張琳涓

摘 要：自美國格雷特·亞克門（ Georgette Yakman） 教授及其團(tuán)隊提出STEAM 教育之后，STEAM就得到國內(nèi)外專家的認(rèn)可。2014 年，亞克門教授應(yīng)邀到上海發(fā)表 STEAM 教育主題演講，之后STEAM 教育理念便引入中國并逐漸被國人所接受[1]。STEAM 教育是培養(yǎng)綜合性人才的一種創(chuàng)新教育模式，對學(xué)生的計算思維、創(chuàng)新思維、合作學(xué)習(xí)等都具有積極作用，文章在 STEAM 教育的理念下，設(shè)計機(jī)器人教育課程的教學(xué)模式，并在此模式的指導(dǎo)下，在西安市高新第六小學(xué)五年級學(xué)生的“mBot”課程中進(jìn)行教學(xué)實踐，取得了良好的結(jié)果。

關(guān)鍵詞：STEAM 教育；中小學(xué)機(jī)器人課程；教學(xué)模式；教學(xué)實踐

中圖分類號：G622 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-8454（2018）20-0026-04

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，單一的學(xué)科教學(xué)已經(jīng)無法滿足社會發(fā)展的需求，STEAM教育理念的出現(xiàn)將傳統(tǒng)的課堂轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合性課堂，使學(xué)生在課堂上有機(jī)會去接觸更多的學(xué)科。《教育信息化“十三五”規(guī)劃》的通知中提到跨學(xué)科學(xué)習(xí)（STEAM 教育）、創(chuàng)客教育等新的教育形式能夠促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展，學(xué)校應(yīng)大力推崇[2]。在中小學(xué)階段，機(jī)器人教學(xué)是體現(xiàn)STEAM 教育理念的主要方式之一，如樂高機(jī)器人、mBot小車等，本研究主要是對STEAM 教育理念下中小學(xué)機(jī)器人課程教學(xué)模式的研究，STEAM 教育注重學(xué)生運(yùn)用跨學(xué)科思維解決實際問題的能力，注重學(xué)生的創(chuàng)新能力和團(tuán)隊合作能力，筆者基于這些特點對機(jī)器人課程進(jìn)行研究，并構(gòu)建出相應(yīng)的教學(xué)模式。

一、STEAM教育理念與中小學(xué)機(jī)器人教育的結(jié)合

1.STEAM教育的內(nèi)涵

STEAM教育是一種整合科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)和數(shù)學(xué)的學(xué)科教學(xué)，強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科的整合，強(qiáng)調(diào)知識的融會貫通，但它不僅僅是將各個學(xué)科的知識簡單地整合在一起，更重要的是將各個學(xué)科不同的實踐過程和精神內(nèi)涵進(jìn)行融合，是一種創(chuàng)新的學(xué)科融合，能夠讓學(xué)生主動獲取知識，尋求解決問題的方法，能小組合作去完成任務(wù)，最終可以提高學(xué)生解決問題的能力、創(chuàng)新思維能力和合作學(xué)習(xí)的能力，讓學(xué)生能夠更好地融入到班級中， 提高其學(xué)習(xí)興趣。

2.中小學(xué)機(jī)器人教育現(xiàn)狀

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)器人不僅僅局限于工業(yè)和一些研究領(lǐng)域，已開始進(jìn)入教育行業(yè)，機(jī)器人教育通常是指通過組裝、搭建機(jī)器人，并給予適當(dāng)?shù)木幊?，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生綜合能力。機(jī)器人教育中運(yùn)用到的技術(shù)主要有電子傳感器、計算機(jī)軟硬件、人工智能等先進(jìn)技術(shù)，為學(xué)生能力、素質(zhì)的培養(yǎng)承載著新的使命。機(jī)器人技術(shù)綜合了多學(xué)科的發(fā)展成果，也給中小學(xué)信息技術(shù)課程增添了新的活力，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)編程的興趣，更好地鍛煉了學(xué)生的計算思維能力和創(chuàng)新能力。然而由于此學(xué)科的特性，各校對機(jī)器人教育并無定式，近年來，機(jī)器人競賽對中小學(xué)機(jī)器人教育的發(fā)展起到了一定的推動作用。據(jù)調(diào)查，各個學(xué)校都以各種形式開展了機(jī)器人教育活動，但都以競賽的形式為主。

