徐健美

【摘 ?要】機(jī)器人的教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)被列入小學(xué)六年級(jí)的教材，但真正開展機(jī)器人的教學(xué)還要依托于學(xué)校的社團(tuán)課程。通過機(jī)器人課程的教學(xué)，可以培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力、創(chuàng)新能力，這是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的有效途徑。本文主要圍繞為培養(yǎng)科技創(chuàng)新人才建設(shè)學(xué)校高素質(zhì)科技輔導(dǎo)員隊(duì)伍、打造校園特色科技課程、新教學(xué)模式下如何促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新思維的發(fā)展，探索科技項(xiàng)目研究的方法展開論述，從多方面闡述如何高質(zhì)量地開展機(jī)器人社團(tuán)教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維及創(chuàng)新策略。

【關(guān)鍵詞】社團(tuán)教學(xué)；思維創(chuàng)新；項(xiàng)目研究

為全面落實(shí)立德樹人的根本任務(wù)，進(jìn)一步深化課程改革，轉(zhuǎn)變育人方式，提高育人質(zhì)量，新課標(biāo)中強(qiáng)調(diào)了要?jiǎng)?chuàng)新教學(xué)方式，以項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)引導(dǎo)學(xué)生在使用過程中提升解決問題的能力。數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新是學(xué)科核心素養(yǎng)中非常重要的一項(xiàng)，是現(xiàn)代社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵要素，通過有效地管理學(xué)習(xí)過程與學(xué)習(xí)資源，創(chuàng)造性地解決問題，形成創(chuàng)新創(chuàng)造的能力。

習(xí)近平總書記在二十大報(bào)告中強(qiáng)調(diào)教育強(qiáng)國(guó)、科技強(qiáng)國(guó)、人才強(qiáng)國(guó)，教育是國(guó)家發(fā)展的根基，面對(duì)未來高尖人才的需求，我們要開展創(chuàng)新人才培養(yǎng)，創(chuàng)新教學(xué)方式。為提高青少年動(dòng)手操作能力和創(chuàng)新創(chuàng)造的新思維，激發(fā)青少年對(duì)科學(xué)技術(shù)的學(xué)習(xí)熱情，全國(guó)開展了一系列科學(xué)技術(shù)普及活動(dòng)，通過多種途徑幫助青少年樹立科教興國(guó)的理想。機(jī)器人科技類活動(dòng)則是青少年科技教育中最熱門的項(xiàng)目，內(nèi)容非常豐富，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的重要載體。我們要融合科技資源、創(chuàng)新教學(xué)方法，通過項(xiàng)目化教學(xué)讓孩子們的心中種下科技的種子，激發(fā)他們的創(chuàng)新欲望。

一、以培訓(xùn)建設(shè)高素養(yǎng)師資

青少年科技創(chuàng)新人才的培養(yǎng)是教育、科技、人才的核心，要培養(yǎng)優(yōu)秀的后備人才必須先發(fā)展一批高質(zhì)量的科技輔導(dǎo)員?？萍驾o導(dǎo)員的素質(zhì)提升有助于學(xué)生指導(dǎo)工作的開展，科技輔導(dǎo)員的素質(zhì)與能力直接影響了實(shí)踐的效果。有專業(yè)能力的科技教師應(yīng)該是具備全面的科學(xué)知識(shí)，掌握多元化的教學(xué)方法，會(huì)創(chuàng)造有利于學(xué)生學(xué)習(xí)的環(huán)境，能夠在實(shí)踐中保障學(xué)生的安全，科學(xué)利用評(píng)價(jià)分析學(xué)習(xí)成果等。但就目前的情況看，對(duì)科學(xué)技術(shù)有深入全面研究的教師非常少。

