郭雪晶

（廣東省佛山市順德區(qū)北滘中學(xué)，廣東佛山 528311）

一、研究背景

（一）新高考背景下強(qiáng)調(diào)思維培養(yǎng)重要性

新高考對(duì)學(xué)生能力培養(yǎng)提出了新要求，伴隨高考改革，2017年新頒布的高中課程標(biāo)準(zhǔn)提出了每個(gè)學(xué)科的核心素養(yǎng)，提出學(xué)生學(xué)科思維能力培養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)思維培養(yǎng)的重要性，同時(shí)強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)其創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力，需要學(xué)生具備創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新思維。有學(xué)者認(rèn)為設(shè)計(jì)思維是用創(chuàng)造性的方法用來(lái)滿(mǎn)足用戶(hù)的需求[1]，IDEO總裁Tim Brown認(rèn)為設(shè)計(jì)思維是一種以人為本的創(chuàng)新方式，不僅僅是一種分析性思考，還是一個(gè)靈感、構(gòu)思、實(shí)施的過(guò)程。設(shè)計(jì)思維作為創(chuàng)新思維的一種，在教育教學(xué)中能激發(fā)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中新思路及新方法，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新精神與實(shí)踐能力的發(fā)展。

（二）機(jī)器人教學(xué)中的現(xiàn)實(shí)際遇

在現(xiàn)存的機(jī)器人教學(xué)中，存在什么最實(shí)用就教什么、比賽項(xiàng)目有什么就教什么的認(rèn)識(shí)偏差，處于一種為了學(xué)技術(shù)而學(xué)習(xí)、為了比賽而學(xué)習(xí)的困境。在教學(xué)過(guò)程中注重技術(shù)操作而很少滲透原理知識(shí)掌握，有學(xué)者將以上現(xiàn)象稱(chēng)為“技能化傾向”，注重制作過(guò)程，缺少創(chuàng)作思考，學(xué)生興趣不足，從而達(dá)不到學(xué)生思維能力的培養(yǎng)目標(biāo)。

（三）以設(shè)計(jì)思維為媒介探索機(jī)器人教學(xué)新范式

在核心素養(yǎng)下，學(xué)校作為培養(yǎng)人的基地，需要培養(yǎng)更多具有創(chuàng)新思維能力的人才，在機(jī)器人教學(xué)的現(xiàn)實(shí)際遇不能很好滿(mǎn)足需求時(shí)，就需要提出新范式來(lái)改進(jìn)教學(xué)。本研究以設(shè)計(jì)思維為媒介來(lái)解決上述問(wèn)題，為教育教學(xué)改革提供新思路。設(shè)計(jì)思維就是設(shè)計(jì)者在工作中歸納出來(lái)的過(guò)程，設(shè)計(jì)本身就是創(chuàng)意產(chǎn)出的過(guò)程，將設(shè)計(jì)思維融入到機(jī)器人教學(xué)過(guò)程中，教師根據(jù)實(shí)際情況靈活調(diào)整教學(xué)活動(dòng)，學(xué)習(xí)者以多元思維處理問(wèn)題，打破思維定式，可以有效培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力。

二、國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)思維和機(jī)器人教學(xué)實(shí)踐相關(guān)研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)對(duì)于設(shè)計(jì)的研究稍晚于國(guó)外，在教育領(lǐng)域，關(guān)于設(shè)計(jì)思維的研究主要涉及藝術(shù)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。此后越來(lái)越多的專(zhuān)家學(xué)者意識(shí)到設(shè)計(jì)思維在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神與創(chuàng)造力等方面的重要性，積極探索在課程教學(xué)中融入設(shè)計(jì)思維，將設(shè)計(jì)思維融入到創(chuàng)客和STAEM領(lǐng)域，例如閆寒冰在創(chuàng)客教育實(shí)踐中融入設(shè)計(jì)思維[2]。楊緒輝等人探索了設(shè)計(jì)思維對(duì)創(chuàng)客教育活動(dòng)的指導(dǎo)意義[3]。祝智庭等人將設(shè)計(jì)思維應(yīng)用在信息技術(shù)課程中，用來(lái)幫助學(xué)生解決問(wèn)題和設(shè)計(jì)作品[4]。

