常州市青少年活動(dòng)中心 吳 強(qiáng)

一、機(jī)器人課賽結(jié)合項(xiàng)目的選立

（一）項(xiàng)目提出的背景

常州市青少年活動(dòng)中心作為常州市初高中生的勞動(dòng)實(shí)踐基地，自2015年起一直施行以提高學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)為主旨，以設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)、操作學(xué)習(xí)為主要特征，立足實(shí)踐、注重創(chuàng)造、體現(xiàn)科技與人文統(tǒng)一的課程。勞動(dòng)教育不同于傳統(tǒng)教育中教師為主導(dǎo)的教學(xué)方式，填鴨式的教學(xué)是無(wú)法在勞動(dòng)教育課程中開(kāi)展的，相比于書(shū)本，生活經(jīng)驗(yàn)以及社會(huì)實(shí)際才是勞動(dòng)教育要采用的教科書(shū)。機(jī)器人課程一般以技術(shù)性實(shí)操學(xué)習(xí)作為課程內(nèi)容，教師示范講解為主，如何讓學(xué)生能自發(fā)主動(dòng)地進(jìn)行專業(yè)學(xué)習(xí)和探索，促使教師對(duì)教學(xué)形式以及內(nèi)容進(jìn)行思考和改變。

勞動(dòng)教育本就應(yīng)以現(xiàn)實(shí)生活為本位，教師的視角也要從狹小的課堂中向更為廣闊的真實(shí)社會(huì)生活中轉(zhuǎn)移，在機(jī)器人專業(yè)領(lǐng)域，機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步和機(jī)器人比賽息息相關(guān)。著名的機(jī)器人DARPA挑戰(zhàn)賽就是旨在加快推進(jìn)機(jī)器人的研發(fā)進(jìn)度，推進(jìn)機(jī)器人領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展。在該賽事的推動(dòng)下，人形機(jī)器人的發(fā)展得到了提速，各項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新也不斷涌現(xiàn)。而在職業(yè)類院校中，開(kāi)展職業(yè)技能競(jìng)賽一直是作為提高教育教學(xué)質(zhì)量的重要手段之一。因此課賽融合的教學(xué)模式在職業(yè)類院校中比較普及，以賽促教，以賽促學(xué)成為職業(yè)院校開(kāi)展日常教學(xué)的大趨勢(shì)。

（二）確立課賽結(jié)合項(xiàng)目

學(xué)生來(lái)常州市青少年活動(dòng)中心參加完勞動(dòng)實(shí)踐后不會(huì)直接進(jìn)入到機(jī)器人專業(yè)挑戰(zhàn)賽或者職業(yè)技能比賽中進(jìn)行角逐，這不是這門實(shí)踐課程的目標(biāo)，也不符合學(xué)生的實(shí)際能力水平。在江蘇，每年由省科協(xié)、省教育廳、省科技廳、省發(fā)改委、省文明辦、省生態(tài)環(huán)境廳、省體育局、團(tuán)省委、省婦聯(lián)、省知識(shí)產(chǎn)權(quán)局主辦的江蘇省青少年機(jī)器人競(jìng)賽為全省廣大青少年機(jī)器人愛(ài)好者搭建成果展示和競(jìng)技交流平臺(tái)，吸引了全省13個(gè)設(shè)區(qū)市上千名選手參加。常州市青少年活動(dòng)中心每年都積極參加各級(jí)各類機(jī)器人競(jìng)賽活動(dòng)，對(duì)于省機(jī)器人競(jìng)賽也極度重視，每年都會(huì)從中心的學(xué)員中選拔隊(duì)伍參加比賽，課賽結(jié)合項(xiàng)目就著眼于中心參加競(jìng)賽中的賽項(xiàng)進(jìn)行選擇，設(shè)置課程內(nèi)容，實(shí)施課堂教學(xué)。