所謂隔行如隔山，專業(yè)不對(duì)口、缺乏科技探索經(jīng)驗(yàn)、對(duì)學(xué)科把握不準(zhǔn)等都會(huì)影響對(duì)學(xué)生的指導(dǎo)，當(dāng)然制約科技輔導(dǎo)員專業(yè)發(fā)展的原因還有很多。所以多途徑地組織培訓(xùn)提升科技輔導(dǎo)員的綜合素質(zhì)非常重要，比如組建科教研修班以提升知識(shí)儲(chǔ)備、改進(jìn)教學(xué)方法，圍繞理論與實(shí)踐進(jìn)行討論交流。以豐富的科技資源為輔導(dǎo)員創(chuàng)造探究的條件，通過對(duì)復(fù)雜問題的分析，探究解決問題的方法，在利用資源的過程中提升自身的能力?？蒲泄ぷ骺梢詭椭萍驾o導(dǎo)員多角度思考問題，在真實(shí)的科研經(jīng)歷中深化對(duì)學(xué)科的認(rèn)知。

作為專業(yè)的科技輔導(dǎo)員也一定要積極參加科協(xié)、教育局等組織的科技輔導(dǎo)員培訓(xùn)班，通過學(xué)習(xí)不斷更新知識(shí)，提升專業(yè)素養(yǎng)，線上線下的各類科技課堂都是獲取發(fā)展的有效途徑。為提升科技教育水平，科技輔導(dǎo)員必須發(fā)展專業(yè)優(yōu)勢(shì)、調(diào)動(dòng)主觀能動(dòng)性，通過堅(jiān)持讓科普教學(xué)獲得持續(xù)發(fā)展。學(xué)校也要大力支持教師與先進(jìn)學(xué)校交流學(xué)習(xí)，提高教師們的理論知識(shí)、教學(xué)能力和輔導(dǎo)能力，通過多方共同努力讓學(xué)校的科技輔導(dǎo)員隊(duì)伍越來越強(qiáng)大。

二、以智慧發(fā)掘新項(xiàng)目發(fā)展

機(jī)器人科技活動(dòng)目前越來越得到校內(nèi)外的關(guān)注，有的學(xué)校還特地聘請(qǐng)專業(yè)的校外輔導(dǎo)老師來校指導(dǎo)；并且通過努力讓學(xué)校、家長(zhǎng)看到了學(xué)校參加機(jī)器人比賽的希望，讓機(jī)器人活動(dòng)逐漸成為校內(nèi)社團(tuán)的一大特色。但科技比賽的項(xiàng)目非常多，如何選擇適合本校特色與發(fā)展的項(xiàng)目尤其重要。軟件編程類比賽是成本相對(duì)便宜的，比如Paracraft動(dòng)漫編程、AI創(chuàng)意編程賽（Scratch、Python）、數(shù)字創(chuàng)作與“計(jì)算思維”項(xiàng)目比賽、小學(xué)生編程活動(dòng)等，這些對(duì)于孩子的思維能力的培養(yǎng)有很大的優(yōu)勢(shì)，孩子可以發(fā)揮想象力構(gòu)思作品，通過編程展現(xiàn)他們的表現(xiàn)力和創(chuàng)新思維。除了軟件類的比賽，還有很多創(chuàng)意機(jī)器人，比如無人機(jī)、拼搭類的機(jī)器人巡線小車等開源硬件，通過綜合運(yùn)用、動(dòng)手實(shí)踐引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)思維的形成。

三、以新思想建設(shè)特色課程

課程建設(shè)關(guān)系到創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，科技教師在開發(fā)課程資源時(shí)要進(jìn)行多元化開發(fā)，充分調(diào)動(dòng)包括社會(huì)在內(nèi)的多方面的資源，把校外與校內(nèi)學(xué)習(xí)相結(jié)合，發(fā)揮各類科技博物館的作用。通過觀摩學(xué)習(xí)、專家交流等方式研究課程的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提升教學(xué)能力、活動(dòng)開發(fā)技能等，統(tǒng)籌安排各類教學(xué)資源。建設(shè)以國(guó)家課程為主、地方課程與校本課程為輔的人文素養(yǎng)類的機(jī)器人普及課程、提高課程、拔尖課程，讓學(xué)生在豐富多元的科技課程學(xué)習(xí)中發(fā)展特長(zhǎng)。通過落實(shí)科技教育活動(dòng)制度建設(shè)、不斷完善課程體系、強(qiáng)化學(xué)?？萍加布确绞竭M(jìn)行整合科技教育活動(dòng)資源。學(xué)?？梢蚤_展多元化的科技活動(dòng)課程，比如MBlock編程、創(chuàng)意機(jī)器人、Arduino開源課程、無人機(jī)競(jìng)技挑戰(zhàn)及編程挑戰(zhàn)課程、無人機(jī)編隊(duì)飛行研究、優(yōu)創(chuàng)未來、AI掌控任務(wù)、智能工廠、智慧社區(qū)、智能駕駛以及智能機(jī)器人課程。學(xué)校還可以定期組織一些科技節(jié)系列活動(dòng)，營(yíng)造濃烈的創(chuàng)新學(xué)習(xí)氛圍，將全國(guó)青少年比賽與科技節(jié)活動(dòng)相融合，進(jìn)行作品及技能展示。