目前國(guó)內(nèi)的機(jī)器人教學(xué)多數(shù)以競(jìng)賽為依托，以社團(tuán)課、興趣班、選修課等形式開(kāi)展，由信息技術(shù)教師承擔(dān)教學(xué)任務(wù)。雖然也有部分有條件的學(xué)校將機(jī)器人教學(xué)歸入正式課堂教學(xué)，但是對(duì)一線(xiàn)教師而言，其教學(xué)資源、教學(xué)方式、活動(dòng)開(kāi)展及機(jī)器人教學(xué)策略尚未形成系統(tǒng)的授課內(nèi)容和方式。此外，目前機(jī)器人教學(xué)多數(shù)是以技能習(xí)得為主，較少在機(jī)器人教學(xué)中注重促進(jìn)學(xué)生能力發(fā)展，有不少學(xué)者研究了在機(jī)器人教學(xué)中對(duì)學(xué)生思維能力的培養(yǎng)，但多數(shù)是以理論的方式進(jìn)行闡述，很少進(jìn)行實(shí)踐研究。同時(shí)，通過(guò)文獻(xiàn)分析可知，大多開(kāi)展機(jī)器人教學(xué)課程的是在小學(xué)和初中學(xué)段，在高中開(kāi)展機(jī)器人教學(xué)研究的較少。

三、相關(guān)概念

（一）設(shè)計(jì)思維

設(shè)計(jì)思維概念源于1969年Simon《人工科學(xué)》著作中，他認(rèn)為人工科學(xué)與自然科學(xué)的差異在于人工科學(xué)有設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)思維可以有效地將人工科學(xué)與自然科學(xué)相融合[5]。早期設(shè)計(jì)思維被廣泛應(yīng)用在設(shè)計(jì)學(xué)領(lǐng)域，設(shè)計(jì)思維是設(shè)計(jì)者工作時(shí)的思維方式，是基于設(shè)計(jì)工作本質(zhì)，深入并廣泛思考用戶(hù)需求，用以加深對(duì)用戶(hù)的理解。斯坦福大學(xué)教授RoIf.A.Faste將設(shè)計(jì)思維定義為一種創(chuàng)造性活動(dòng)的方法，在教學(xué)過(guò)程中逐漸推廣設(shè)計(jì)思維。設(shè)計(jì)思維的本質(zhì)是創(chuàng)新，設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)創(chuàng)新，設(shè)計(jì)思維為創(chuàng)新思維提供了一個(gè)新視角[6]。

本研究基于斯坦福大學(xué)設(shè)計(jì)學(xué)院劃分設(shè)計(jì)思維的五個(gè)過(guò)程，分別是共情、定義、設(shè)想、原型和測(cè)試，認(rèn)為設(shè)計(jì)思維是一種創(chuàng)造性思維能力，設(shè)計(jì)思維要求學(xué)習(xí)者明確作品需求，分析出問(wèn)題，通過(guò)思考，提出解決問(wèn)題方案，最后進(jìn)行測(cè)試，是一個(gè)不斷重復(fù)迭代過(guò)程，在迭代過(guò)程中，促進(jìn)設(shè)計(jì)思維能力發(fā)展。

（二）機(jī)器人教學(xué)

機(jī)器人的許多特征，包括可重復(fù)性、靈活性、數(shù)字化、人形外觀、身體運(yùn)動(dòng)和交互，都與教學(xué)目標(biāo)相關(guān)，與教育目的契合[7]。機(jī)器人課程創(chuàng)新性、綜合性、實(shí)踐性和探究性特征優(yōu)勢(shì)被越來(lái)越多學(xué)校關(guān)注，不少學(xué)校開(kāi)展機(jī)器人教學(xué)。機(jī)器人學(xué)習(xí)內(nèi)容涉獵廣泛，涉及到數(shù)學(xué)、物理、機(jī)械工程及通信工程相關(guān)知識(shí)，同時(shí)還要了解機(jī)械零件設(shè)計(jì)、電路連接及計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言，機(jī)器人競(jìng)賽是融合教育與技術(shù)，是以任務(wù)為導(dǎo)向的教學(xué)活動(dòng)。本研究的機(jī)器人教學(xué)是以競(jìng)賽為目的，通過(guò)設(shè)計(jì)一系列機(jī)器人教學(xué)活動(dòng)，讓學(xué)生在活動(dòng)中促進(jìn)學(xué)生設(shè)計(jì)思維能力的發(fā)展。