機(jī)器人比賽如同大型的運(yùn)動(dòng)會(huì)，里面的賽項(xiàng)繁多，而不同賽項(xiàng)之間是沒(méi)有兼容性的，中心從投入度、展開(kāi)度、可實(shí)施性多角度來(lái)綜合考慮，先后選擇了WER（能力風(fēng)暴機(jī)器人）和ENJOY AI（鯨魚(yú)機(jī)器人）競(jìng)賽項(xiàng)目作為課賽結(jié)合的具體實(shí)施項(xiàng)目。在經(jīng)過(guò)教程編寫、投入試點(diǎn)、打磨精研之后，項(xiàng)目課程正式進(jìn)行了近4年的實(shí)施。在實(shí)施過(guò)程中，接觸了全市不同學(xué)校的學(xué)生，在培養(yǎng)青少年創(chuàng)新思維、實(shí)踐能力和科學(xué)素質(zhì)上得到了正面積極的反饋。

二、創(chuàng)新設(shè)計(jì)素養(yǎng)的培養(yǎng)

（一）創(chuàng)新設(shè)計(jì)素養(yǎng)內(nèi)涵

在當(dāng)前日益關(guān)注創(chuàng)新的環(huán)境下，設(shè)計(jì)素養(yǎng)被西方發(fā)達(dá)國(guó)家作為提高國(guó)家創(chuàng)新力和競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵要素，并作為公民的終身學(xué)習(xí)要素之一。國(guó)內(nèi)外在藝術(shù)、技術(shù)學(xué)科中會(huì)去關(guān)注對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)能力的培養(yǎng)，在闡釋學(xué)科素養(yǎng)或課程目標(biāo)時(shí)，描述學(xué)生所需具備的設(shè)計(jì)能力，如英國(guó)“設(shè)計(jì)與技術(shù)”課程要求學(xué)生通過(guò)各種創(chuàng)造性和實(shí)踐性的活動(dòng)，參與設(shè)計(jì)與制作過(guò)程，具備一定的設(shè)計(jì)能力。

新課程標(biāo)準(zhǔn)中明確提出了通用技術(shù)課程的五大學(xué)科核心素養(yǎng)：技術(shù)意識(shí)、工程思維、創(chuàng)新設(shè)計(jì)、圖樣表達(dá)、物化能力。其對(duì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的描述是：基于技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行創(chuàng)新性方案構(gòu)思的一系列問(wèn)題解決過(guò)程。所以，創(chuàng)新設(shè)計(jì)素養(yǎng)是針對(duì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的過(guò)程而言體現(xiàn)出來(lái)的知識(shí)水平與能力——是否對(duì)技術(shù)問(wèn)題有技術(shù)分析能力，能否依據(jù)合理的人機(jī)關(guān)系通過(guò)常用構(gòu)思方法進(jìn)行方案構(gòu)思，能否用技術(shù)語(yǔ)言將構(gòu)思進(jìn)行表達(dá)。在機(jī)器人課程中，教師培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)素養(yǎng)是培養(yǎng)學(xué)生能基于機(jī)器人的功能性要求，進(jìn)行機(jī)器人的技術(shù)特點(diǎn)分析，完成具有一定創(chuàng)新性的方案構(gòu)思，并將方案進(jìn)行具象化進(jìn)行技術(shù)驗(yàn)證。

（二）課賽結(jié)合與創(chuàng)新設(shè)計(jì)素養(yǎng)的契合點(diǎn)

（1）發(fā)現(xiàn)和挖掘用戶需求：教師在課堂上作為舉辦方向?qū)W生布置機(jī)器人競(jìng)賽任務(wù)，對(duì)學(xué)生提出規(guī)則性的方案要求，學(xué)生作為參賽的機(jī)器人工程師要去了解教師提出競(jìng)賽的具體要求細(xì)節(jié)，明確自己的任務(wù)。

（2）發(fā)現(xiàn)與明確技術(shù)問(wèn)題，并判斷是否具備解決問(wèn)題的技術(shù)能力和條件：學(xué)生根據(jù)實(shí)際領(lǐng)取的規(guī)則任務(wù)去明確機(jī)器人的功能結(jié)構(gòu)組成，判斷哪些功能是在目前的知識(shí)技能水平之下可以實(shí)現(xiàn)的，哪些功能需要經(jīng)過(guò)再學(xué)習(xí)才能得以實(shí)現(xiàn)，通過(guò)教師提供的課件資源尋找技術(shù)問(wèn)題的解決方法。