（1）過分注重競賽本身，忽視了學(xué)生能力的培養(yǎng)

就機(jī)器人教育課程而言，筆者除了進(jìn)行文獻(xiàn)檢索，也進(jìn)行了一些實際考察。從今年開始，西安市的中小學(xué)都要求開展機(jī)器人教育課程，但是大部分學(xué)校都是以競賽的形式來開展，舉辦機(jī)器人競賽的主要目的是希望學(xué)生通過比賽能更好地了解機(jī)器人教育，學(xué)到更多的知識。但是近幾年，由于企業(yè)的介入，用競賽的方式去普及學(xué)生機(jī)器人方面的知識并沒有得到較好的結(jié)果[3]，一方面是機(jī)器人競賽要求較高，學(xué)生參與度低，即使有學(xué)生去參加，也很難在短時間內(nèi)了解機(jī)器人教育的真正意義；另一方面，競賽所使用的機(jī)器人產(chǎn)品集成度較高，沒有給學(xué)生太多機(jī)會去動手操作，學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新思維能力都沒有得到較好的培養(yǎng)。

（2）沒有專門的課程設(shè)置，機(jī)器人教育尚未普及

目前中小學(xué)開展機(jī)器人教育的形式主要有選修課、興趣班、活動課、信息技術(shù)課程等幾種形式，主要是以興趣為主。造成這種情況的主要原因是教學(xué)目標(biāo)不強(qiáng)，小學(xué)、初中各階段的目標(biāo)劃分不夠明確，缺乏科學(xué)的教學(xué)設(shè)計，沒有統(tǒng)一的教材，也缺乏對機(jī)器人教學(xué)模式和評價方式的研究，由此可知機(jī)器人教育并沒有得到普及。

（3）師資力量薄弱

實施 STEAM 教育需要一支有學(xué)科經(jīng)驗的高素質(zhì)的教師隊伍，但中小學(xué)大部分學(xué)校都沒有這方面的教師，在當(dāng)前的中小學(xué)教師培訓(xùn)中也沒有針對STEAM 教育方面的培訓(xùn)[4]。因此建立有效的 STEAM 師資培養(yǎng)機(jī)制，加強(qiáng) STEAM的師資隊伍建設(shè)，已成為我國 STEAM 教育發(fā)展亟待解決的關(guān)鍵問題。

3.STEAM教育理念與中小學(xué)機(jī)器人教育結(jié)合的優(yōu)勢

STEAM教育理念就是將多個學(xué)科的知識深入融合在一起，在課堂上學(xué)生可以采取合作、探究等多種學(xué)習(xí)方式，目的是培養(yǎng)學(xué)生的實踐操作能力和創(chuàng)造能力。機(jī)器人教育則為STEAM教育提供了一個新的實踐平臺，學(xué)生通過搭建組裝零件，然后進(jìn)行編程，使得機(jī)器人最終能夠完成相應(yīng)的指令，所以機(jī)器人教育很好地體現(xiàn)了STEAM教育的理念。并且就人才戰(zhàn)略來看，在中小學(xué)開展融入STEAM理念的機(jī)器人教育將推動我國人才向多元化的方向發(fā)展，為國家建設(shè)提供人才支持支撐。

二、STEAM 教育理念下中小學(xué)機(jī)器人教育課程教學(xué)模式的建構(gòu)

相關(guān)理論表明，人類的學(xué)習(xí)正走向創(chuàng)造化，與傳統(tǒng)教育相比，STEAM 教育理念下學(xué)生不僅僅是知識的接收者，而是在原有認(rèn)知的基礎(chǔ)上成為知識的創(chuàng)造者，它強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科，強(qiáng)調(diào)創(chuàng)造，讓學(xué)生能夠改變原有的學(xué)習(xí)方式，更加主動快樂地學(xué)習(xí)，這也是各學(xué)校能夠接受機(jī)器人教育進(jìn)入學(xué)校的關(guān)鍵因素[5]。筆者曾在西安市高新六小實習(xí)一年，經(jīng)過自己的實際教學(xué)，結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)情況，并且與該校教師不斷研討，針對中小學(xué)機(jī)器人教育目前存在的一些問題，構(gòu)建了一種STEAM 教育理念下中小學(xué)機(jī)器人教育的教學(xué)模式，如圖1所示。