四、理論基礎(chǔ)

（一）建構(gòu)主義理論

較早提出建構(gòu)主義理論的是瑞士學(xué)者皮亞杰。建構(gòu)主義認(rèn)為學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)知識(shí)是在一定文化情境下發(fā)生的，通過(guò)自身意義建構(gòu)而獲得，包括情境、協(xié)作、會(huì)話(huà)和意義建構(gòu)四要素[8]。

建構(gòu)主義對(duì)本研究的啟示為要在機(jī)器人教學(xué)過(guò)程中體現(xiàn)以學(xué)生為中心，通過(guò)創(chuàng)造真實(shí)有趣貼合學(xué)生實(shí)際的情境，教師對(duì)學(xué)生進(jìn)行引導(dǎo)，使得學(xué)生在合作學(xué)習(xí)中完成知識(shí)內(nèi)容化，達(dá)到知識(shí)有意義建構(gòu)的目標(biāo)。

（二）杜威“做中學(xué)”理論

美國(guó)教育家杜威通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)教育思考研究，提出了“做中學(xué)”觀點(diǎn)?！白鲋袑W(xué)”體現(xiàn)在學(xué)習(xí)的過(guò)程是發(fā)生在做的過(guò)程中，也是在經(jīng)驗(yàn)中進(jìn)行學(xué)習(xí)?！白鲋袑W(xué)”認(rèn)為學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者將知識(shí)和自己的經(jīng)驗(yàn)建立聯(lián)系，逐漸更迭，讓學(xué)習(xí)者所學(xué)知識(shí)形成螺旋式增長(zhǎng)[9]。

“做中學(xué)”對(duì)本研究的啟示為學(xué)習(xí)是不斷反復(fù)的過(guò)程，學(xué)生學(xué)習(xí)的發(fā)生是在機(jī)器人教學(xué)過(guò)程中要體現(xiàn)做中有學(xué)、學(xué)中有做。此外還應(yīng)與學(xué)生建立融洽師生關(guān)系，多了解學(xué)生需求，從而進(jìn)行有效指導(dǎo)。

（三）活動(dòng)理論

活動(dòng)理論在各學(xué)者研究下不斷發(fā)展和豐富。目前應(yīng)用廣泛的是恩格斯托姆的活動(dòng)理論體系，包括主體、客體、工具、共同體、規(guī)則和勞動(dòng)分工六要素，工具是主體和客體聯(lián)系橋梁，主體與共同體通過(guò)規(guī)則相連接，客體與共同體因勞動(dòng)分工建立聯(lián)系[10]，一個(gè)完整的活動(dòng)是包括多要素的組合，各要素之間具有層次結(jié)構(gòu)。

活動(dòng)理論對(duì)本研究的啟示為：在機(jī)器人學(xué)習(xí)活動(dòng)中充分考慮活動(dòng)六要素，通過(guò)活動(dòng)設(shè)計(jì)，學(xué)生之間進(jìn)行小組協(xié)作，加強(qiáng)學(xué)生間社會(huì)性交互，通過(guò)活動(dòng)內(nèi)化，完成知識(shí)建構(gòu)。

（四）多元智能理論

多元智能理論是哈佛大學(xué)心理學(xué)教授加德納在其著作《多元智能理論》中提出的，加德納認(rèn)為人的智能涵蓋了言語(yǔ)智能、數(shù)理邏輯智能、音樂(lè)智能、空間智能、運(yùn)動(dòng)智能、人際交往智能、內(nèi)省智能和自然觀察智能[11]。

多元智能理論對(duì)本研究的啟示為:機(jī)器人學(xué)習(xí)是一個(gè)跨學(xué)科綜合性課程，需要學(xué)生利用各學(xué)科知識(shí)才能完成機(jī)器人制作，機(jī)器人教學(xué)本身對(duì)學(xué)生多元智能開(kāi)發(fā)具有重要意義，在機(jī)器人教學(xué)中，學(xué)生發(fā)揮各自特長(zhǎng)，發(fā)表創(chuàng)意，多交流、參加各自競(jìng)賽、分工合作，依據(jù)每個(gè)學(xué)生的智能特點(diǎn)進(jìn)行學(xué)習(xí)，發(fā)揮學(xué)生各自智能優(yōu)勢(shì)。