（3）根據(jù)設(shè)計(jì)要求和制約條件，運(yùn)用測(cè)量、繪圖、建模等設(shè)計(jì)方法和常用的創(chuàng)新技法，提出各種可能的構(gòu)思方案：學(xué)生通過(guò)閱讀了解競(jìng)賽詳細(xì)規(guī)則，觀察教室中的比賽實(shí)際場(chǎng)地環(huán)境，結(jié)合所提供的機(jī)器人制作材料，通過(guò)繪制草圖，搭建機(jī)器人的功能模型進(jìn)行方案的呈現(xiàn)，產(chǎn)生可能的機(jī)器人解決方案。

（4）運(yùn)用實(shí)驗(yàn)、評(píng)估等方法，不斷對(duì)多種方案進(jìn)行權(quán)衡、優(yōu)化和改進(jìn)，綜合考慮多種因素，選定滿足設(shè)計(jì)要求的最佳方案：學(xué)生通過(guò)在場(chǎng)地上調(diào)試自行設(shè)計(jì)搭建的機(jī)器人，對(duì)自己的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行技術(shù)測(cè)試驗(yàn)證，根據(jù)測(cè)試結(jié)果不斷對(duì)機(jī)器人進(jìn)行針對(duì)性的改進(jìn)和優(yōu)化，綜合考慮速度、穩(wěn)定性、復(fù)雜程度和效率因素等，選定最佳的方案由教師進(jìn)行驗(yàn)收評(píng)定。

（三）項(xiàng)目中創(chuàng)新設(shè)計(jì)素養(yǎng)培養(yǎng)的舉措

1.進(jìn)行啟發(fā)性的任務(wù)引導(dǎo)

萬(wàn)事開(kāi)頭難，學(xué)生如果從一開(kāi)始就茫然無(wú)措，之后創(chuàng)新設(shè)計(jì)的過(guò)程也就無(wú)法順利執(zhí)行，培養(yǎng)學(xué)生的素養(yǎng)也就無(wú)從談起，所以在項(xiàng)目開(kāi)始的時(shí)候就要進(jìn)行正確引導(dǎo)。在解讀“教是為了不需要教”時(shí)會(huì)有人出現(xiàn)偏差，以為就是課堂不需要教師去教，只需要學(xué)生完全自主學(xué)習(xí)，這就曲解了這句話的含義。教師是為了以不教的目的進(jìn)行教學(xué)，將知識(shí)進(jìn)行凝練，用啟發(fā)的方式讓學(xué)生自主通過(guò)練習(xí)去了解掌握這些知識(shí)。

在機(jī)器人課賽結(jié)合的課堂開(kāi)始，教師不是甩手將比賽任務(wù)扔給學(xué)生，而是要給學(xué)生講解機(jī)器人需要達(dá)成的哪些技術(shù)要點(diǎn)，如巡線功能、機(jī)械臂的驅(qū)動(dòng)，這些軟硬件的技術(shù)實(shí)現(xiàn)就是引導(dǎo)學(xué)生要去完成的任務(wù)。為了完成機(jī)器人的設(shè)計(jì)組裝，學(xué)生必定會(huì)利用身邊的教學(xué)資源去攻克這一系列的技術(shù)問(wèn)題。

為了激發(fā)學(xué)生的設(shè)計(jì)思路，有一個(gè)更加明確的目標(biāo)方向，學(xué)生正式開(kāi)始前會(huì)有觀看前一年比賽方案視頻的環(huán)節(jié)，雖然無(wú)法直接去完成課堂上的任務(wù)，但是通過(guò)視頻會(huì)讓學(xué)生受到一定的啟發(fā)，學(xué)習(xí)到一些設(shè)計(jì)思路和方法。在設(shè)計(jì)時(shí)，教師也會(huì)啟發(fā)讓學(xué)生利用自己的生活經(jīng)驗(yàn)，將生活中的一些機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行遷移使用。