該模式具體分為 5 個部分：

1.教學(xué)目標(biāo)

首先了解學(xué)生具體的學(xué)習(xí)情況，在學(xué)生認(rèn)知的基礎(chǔ)上對不同學(xué)科的知識進(jìn)行整合，讓學(xué)生能夠更加全面地掌握知識，對于不同的任務(wù)都能較好地完成知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀三方面的教學(xué)目標(biāo)。

2.教學(xué)過程

（1）教師方面。就教師而言，首先是分配學(xué)習(xí)小組，根據(jù)班級人數(shù)確定小組個數(shù)，機(jī)器人教學(xué)有搭建和編程兩個部分，所以教師在分組時盡量做到平衡，使各小組完成任務(wù)的時間不要相差太大。其次教師要明確項目任務(wù)，對于任務(wù)的說明，教師可以從學(xué)生日常生活出發(fā)，對學(xué)習(xí)任務(wù)進(jìn)行情境創(chuàng)設(shè)，進(jìn)而引入課堂學(xué)習(xí)。最后教師要提供相應(yīng)的學(xué)習(xí)資料，該資料包括課堂任務(wù)所需，同時教師也可以提供一些拓展知識，豐富學(xué)生的思想，引發(fā)學(xué)生的好奇心，讓學(xué)生能夠?qū)φn程更加感興趣。

（2）學(xué)生方面。就學(xué)生而言，從教師創(chuàng)設(shè)的情境中發(fā)現(xiàn)本節(jié)課需要解決的主要問題，明確該問題之后，小組之間合作交流，并制定解決問題的方案。

3.創(chuàng)新與制造

運(yùn)用教師所講的專業(yè)知識和搭建機(jī)器人所運(yùn)用的專業(yè)工具，采用小組合作的方式進(jìn)行成品的組裝并完成相應(yīng)編程任務(wù)，進(jìn)而完成項目制作。

4.成果展示

所有學(xué)生完成任務(wù)后，各小組派出一名學(xué)生進(jìn)行匯報，講述在制作過程中遇到的問題及運(yùn)用到的關(guān)鍵技術(shù)路線，教師與全體學(xué)生要認(rèn)真聽取匯報。

5.評價與反思

（1）評價方法主要包括自評、互評與師評。每個小組匯報結(jié)束后，說出相比于別的小組的優(yōu)勢與劣勢；全班學(xué)生匯報完之后要進(jìn)行交流與分享，讓學(xué)生互相評價，展示學(xué)生的動手能力，同時提高學(xué)生的表達(dá)能力；在學(xué)生陳述之后，教師進(jìn)行適當(dāng)點評，實事求是，把學(xué)生實際的表現(xiàn)反饋到教學(xué)中，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)莫勝p，提高學(xué)生對課程的興趣，進(jìn)而促進(jìn)機(jī)器人教育的持續(xù)發(fā)展。

（2）反思主要包括教師和學(xué)生兩部分。教師主要反思教學(xué)設(shè)計是否完善、教學(xué)目標(biāo)是否完成、學(xué)生對本節(jié)課的內(nèi)容是否感興趣等，學(xué)生主要反思自己本節(jié)課的學(xué)習(xí)情況、小組作業(yè)的完成情況和編程的熟練程度等等。

三、STEAM 教育理念下的中小學(xué)機(jī)器人教育課程的教學(xué)實踐

本研究的研究對象是西安市高新第六小學(xué)五年級學(xué)生。將 STEAM 教育理念下中小學(xué)機(jī)器人教育的教學(xué)模式運(yùn)用到實際的教學(xué)中，讓學(xué)生對這門課程感興趣，同時希望該模式的實踐能夠?qū)σ院骃TEAM教育的發(fā)展做出鋪墊，對教師的課堂教學(xué)有所幫助。本研究主要借助于機(jī)器人教育中的Makeblock mBot，這是一款為素質(zhì)教育而生的適用于低年級學(xué)生的“機(jī)器人小車”，適合初學(xué)者學(xué)習(xí) STEAM 領(lǐng)域的知識，學(xué)生通過合作即可完成相應(yīng)的任務(wù)。mBot主要分為硬件和軟件兩個部分，硬件是一些標(biāo)準(zhǔn)化的電子零件，主要供學(xué)生拼接，完成小車的組裝；而軟件部分則是通過編程，讓小車實現(xiàn)相應(yīng)的功能。Makeblock mBot的推出是跨時代性的，學(xué)生可以在做中學(xué)，在玩中學(xué)，開放學(xué)生的思維，讓學(xué)生的創(chuàng)意天馬行空，也能夠讓學(xué)生體會到編程的樂趣。本研究以“光感小車”為例，闡述該模式下具體的課堂教學(xué)情況。