五、機(jī)器人學(xué)習(xí)活動(dòng)內(nèi)容分析

（一）機(jī)器人學(xué)習(xí)活動(dòng)要素

活動(dòng)作為一個(gè)系統(tǒng)，是由多要素及其相互之間影響構(gòu)成的系統(tǒng)。本研究基于活動(dòng)理論，以活動(dòng)理論中六要素為視角，分析在機(jī)器人學(xué)習(xí)活動(dòng)中各個(gè)元素內(nèi)容，如圖1所示為機(jī)器人學(xué)習(xí)活動(dòng)要素。

圖1 機(jī)器人學(xué)習(xí)活動(dòng)要素

（二）機(jī)器人學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)原則

1.教學(xué)內(nèi)容多樣性

在進(jìn)行機(jī)器人學(xué)習(xí)中，學(xué)生要掌握的內(nèi)容多樣，包括計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)、電子線(xiàn)路圖、軟件制圖、傳感器功能及模塊搭建和程序調(diào)試等，完成機(jī)器人制作和其功能實(shí)現(xiàn)，通過(guò)知識(shí)的碰撞，在機(jī)器人學(xué)習(xí)活動(dòng)中產(chǎn)生思維的火花，在任務(wù)完成中滲透思維能力培養(yǎng)。

2.教學(xué)目標(biāo)多元性

機(jī)器人教學(xué)是一門(mén)跨學(xué)科的綜合性課程，涉及內(nèi)容包括計(jì)算機(jī)、物理、數(shù)學(xué)、機(jī)械，甚至還涉及到美術(shù)等學(xué)科內(nèi)容，通過(guò)機(jī)器人學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生編程能力、動(dòng)手操作能力、工程意識(shí)及創(chuàng)造能力的發(fā)展?？梢栽跈C(jī)器人學(xué)習(xí)活動(dòng)中設(shè)計(jì)一些有思考意義的問(wèn)題，指引學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、搜集資料、設(shè)計(jì)解決方案、實(shí)施方案并進(jìn)行效果驗(yàn)證。因此在進(jìn)行機(jī)器人學(xué)習(xí)活動(dòng)目標(biāo)設(shè)計(jì)時(shí)不僅要讓學(xué)生掌握知識(shí)、習(xí)得技能，還要促進(jìn)思維發(fā)展。

3.教學(xué)過(guò)程實(shí)踐性

建構(gòu)主義認(rèn)為知識(shí)的掌握是發(fā)生在真實(shí)情境中的，通過(guò)不斷實(shí)踐進(jìn)而完成知識(shí)建構(gòu)。在機(jī)器人活動(dòng)中，過(guò)程具有可操作和實(shí)踐性，首先學(xué)生通過(guò)觀察和理解、確定問(wèn)題、小組合作探討解決問(wèn)題方案、將方案實(shí)施進(jìn)行工程實(shí)踐，最后進(jìn)行機(jī)器人作品功能測(cè)試。當(dāng)然在這系列過(guò)程中有些環(huán)節(jié)可能會(huì)被重新定義，重新發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，是個(gè)迭代更新過(guò)程。

六、構(gòu)建面向設(shè)計(jì)思維培養(yǎng)的高中機(jī)器人學(xué)習(xí)活動(dòng)模型

依據(jù)建構(gòu)主義理論、杜威“做中學(xué)”理論、活動(dòng)理論、多元智能理論，基于設(shè)計(jì)思維心理操作過(guò)程，結(jié)合機(jī)器人教學(xué)內(nèi)容構(gòu)建面向設(shè)計(jì)思維培養(yǎng)的高中機(jī)器人學(xué)習(xí)活動(dòng)模型（如圖2），以設(shè)計(jì)思維心理操作過(guò)程為依據(jù)，根據(jù)活動(dòng)內(nèi)容，詳細(xì)描述機(jī)器人活動(dòng)中學(xué)生活動(dòng)內(nèi)容和教師活動(dòng)內(nèi)容。

