知，展開實(shí)踐和應(yīng)用，制作一個(gè)自己設(shè)計(jì)的小作品。

五、 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)機(jī)器人教育起步較晚，機(jī)器人課堂教學(xué)模式還沒有成熟的經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。本研究以培養(yǎng)學(xué)生興趣為導(dǎo)向，把STEAM和創(chuàng)客教育理念有機(jī)融合，將相關(guān)學(xué)科知識(shí)進(jìn)行內(nèi)容整合，并遵循“玩中做、做中學(xué)”的創(chuàng)客教育理念，構(gòu)建了一套適合青少年機(jī)器人教育的模式。該模式從三個(gè)方面推進(jìn)機(jī)器人教育的發(fā)展：一是“三位一體”的課堂教學(xué)模式；二是“四個(gè)一”能力培養(yǎng)模式；三是“互聯(lián)網(wǎng)+”配套資源學(xué)習(xí)包。但是，難免會(huì)有一些不足之處。我國(guó)中小學(xué)機(jī)器人教學(xué)的理論與實(shí)踐探究和完善，是一個(gè)復(fù)雜而漫長(zhǎng)的工作，還需要教育機(jī)構(gòu)、中小學(xué)學(xué)校、機(jī)器人廠商和一線教師等多方面的共同努力。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳秀鳳，陳奕賢.STEM 理念下中小學(xué)Arduino 機(jī)器人教學(xué)模式研究[J].福建電腦，2015（5）：105-109.

[2]吳金菊，楊豐秋.基于三案三段教學(xué)模式的機(jī)器人教學(xué)探究 [J].中國(guó)教育技術(shù)裝備，2013（5）：5-8.

[3]劉瓊.中學(xué)生機(jī)器人教育模式設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究 [D].石家莊：河北師范大學(xué)，2011：11.

[4]王益， 張劍平. 美國(guó)機(jī)器人教育的特點(diǎn)及其啟示 [J]. 現(xiàn)代教育技術(shù)，2007（11）：108-112.

[5]侯娟. 學(xué)校機(jī)器人教育現(xiàn)狀與思考 [J].軟件導(dǎo)刊（教育技術(shù)），2016（12）： 85-87.

[6]全國(guó)青少年機(jī)器人技術(shù)等級(jí)考試網(wǎng) [DB/OL].http：//www.robotest.cn/article/content-2.html.

[7]王小根，張爽. 面向創(chuàng)客教育的中小學(xué)機(jī)器人教學(xué)研究 [J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2016（8）： 116-121.

[8]劉淑云，馬燕，范文翔.創(chuàng)客理念下師范院校的機(jī)器人教學(xué)模式探究[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2016（7）：120-126.

[9]呂延會(huì).STEM教育的核心精神 [J].當(dāng)代教育科學(xué) ， 2017（5）： 16-19.

[10]Sabochik K.Changing the Equation in STEM Education [EB/OL].[2015-02-08].http：//www.whitehouse.gov/blog/2010/09/16/changing-equation-stem-education.

[11]李小濤，高海燕，鄒佳人，萬昆.“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下的STEAM 教育到創(chuàng)客教育之變遷——從基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)到創(chuàng)新能力的培養(yǎng).[J].遠(yuǎn)程教育雜志，2016（1）：28-36.

[12]馬玉龍.STEAM愿景下的綜合實(shí)踐校本課程開發(fā) [J].基礎(chǔ)教育參考，2017（3）：38-39.

[13]童衛(wèi)芳.創(chuàng)客教育與STEAM 教育的融合與創(chuàng)新 [J].吉林教育，2016（29）：156.

[14]盧海燕. “創(chuàng)客式教育+SPOC”模式下大學(xué)英語(yǔ)校本課程的設(shè)計(jì)[J]. 現(xiàn)代教育技術(shù)，2017（3）：93-98.

[15]吳軍其， 劉 萌. “任務(wù)驅(qū)動(dòng)”法在高校翻轉(zhuǎn)課堂中的應(yīng)用研究——以“網(wǎng)絡(luò)教育資源設(shè)計(jì)與開發(fā)”課程為例[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2015（9）：58-64.

（編輯：郭桂真）