2.設(shè)置機(jī)器人方案設(shè)計(jì)構(gòu)思表

素養(yǎng)不僅包含認(rèn)知與技能等后天可教可學(xué)的能力，更凸顯態(tài)度、情感、價(jià)值觀的重要性，強(qiáng)調(diào)品評(píng)、判斷，其隱形特質(zhì)需要潛移默化地長(zhǎng)期培養(yǎng)，以形成適當(dāng)?shù)男袨樽杂X(jué)與自律。評(píng)價(jià)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)素養(yǎng)無(wú)法靠一般的量性總結(jié)評(píng)價(jià)直接判斷，因?yàn)閯?chuàng)新設(shè)計(jì)不是只指向最終的設(shè)計(jì)結(jié)果，而是圍繞技術(shù)問(wèn)題而展開(kāi)設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程，因此，在項(xiàng)目中教師應(yīng)該更加關(guān)注學(xué)生在活動(dòng)過(guò)程中所體現(xiàn)出來(lái)的設(shè)計(jì)素養(yǎng)，而不是僅對(duì)于學(xué)生最后制作的機(jī)器人進(jìn)行技術(shù)性能性的判定。

機(jī)器人方案設(shè)計(jì)構(gòu)思表就是為了更好地了解學(xué)生在設(shè)計(jì)過(guò)程中的素養(yǎng)呈現(xiàn)而設(shè)置的，這也很好地彌補(bǔ)了教師無(wú)法全面對(duì)全體學(xué)生進(jìn)行過(guò)程性關(guān)注這一缺點(diǎn)。畢竟教師的精力也是有限的，無(wú)法做到對(duì)每個(gè)學(xué)生都能自始而終的觀察。反之，構(gòu)思表也讓學(xué)生更加關(guān)注自己的整個(gè)設(shè)計(jì)制作流程，整理自己針對(duì)機(jī)器人的技術(shù)問(wèn)題如何解決的思路，利用技術(shù)圖樣將自己的設(shè)計(jì)方案具象表現(xiàn)出來(lái)，繼而去將方案付諸實(shí)際，對(duì)方案進(jìn)行驗(yàn)證和再發(fā)現(xiàn)問(wèn)題重新進(jìn)行分析。這是學(xué)生自我總結(jié)歸納提升的過(guò)程，也是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)素養(yǎng)經(jīng)歷的步驟。

3.為學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)素質(zhì)設(shè)置水平梯度評(píng)價(jià)

與以往結(jié)果性導(dǎo)向的評(píng)價(jià)體系不同，此項(xiàng)目培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)素養(yǎng)是從學(xué)生的整體性的培養(yǎng)去考慮的，將過(guò)程性與結(jié)果性相協(xié)調(diào)，根據(jù)新課程標(biāo)準(zhǔn)的核心素養(yǎng)水平劃分，結(jié)合項(xiàng)目的具體實(shí)施情況，對(duì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)素養(yǎng)進(jìn)行分級(jí)，設(shè)置了5個(gè)水平梯度的評(píng)價(jià)，見(jiàn)表1。

表1 水平梯度評(píng)價(jià)

學(xué)生和教師都可以通過(guò)這張?zhí)荻缺砣フ业较鄬?duì)應(yīng)的水平，教師可以了解目前學(xué)生所達(dá)到的在創(chuàng)新設(shè)計(jì)素養(yǎng)上的等級(jí)，并根據(jù)不同的發(fā)展?fàn)顩r提供相對(duì)應(yīng)的指導(dǎo)，學(xué)生則可以有清晰的能力達(dá)成目標(biāo)，從而有的放矢地進(jìn)行自我提升。