圖2 面向設(shè)計(jì)思維培養(yǎng)的高中機(jī)器人學(xué)習(xí)活動(dòng)模型

七、面向設(shè)計(jì)思維培養(yǎng)的高中機(jī)器人學(xué)習(xí)活動(dòng)的行動(dòng)研究

（一）行動(dòng)研究準(zhǔn)備

根據(jù)研究流程，與授課教師共同商討，確定進(jìn)行行動(dòng)研究的時(shí)間和內(nèi)容。行動(dòng)研究時(shí)間與內(nèi)容安排如表1所示。

表1 行動(dòng)研究時(shí)間與內(nèi)容安排

（二）行動(dòng)研究設(shè)計(jì)與實(shí)施

本研究的總目標(biāo)就是在機(jī)器人學(xué)習(xí)活動(dòng)中促進(jìn)學(xué)生的設(shè)計(jì)思維發(fā)展，通過(guò)兩輪行動(dòng)研究，不斷修改和完善面向設(shè)計(jì)思維培養(yǎng)的高中機(jī)器人學(xué)習(xí)活動(dòng)模型。行動(dòng)研究對(duì)象為某高中參加機(jī)器人學(xué)習(xí)的20名學(xué)生。

1.第一輪行動(dòng)研究

第一輪行動(dòng)研究主題為“智能救援機(jī)器人”，實(shí)施時(shí)間為2020年9月12日至2020年10月12日，本輪行動(dòng)內(nèi)容主要是機(jī)器人按照規(guī)定的活動(dòng)軌跡，在自動(dòng)和手動(dòng)狀態(tài)下需完成“救援”活動(dòng)，目標(biāo)是為了完善面向設(shè)計(jì)思維培養(yǎng)的高中機(jī)器人學(xué)習(xí)活動(dòng)模型、活動(dòng)流程。

計(jì)劃：實(shí)施以面向設(shè)計(jì)思維培養(yǎng)的高中機(jī)器人學(xué)習(xí)活動(dòng)模型的教學(xué)實(shí)踐。

行動(dòng)：教師按照活動(dòng)內(nèi)容，依據(jù)面向設(shè)計(jì)思維培養(yǎng)的高中機(jī)器人學(xué)習(xí)活動(dòng)模型，展開(kāi)活動(dòng)，學(xué)生分小組完成救援機(jī)器人硬件研發(fā)、搭建救援機(jī)器人及救援機(jī)器人程序設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)工作。

觀察：通過(guò)對(duì)活動(dòng)過(guò)程的觀察，學(xué)生能夠明確活動(dòng)要求，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，構(gòu)思活動(dòng)方案。部分小組可以利用程序設(shè)計(jì)軟件中常見(jiàn)的操作指令，初步搭建出機(jī)器人模型，有部分學(xué)生對(duì)程序設(shè)計(jì)軟件操作不熟練，一邊學(xué)習(xí)軟件的各操作指令，一邊進(jìn)行搭建，因此完成作品的速度較慢。由于對(duì)機(jī)器人活動(dòng)感到新奇，大部分學(xué)生可以參與到活動(dòng)中，但是有少數(shù)學(xué)生感覺(jué)無(wú)所事事或者做一些與活動(dòng)不相干的事情，有極少個(gè)小組未能按時(shí)完成作品。

反思：學(xué)生在進(jìn)行機(jī)器人搭建過(guò)程中，測(cè)試環(huán)節(jié)次數(shù)少，需要進(jìn)行多次測(cè)試，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，進(jìn)而改進(jìn)問(wèn)題，在學(xué)生“活動(dòng)內(nèi)容”環(huán)節(jié)將“測(cè)試優(yōu)化”修改為“試錯(cuò)迭代”步驟。

2.第二輪行動(dòng)研究

第二輪行動(dòng)研究主題為“智能滅火機(jī)器人”，實(shí)施時(shí)間為2020年10月13日至2020年11月13日，本輪行動(dòng)內(nèi)容主要是機(jī)器人按照規(guī)定的活動(dòng)軌跡，在自動(dòng)或手動(dòng)狀態(tài)下需完成“滅火”活動(dòng)，目標(biāo)是完善面向設(shè)計(jì)思維培養(yǎng)的高中機(jī)器人學(xué)習(xí)活動(dòng)模型中的學(xué)生活動(dòng)。

