馬靜哲

摘 ?要 信息技術(shù)的快速發(fā)展，使得協(xié)作問題解決能力已經(jīng)成為新時代人才的必備技能。機器人課程作為一門綜合實踐性課程，是培養(yǎng)學(xué)生問題解決能力的有效載體。通過對協(xié)作問題解決能力內(nèi)涵和協(xié)作問題解決一般過程的分析，結(jié)合機器人教育課程特點，設(shè)計培養(yǎng)學(xué)生協(xié)作問題解決能力模型，期望能夠為教育創(chuàng)新和培養(yǎng)新型人才提供參考和幫助。

關(guān)鍵詞 協(xié)作問題解決能力;機器人教育;核心素養(yǎng);思維導(dǎo)圖

中圖分類號：G434 ? ?文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）05-0065-03

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，人類進入信息時代，知識和技能的不斷變遷使得未來工作環(huán)境更加復(fù)雜化，協(xié)作問題解決能力成為人才的必備技能，培養(yǎng)青少年的協(xié)作問題解決能力逐漸成為一項重要教育目標。2016年，我國發(fā)布《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》，其中將問題解決作為“實踐創(chuàng)新”核心素養(yǎng)的關(guān)鍵因素。由此可見，人才培養(yǎng)應(yīng)順應(yīng)時代發(fā)展，將培養(yǎng)學(xué)生協(xié)作問題解決能力作為一項重要的教育目標。在此背景下如何有效地培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力，成為亟待解決的重要課題。

1 協(xié)作問題解決能力

協(xié)作問題解決的內(nèi)涵 ?關(guān)于協(xié)作問題解決的內(nèi)涵，學(xué)者的表述各不相同，但目前應(yīng)用較為廣泛的是“國際學(xué)生評估項目”（Programmer for International Student Assessment，簡稱PISA）對協(xié)作問題解決能力的定義：學(xué)生能夠有效參與問題解決過程，能夠在該過程中與他人共享解決問題時所付出的努力，并通過協(xié)作交流與他人共同制訂解決方案，最終實現(xiàn)解決方案[1]。通過該定義可以看出，協(xié)作問題解決能力包含兩個維度，即協(xié)作維度與問題解決維度，這一觀點在早期的定義中也有所闡述。2011年，Griffin在ATC21S（Assessment and Teaching of 21st Century Skills，簡稱ATC21S）框架中將其劃分為認知技能和社交技能兩個層面，其中社交技能包括參與發(fā)表觀點和任務(wù)完成，認知技能包括任務(wù)管理、知識建構(gòu)與學(xué)習[2]。因此，在對學(xué)生協(xié)作問題解決能力的培養(yǎng)教學(xué)中可以分別從協(xié)作和問題解決兩個維度進行。

協(xié)作問題解決一般過程 ?關(guān)于問題解決一般過程的研究已形成諸多理論，詳細描述了學(xué)生在解決問題時各階段所呈現(xiàn)的心理特征。1957年，Polya從教師授課角度出發(fā)，認為教師可以通過明確問題、制訂計劃、實現(xiàn)計劃、反思回顧進行問題解決教學(xué)[3]。PISA測試中對學(xué)生的問題解決過程分為理解、描述、展示、解決、反思、交流六個步驟[4]。

綜上分析，本研究將協(xié)作問題解決的一般過程劃分為：問題的識別與定義→探索可能的策略→制訂詳細的行動計劃→預(yù)測可能會出現(xiàn)的成果→實施行動→與同伴或教師交流反思協(xié)商行動成果并內(nèi)化為自身知識，以供下一次解決問題使用。

協(xié)作問題解決能力培養(yǎng)研究現(xiàn)狀 ?關(guān)于對學(xué)生問題解決能力的培養(yǎng)研究中，我國學(xué)者也先后提出多種方法。如馬云鵬[5]在《小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)論》中介紹了數(shù)學(xué)問題的解決過程和方法，并提出培養(yǎng)數(shù)學(xué)問題解決能力的教學(xué)策略。伍遠岳等[6]從心理學(xué)視角提出能夠促進問題解決的策略。張屹等[7]在小學(xué)三年級數(shù)學(xué)課中設(shè)計了APT教學(xué)模型培養(yǎng)學(xué)生問題提出能力與問題解決能力。

綜上所述，我國目前對于學(xué)生問題解決能力的培養(yǎng)研究多數(shù)集中在單一學(xué)科領(lǐng)域，而現(xiàn)實生活中的問題往往會涉及多個學(xué)科領(lǐng)域，所以需要具有綜合多學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)容的課程為載體，才能更有效地培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力。