4.從課堂走入真實(shí)比賽

如果說(shuō)將機(jī)器人競(jìng)賽項(xiàng)目引入到課堂上進(jìn)行整合教學(xué)是“貼近生活”，那讓學(xué)生在課堂之后進(jìn)行延伸，參加真正的機(jī)器人競(jìng)賽活動(dòng)就是“融入生活”。正如之前說(shuō)的素養(yǎng)需要潛移默化地長(zhǎng)期培養(yǎng)，課堂有限的時(shí)間可以開(kāi)發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新性，后續(xù)參加競(jìng)賽活動(dòng)則能讓學(xué)生自身的創(chuàng)新設(shè)計(jì)素養(yǎng)得到不斷的培養(yǎng)和展示，其水平梯度自然也會(huì)慢慢得到提升。

三、課賽結(jié)合對(duì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)素養(yǎng)培養(yǎng)的表現(xiàn)

（一）機(jī)器人設(shè)計(jì)方案構(gòu)思表反饋

為了能具象化學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)素養(yǎng)表現(xiàn)，進(jìn)而了解到學(xué)生的素養(yǎng)水平，教師可在課堂上給每一個(gè)小組發(fā)放構(gòu)思表，以便學(xué)生將自己的方案構(gòu)思清晰直觀地表現(xiàn)出來(lái)，圖1為其中一些小組的構(gòu)思表。

圖1 構(gòu)思表

從學(xué)生反饋的構(gòu)思表中可以直觀了解到學(xué)生在設(shè)計(jì)制作過(guò)程中的所思所想，他們根據(jù)每個(gè)任務(wù)的要求進(jìn)行機(jī)器人性能結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計(jì)，并將腦中的設(shè)計(jì)方案用草圖的形式呈現(xiàn)出來(lái)。最終設(shè)計(jì)制作的機(jī)器人也是利用他們的設(shè)計(jì)方案制作而成的，并且不同小組針對(duì)同一個(gè)任務(wù)，設(shè)計(jì)的思路和實(shí)現(xiàn)的方式不同就會(huì)產(chǎn)生出不同的方案，學(xué)生會(huì)有自己獨(dú)特的創(chuàng)新想法，在解決了一系列技術(shù)問(wèn)題之后最終得到了實(shí)現(xiàn)，學(xué)生在取得成功的過(guò)程中同時(shí)也提高了自身的素養(yǎng)。

（二）機(jī)器人競(jìng)賽收獲

在實(shí)施課賽結(jié)合項(xiàng)目的這些年里，常州市青少年活動(dòng)中心每年都從課堂中選拔學(xué)生去參加常州市教育局、江蘇省教育廳組織的機(jī)器人大賽中的ENJOY AI競(jìng)賽項(xiàng)目，并且每年都獲得了優(yōu)異的成績(jī)。2022年7月，常州市青少年活動(dòng)中心代表隊(duì)喜獲省青少年機(jī)器人競(jìng)賽ENJOY AI挑戰(zhàn)賽初中組一等獎(jiǎng)（冠軍），這是此競(jìng)賽項(xiàng)目在江蘇省內(nèi)最高的獎(jiǎng)項(xiàng)。通過(guò)課賽結(jié)合項(xiàng)目的實(shí)施，學(xué)生在課堂上培養(yǎng)了自身創(chuàng)新設(shè)計(jì)素養(yǎng)，同時(shí)到了真正的機(jī)器人賽場(chǎng)上更是體現(xiàn)了課程項(xiàng)目給他們根植下的優(yōu)秀素養(yǎng)。

四、結(jié)語(yǔ)

機(jī)器人課賽結(jié)合項(xiàng)目切實(shí)貼合創(chuàng)新設(shè)計(jì)素養(yǎng)培養(yǎng)的要求，培養(yǎng)了學(xué)生解決問(wèn)題的能力、編程實(shí)踐能力以及創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力，凸顯學(xué)生自主探究的主人翁意識(shí)。常州市青少年活動(dòng)中心多年的課程實(shí)施以來(lái)，對(duì)來(lái)自全市不同學(xué)校學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)素養(yǎng)都起到了明顯的培養(yǎng)作用，無(wú)論從課堂上的綜合表現(xiàn)還是在課堂外的機(jī)器人競(jìng)賽中，都能看出學(xué)生自身素養(yǎng)的提升。