計(jì)劃：完善面向設(shè)計(jì)思維培養(yǎng)的高中機(jī)器人學(xué)習(xí)活動(dòng)模型中活動(dòng)內(nèi)容，并作出具體描述。

行動(dòng)：教師按照活動(dòng)內(nèi)容，依據(jù)面向設(shè)計(jì)思維培養(yǎng)的高中機(jī)器人學(xué)習(xí)活動(dòng)模型，展開(kāi)活動(dòng)，學(xué)生分小組完成滅火機(jī)器人硬件研發(fā)、搭建滅火機(jī)器人及滅火機(jī)器人程序設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)工作。

觀察：通過(guò)對(duì)活動(dòng)過(guò)程的觀察，學(xué)生明確活動(dòng)主題，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，設(shè)計(jì)出方案；學(xué)生按照活動(dòng)要求，設(shè)計(jì)作品模型，設(shè)計(jì)的作品看起來(lái)合理美觀，同時(shí)利用程序設(shè)計(jì)軟件操作指令編程；學(xué)生參與度有了大幅度提升，小組按時(shí)完成作品。

反思：學(xué)生在小組分享過(guò)程中有些不熟練，經(jīng)常有一些小狀況，例如表述有誤、操作不規(guī)范等。在活動(dòng)方案確定之后，在組間和組內(nèi)探討方案，在“構(gòu)思方案”環(huán)節(jié)“學(xué)生活動(dòng)”內(nèi)容補(bǔ)充“分享交流”。在小組分享之前，組內(nèi)之間可以先進(jìn)行模擬展示，在“學(xué)生活動(dòng)”環(huán)節(jié)，增加一個(gè)“展示分享”步驟。

（三）行動(dòng)研究的結(jié)論

經(jīng)過(guò)兩輪行動(dòng)研究之后，最后優(yōu)化得出活動(dòng)模型如圖3所示。

圖3 面向設(shè)計(jì)思維培養(yǎng)的高中機(jī)器人學(xué)習(xí)活動(dòng)模型

八、面向設(shè)計(jì)思維培養(yǎng)的高中機(jī)器人學(xué)習(xí)活動(dòng)模型應(yīng)用效果

本文采用準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究，通過(guò)單組前后測(cè)來(lái)檢驗(yàn)學(xué)生活動(dòng)前后設(shè)計(jì)思維能力變化，驗(yàn)證機(jī)器人學(xué)習(xí)活動(dòng)在培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)思維能力效果。

（一）實(shí)驗(yàn)假設(shè)

1.通過(guò)設(shè)計(jì)面向設(shè)計(jì)思維培養(yǎng)的機(jī)器人活動(dòng)，在進(jìn)行兩輪行動(dòng)研究之后，通過(guò)前后測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比，學(xué)生設(shè)計(jì)思維能力有所提高。

2.應(yīng)用面向設(shè)計(jì)思維培養(yǎng)的高中機(jī)器人學(xué)習(xí)活動(dòng)模型進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)思維能力培養(yǎng)具有一定促進(jìn)作用。

（二）實(shí)驗(yàn)變量

在本研究中促進(jìn)設(shè)計(jì)思維發(fā)展的機(jī)器人學(xué)習(xí)活動(dòng)是自變量，學(xué)生設(shè)計(jì)思維能力的發(fā)展情況為因變量，無(wú)關(guān)變量主要是影響因變量的因素。例如隨著年齡增長(zhǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)思維能力變化等。

（三）實(shí)驗(yàn)對(duì)象

實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象為佛山市某高一年級(jí)學(xué)生，共20名學(xué)生，依托某機(jī)器人比賽，進(jìn)行教學(xué)，開(kāi)展準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究。該學(xué)?？萍冀逃T果累累，學(xué)校教師在各類(lèi)科技比賽中獲得佳績(jī)。