2 機器人教育支持協(xié)作問題解決能力培養(yǎng)的可行性分析

機器人教育作為一門綜合性學(xué)科課程，課程內(nèi)容大致可分為兩個層次：一是機器人基礎(chǔ)知識課程，包括機器人原理、模型組裝、動力機械的搭建，涉及物理、科學(xué)、工程學(xué)科等領(lǐng)域內(nèi)容;二是機器人程序編寫，包含機器人基礎(chǔ)程序編寫、電子元器件的操作控制、數(shù)據(jù)的處理等，涉及信息技術(shù)和數(shù)學(xué)等學(xué)科的內(nèi)容。已有研究表明，機器人課程作為促進學(xué)生實踐創(chuàng)新、協(xié)作交流的有效載體，可以從以下兩個層面提升學(xué)生的協(xié)作問題解決能力。

1）教學(xué)目標層面，吳永和等[8]結(jié)合機器人教育的特點，從深度探究、生涯指導(dǎo)以及學(xué)習體驗三個層面進行了機器人課程目標的設(shè)計。其中在學(xué)習體驗角度著重強調(diào)了引導(dǎo)學(xué)生思考，能夠獨立發(fā)現(xiàn)、提出問題，并且可以積極參與協(xié)作學(xué)習、交流討論等，以增強其科學(xué)探究能力。

2）學(xué)習形式層面，機器人教育作為一門可以支持多學(xué)科融合的活動課程，涉及任務(wù)的邏輯、系統(tǒng)處理、設(shè)計作品、測試與調(diào)試、迭代優(yōu)化等。另外，學(xué)生在拼裝、設(shè)計、程序的編寫與運行、系統(tǒng)情境任務(wù)處理的過程中，能夠培養(yǎng)自主設(shè)計開發(fā)能力、問題解決能力和計算思維，因此，機器人課程成為培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)和問題解決能力的良好載體[9]。

3 協(xié)作問題解決能力培養(yǎng)模型設(shè)計

通過對問題解決能力的內(nèi)涵與一般過程以及機器人教育進行分析，本研究以問題解決的一般流程為導(dǎo)向，按照教師行為和學(xué)生行為的雙路徑設(shè)計了協(xié)作問題解決能力模型。在此模型中，教師通過對機器人課程知識的梳理，選取合適的教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)設(shè)學(xué)習情境，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，開發(fā)配套資源，形成對問題的初步表征，通過設(shè)計不同的教學(xué)活動來豐富機器人教學(xué)過程，促進學(xué)生對問題解決策略的探索，制訂解決方案，最后通過不同的評價活動以促進學(xué)生對問題解決過程進行反思。具體如圖1所示。

設(shè)計配套資源，激發(fā)原有認知 ?學(xué)習者的已有認知結(jié)構(gòu)是問題得以解決的先決條件[10]。面對同一問題，不同解決者的能力不同，高認知水平學(xué)習者和低認知水平學(xué)習者在解決問題時的最大不同就在于知識在其記憶中存儲和提取的方式不同：認知水平較高的學(xué)習者善于將原有知識分層次按類別地組織，在提取時檢索相關(guān)知識會更加清晰明確;而認知水平一般的學(xué)習者則是將原有認知雜亂無序地存儲在記憶中，不便于提取和使用。另外，機器人教育課程本身所涉及的知識較為廣泛復(fù)雜，不利于學(xué)習者對于知識的梳理。因此需要設(shè)計開發(fā)適應(yīng)機器人課程學(xué)習的教學(xué)資源以幫助學(xué)生梳理知識，進而幫助學(xué)生解決問題。

1）課程前期。教師可以根據(jù)本節(jié)課所涉及的知識以書面文本、圖片、視音頻等形式進行整合，應(yīng)包括模型搭建所需要的器材、模型所要呈現(xiàn)的功能和效果、涉及的編程程序、相關(guān)案例分析等。

2）課程后期。在學(xué)生完成作品時要為學(xué)生提供本節(jié)課程所涉及的內(nèi)容總結(jié)。思維導(dǎo)圖是一種能夠?qū)⑺季S過程可視化的學(xué)習工具，可以幫助學(xué)生整理思維，組織知識結(jié)構(gòu)。因此，可以在機器人課程結(jié)束時采用思維導(dǎo)圖來梳理知識、總結(jié)課程內(nèi)容，進一步幫助學(xué)生內(nèi)化知識。

豐富教學(xué)過程，促進協(xié)作共享 ?要培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)作交流能力，分組學(xué)習能夠很好地解決這個問題。每位學(xué)生都是獨立的個體，想要其進行合作協(xié)同解決問題，首先要將這些獨立的學(xué)生分成多個小組，然后在分組合作學(xué)習的基礎(chǔ)上組織一些能夠促進學(xué)生進行知識共享的活動內(nèi)容。如階段性匯報，教師組織學(xué)生在特定的教學(xué)階段進行階段性匯報，階段不同，所要匯報的內(nèi)容亦不相同。例如：在課程中期，問題未得到解決之前，匯報內(nèi)容應(yīng)包括為解決問題所搜集到的材料、當前遇到的困難以及接下來要執(zhí)行的計劃方案等;在問題得以順利解決之后，匯報內(nèi)容則應(yīng)包括解決問題所采用的策略方法，對問題解決過程產(chǎn)生的知識總結(jié)等。其他組內(nèi)成員要對發(fā)表的觀點提出建議或評價，該環(huán)節(jié)能夠促進學(xué)生共享知識，保證每位小組成員不僅解決自己的問題，還參與其他成員的問題解決過程，以此大大增加每位學(xué)生接受的知識量。