1.教學(xué)目標(biāo)

學(xué)校開設(shè)mBot課程的總目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、動手操作能力和計算思維能力，通過教學(xué)，學(xué)生能夠掌握mBot小車的結(jié)構(gòu)特點，小組完成簡單的小車組裝、編程和調(diào)試，培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和動手操作能力。并且信息技術(shù)新課標(biāo)規(guī)定要培養(yǎng)學(xué)生的計算思維，培養(yǎng)計算思維最好的表現(xiàn)形式是程序設(shè)計，對于小學(xué)生來說可視化編程是其最好的選擇。從小接觸編程，能夠培養(yǎng)學(xué)生的計算思維，提高學(xué)生分析問題解決問題的能力，讓學(xué)生更好地適應(yīng)社會的發(fā)展和科技的進(jìn)步。通過對不同學(xué)科知識的學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠多角度思考問題，合理使用工具和方法來完成相應(yīng)任務(wù)，形成一個實事求是的科學(xué)態(tài)度和崇尚科學(xué)的價值觀[3]。具體的教學(xué)目標(biāo)如表1所示。

2.教學(xué)過程

（1）教師

本次教育實踐的對象是西安市高新第六小學(xué)五年級的24名小學(xué)生，這個年齡段的學(xué)生比較好動，對未知領(lǐng)域充滿好奇心，熱衷于探索和發(fā)現(xiàn)新的事物。在教學(xué)過程中，教師的任務(wù)主要體現(xiàn)在三方面：①分配學(xué)習(xí)小組。在小組分配的原則上，教師不僅要考慮學(xué)生的智力因素，還要考慮到其非智力因素，通過對學(xué)生的觀察和分析，全面掌握了學(xué)生學(xué)習(xí)的情況之后，以便為小組分配提供更好的依據(jù)，本研究將學(xué)生分為6組，每組4名。②項目任務(wù)確定。項目任務(wù)方面，學(xué)生學(xué)習(xí)活動內(nèi)容的選擇需要考慮現(xiàn)實的學(xué)習(xí)情境與確定的學(xué)習(xí)目標(biāo)。在項目任務(wù)的選取方面需要注意兩點：第一，每節(jié)課任務(wù)的選取都要與教育機(jī)器人載體緊密相關(guān)，就mBot小車而言，不同的配件組裝起來的功能、用途等都不相同，要獲得的知識與技能、過程與方法以及情感態(tài)度也會有較大的差異；第二，綜合考慮課堂環(huán)境和學(xué)生的認(rèn)知水平，如物理空間的現(xiàn)實條件、創(chuàng)設(shè)的情境、活動中采用的教學(xué)方法等都是影響項目任務(wù)確定的因素[6]。③提供學(xué)習(xí)資料。最后教師要提供給學(xué)生相應(yīng)的學(xué)習(xí)資源，包括教學(xué)資源和學(xué)習(xí)環(huán)境的開發(fā)，教學(xué)資源主要包括PPT、微視頻、軟件安裝包等，為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)或合作學(xué)習(xí)提供必要的條件。學(xué)習(xí)環(huán)境的開發(fā)主要體現(xiàn)在物理環(huán)境和教學(xué)設(shè)備兩個方面，本研究是在學(xué)校的STEAM教室授課，教室格局的布置、實驗器材的擺放、使用與存儲等都是需要考慮的重要因素。

（2）學(xué)生

學(xué)生的任務(wù)主要有明確項目任務(wù)和小組合作交流兩個方面。就“光感小車”這節(jié)課而言，首先進(jìn)行背景知識的講解，創(chuàng)設(shè)具體的情境，播放相應(yīng)的視頻，引發(fā)學(xué)生思考，創(chuàng)設(shè)項目，進(jìn)入分組式教學(xué)，學(xué)生以小組的形式完成相應(yīng)的任務(wù)。表2呈現(xiàn)的是“光感小車”的教學(xué)過程。