（四）實(shí)驗(yàn)工具

分別在行動(dòng)研究前后，對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)思維能力測(cè)量。本研究采用南京師范大學(xué)研究生趙婷婷畢業(yè)論文中對(duì)高中生設(shè)計(jì)思維測(cè)量表，結(jié)合本校學(xué)生實(shí)際情況稍作修改，可信度和效度較高，得出設(shè)計(jì)思維前后測(cè)試題。

（五）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

1.準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)前測(cè)

在正式行動(dòng)研究之前，對(duì)學(xué)生的設(shè)計(jì)思維能力進(jìn)行前測(cè)，向?qū)W生發(fā)放了20份問(wèn)卷，對(duì)學(xué)生問(wèn)卷的結(jié)果進(jìn)行分析，通過(guò)分析得出學(xué)生前測(cè)的均分為15.40，標(biāo)準(zhǔn)差為2.583，由此可得學(xué)生設(shè)計(jì)思維均分較高，且得分較為分散（如表2）。

表2 設(shè)計(jì)思維前測(cè)

2.準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)后測(cè)

在正式行動(dòng)研究之后，對(duì)學(xué)生的設(shè)計(jì)思維能力進(jìn)行后測(cè)，向?qū)W生發(fā)放了20份問(wèn)卷。對(duì)學(xué)生問(wèn)卷的結(jié)果進(jìn)行分析，通過(guò)分析得出學(xué)生前測(cè)的均分為19.65，標(biāo)準(zhǔn)差為2.231，由此可得學(xué)生設(shè)計(jì)思維均分較低，且得分較為集中（如表3）。

表3 設(shè)計(jì)思維后測(cè)

3.準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)前后數(shù)據(jù)對(duì)比分析

進(jìn)一步利用SPSS軟件對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)思維能力前后測(cè)進(jìn)行差異性分析（如表4），進(jìn)行數(shù)據(jù)配對(duì)樣本t檢驗(yàn)。

表4 配對(duì)樣本t檢驗(yàn)

根據(jù)如表4數(shù)據(jù)所示，對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)思維能力前后測(cè)得分進(jìn)行配對(duì)樣本t檢驗(yàn)之后，其值P值為0.000，小于0.05，表明學(xué)生設(shè)計(jì)思維前后測(cè)差異性顯著。研究得出：面向設(shè)計(jì)思維能力培養(yǎng)的高中機(jī)器人教學(xué)活動(dòng)模型能有效促進(jìn)學(xué)生設(shè)計(jì)思維能力的提高。

九、結(jié)語(yǔ)

本研究構(gòu)建面向設(shè)計(jì)思維培養(yǎng)的高中機(jī)器人學(xué)習(xí)活動(dòng)模型，為具體的機(jī)器人活動(dòng)提供了參考依據(jù)，該模型主要依據(jù)設(shè)計(jì)思維共情、定義、設(shè)想、原型和測(cè)試五個(gè)心理操作過(guò)程，主要概括為三階段五過(guò)程，具體包括學(xué)生活動(dòng)、教師活動(dòng)和活動(dòng)內(nèi)容三個(gè)階段，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、定義問(wèn)題、構(gòu)思方案、制作模型、試錯(cuò)迭代、測(cè)試優(yōu)化五個(gè)過(guò)程。除此之外，還檢驗(yàn)了面向設(shè)計(jì)思維培養(yǎng)的高中機(jī)器人學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)研究的有效性，開(kāi)展了主題為“智能救援機(jī)器人”“智能滅火機(jī)器人”的兩輪行動(dòng)研究。在機(jī)器人學(xué)習(xí)活動(dòng)中，通過(guò)觀察學(xué)生在活動(dòng)中的行為表現(xiàn)及其活動(dòng)開(kāi)展形式，肯定模型合理之處，反思其不足之處，進(jìn)而對(duì)機(jī)器人活動(dòng)模型進(jìn)行修改和完善。通過(guò)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究，采用單組前后測(cè)的方式測(cè)量學(xué)生設(shè)計(jì)思維對(duì)比實(shí)驗(yàn)前后的學(xué)生空間能力。在后續(xù)研究中對(duì)以下幾個(gè)方面進(jìn)行完善：擴(kuò)大研究樣本、增加研究案例及延長(zhǎng)研究周期等。