多元評價交流，推動反思內(nèi)化 ?反思是促進學(xué)生學(xué)習和發(fā)展學(xué)生能力的有效方式。在學(xué)生解決一定的問題之后，應(yīng)引導(dǎo)他們對問題解決的過程、策略、方法和結(jié)果進行反思[6]。另外，機器人課程的評價內(nèi)容具有特殊性且內(nèi)容復(fù)雜，在知識技能方面包括對機器人基礎(chǔ)知識的了解、對搭建零件的認識、模型的拼裝和優(yōu)化等;在思維能力方面包含團結(jié)協(xié)作，共同完成項目或競賽的交流溝通能力、問題解決能力、模型搭建與改進的動手執(zhí)行能力、方案設(shè)計的創(chuàng)新能力等。具體可以采用以下兩種方式開展機器人課程的評價活動。

1）對知識技能方面進行評價時，教師可以設(shè)計與課程內(nèi)容相匹配的作品評價表，評價表內(nèi)容應(yīng)包含學(xué)生基礎(chǔ)知識的學(xué)習、模型的搭建和優(yōu)化過程以及作品所實現(xiàn)的功能和效果，結(jié)合問題解決能力教師評價量表進行測量記錄，并且將作品評價表和協(xié)作問題解決能力的測量結(jié)果反饋給每位學(xué)生，使學(xué)生能夠清晰認識到機器人課程學(xué)習和問題解決情況。

2）對思維能力進行評價時，可以選擇自我總結(jié)的評價方式。引導(dǎo)學(xué)生對本組作品進行分析，從機器人結(jié)構(gòu)搭建過程、拼裝優(yōu)化、作品創(chuàng)新程度等方面進行分析匯報，回憶整個問題解決過程，并反思在整個問題解決過程中是否存在不足或者是否存在更好的解決方法。通過多種評價方式促進學(xué)生對問題解決過程進行反思，使本次問題解決所產(chǎn)生的知識能夠遷移到下一次問題的解決過程中。

4 結(jié)語

協(xié)作問題解決能力作為當代社會人才的一種必備技能，也是一種促進學(xué)生終身學(xué)習和適應(yīng)復(fù)雜工作環(huán)境的基礎(chǔ)技能。本研究在對協(xié)作問題解決的內(nèi)在機制以及學(xué)生協(xié)作問題解決的一般過程進行分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計了培養(yǎng)學(xué)生協(xié)作問題解決能力模型。但本研究目前尚處于理論分析階段，在后續(xù)的研究中會進行機器人教學(xué)案例設(shè)計并進行實驗驗證，期望能夠為教育創(chuàng)新和培養(yǎng)新型人才提供更多參考和幫助。

參考文獻

[1]檀慧玲，李文燕，萬興睿.國際教育評價項目合作問題解決能力測評：指標框架、評價標準及技術(shù)分析[J].電化教育研究，2018（9）：123-128.

[2]Griffin P， Care E. Assessment and teaching of 21stCentury skills： Methods and Approach[M].Dordrecht： Springer，2015：3-33.

[3]Polya G. How to solve it： A new aspect of mathema-tical method[M].New Jersey： Princeton university press，1957：5-6.

[4]楊學(xué)敬，徐斌艷.問題解決內(nèi)涵的重構(gòu)：來自PISA的啟示[J].教育科學(xué)，2007（2）：32-35.

[5]馬云鵬.小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)論[M].北京：人民教育出版社，2013.

[6]伍遠岳，謝偉琦.問題解決能力：內(nèi)涵、結(jié)構(gòu)及其培養(yǎng)[J].教育研究與實驗，2013（4）：48-51.

[7]張屹，董學(xué)敏，陳蓓蕾，等.智慧教室環(huán)境下的APT教學(xué)對小學(xué)生問題提出與問題解決能力的培養(yǎng)研究[J].中國電化教育，2018（4）：57-65.

[8]吳永和，李彤彤.機器智能視域下的機器人教育發(fā)展現(xiàn)狀、實踐、反思與展望[J].遠程教育雜志，2018（4）：79-87.

[9]楊玉芹，龍彥文，孫鈺峰.小學(xué)生計算思維培養(yǎng)的過程和策略研究：基于對武漢市從事機器人教育的26位教師的深度訪談[J].電化教育研究，2019（12）：115-121.

[10]樊雅琴，黃若琳，崔迎，等.STEM教育背景下學(xué)生問題解決能力的培養(yǎng)[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2019（1）：114-119.