3.創(chuàng)新與制作

項目制作，在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生自己動手完成光感小車的組裝和相應(yīng)的編程；最后完成相關(guān)的作品，具體情況如表3所示。

4.成果展示

成果展示主要是讓學(xué)生匯報作品，每個小組派一名學(xué)生進(jìn)行匯報，將自己小組的創(chuàng)作過程以及創(chuàng)作過程中遇到的困難和解決的方法進(jìn)行分享。

5.評價與反思

評價主要分為小組自評、組內(nèi)互評和教師點評三個部分。教師主要從小組搭建機(jī)器人、小組成員的編程、組內(nèi)的合作、小組成員的表達(dá)能力和對待問題的解決能力幾個方面來點評，尤其要重視在這個創(chuàng)作的過程中學(xué)生是否有所收獲，不要一味地關(guān)注作品是否完成。教師可以錄制視頻，之后認(rèn)真研究視頻，幫助學(xué)生提升。反思主要從教師和學(xué)生兩方面展開，就教師而言，總結(jié)授課問題，例如本節(jié)課學(xué)生對“光感小車”硬件的基本功能掌握比較快，編程部分掌握較慢，因此需要進(jìn)行合理的調(diào)整，本節(jié)課在搭建小車的過程中會有電路連接，有些小組出現(xiàn)連接錯誤的情況，以至于后續(xù)教學(xué)環(huán)節(jié)時間較為緊張，導(dǎo)致問題產(chǎn)生的原因是上課之前教師的預(yù)估不足，因此以后的課程中教師要從多個角度了解學(xué)生各方面的認(rèn)知水平，進(jìn)而進(jìn)行合理的教學(xué)設(shè)計。就學(xué)生而言，要反思自己本節(jié)課的學(xué)習(xí)情況、小組合作的完成情況、編程的熟練程度等等，通過反思讓自己各方面都有所提升。

四、結(jié)束語

當(dāng)前我國中小學(xué)機(jī)器人教育整體水平較低，為了更好地適應(yīng)社會的發(fā)展，為社會培養(yǎng)更多的高端人才，相關(guān)教育工作者要意識到機(jī)器人教育的重要性。本研究嘗試將STEAM 教育與mBot小車相結(jié)合，構(gòu)建出 STEAM 理念下中小學(xué)機(jī)器人教育的教學(xué)模式，并在高新六小進(jìn)行了教育實踐，發(fā)現(xiàn)此課程能激發(fā)學(xué)生的想象力，為學(xué)生學(xué)習(xí)提供了更廣闊的空間，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)造力和實踐操作能力[7]。但也出現(xiàn)了一些新的問題，教師要思考如何更好地進(jìn)行課程設(shè)計，讓學(xué)生能夠更好地進(jìn)行探索和實踐，基于發(fā)現(xiàn)的種種問題，還需要開展更多的理論研究與實踐探究來加以解決。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙慧臣，陸曉婷.開展STEAM教育，提高學(xué)生創(chuàng)新能力——訪美國 STEAM 教育知名學(xué)者格雷特·亞克門教授[J].開放教育研究，2016，22（5）：4-10.

[2]王巍，袁磊.幼小銜接階段基于項目的 STEAM 課程教學(xué)模式研究[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)距離教育，2018（3）：51-58.

[3]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)，2016，26（7）：120-126.

[4]胡畔，蔣家傅，陳子超.我國中小學(xué) STEAM 教育發(fā)展的現(xiàn)實問題與路徑選擇[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2016，26（8）：22-27.

[5]薄麗娜.STEAM教育理念下中小學(xué)創(chuàng)客課程教學(xué)模式的探究[J].中國教育信息化，2018（4）：36-39.

[6]馬云霞.STEAM教育理念下師范院校機(jī)器人教學(xué)實踐研究——以《人工智能》機(jī)器人實驗課為例[D].西安：陜西師范大學(xué)，2017.

[7]鄭賢.基于STEAM的小學(xué)《3D打印》課程設(shè)計與教學(xué)實踐研究[J].中國電化教育，2016（8）：82-86.

（編輯：魯利瑞）