四、以賽促教激發(fā)學(xué)習(xí)熱情

科技教育立足興趣，但如果在課堂上不能做到以學(xué)生為主，學(xué)生的興趣就會(huì)被傳統(tǒng)的授課方式逐漸磨滅，更不用談?dòng)?xùn)練學(xué)生的思維了。開展社團(tuán)教學(xué)的實(shí)踐活動(dòng)，要把時(shí)間交給學(xué)生，讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主人。“35+5”課堂教學(xué)模式就是立足學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，突出了學(xué)生在科技課堂中的主體地位，科技教育應(yīng)該要有利于學(xué)生的綜合能力的培養(yǎng)，可以充分發(fā)展學(xué)生的探究意識(shí)、創(chuàng)新意識(shí)，學(xué)生通過展示才能增強(qiáng)其自信心，培養(yǎng)科學(xué)精神。以賽促教可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，比如我在組織社團(tuán)學(xué)習(xí)中會(huì)以如下形式開展：智能家居課程培訓(xùn)中組織學(xué)生進(jìn)行速度比拼，將各類輸入、輸出、控制模塊與主控板連接起來實(shí)現(xiàn)智能的效果。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是功能是否實(shí)現(xiàn)、方案是否精簡(jiǎn)、模塊連接是否最優(yōu)、時(shí)間是否最短。此項(xiàng)目難度不大，雖然是速度比拼，但理論基礎(chǔ)是研究的基石，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)思維與方法則是研究的靈魂。學(xué)生要通過學(xué)習(xí)理論、運(yùn)用物理編程思路才能完成作品的創(chuàng)作。無人機(jī)創(chuàng)意編程培訓(xùn)中讓學(xué)生在理解基礎(chǔ)程序的前提下，進(jìn)行最優(yōu)路徑設(shè)計(jì)，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是任務(wù)是否精準(zhǔn)完成、任務(wù)完成時(shí)間、飛行穩(wěn)定性、應(yīng)急處理能力。學(xué)生在比賽中會(huì)發(fā)現(xiàn)問題，通過問題牽動(dòng)學(xué)生進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)，充分發(fā)揮學(xué)生的主體性和創(chuàng)造性。

五、以腳手架搭建研究模型

創(chuàng)建腳手架，讓所有學(xué)生都能更多地展示他們的知識(shí)，使用科學(xué)模型的分層幫助學(xué)生推理和修改對(duì)復(fù)雜問題的思考。《新一代科學(xué)教育標(biāo)準(zhǔn)》中提到的開發(fā)和使用模型的目的是作為學(xué)生感知的過程，讓他們的思維可視化，用不易觀察與講解的知識(shí)通過模型更清晰地展示出來。

通過國(guó)內(nèi)外的教學(xué)研究，按照科學(xué)方法進(jìn)行分層創(chuàng)建腳手架模型的方法分為三個(gè)步驟：①選擇基本問題；②設(shè)計(jì)基礎(chǔ)圖畫布局；③添加解釋元素。學(xué)生可以根據(jù)研究的實(shí)際情況來修改模型內(nèi)容。在設(shè)計(jì)之前我們需要給學(xué)生提供一個(gè)叫作“腳手架”的框架，提醒學(xué)生需要注意什么，但這個(gè)腳手架不能限制學(xué)生的想法，而是應(yīng)該作為支撐學(xué)生思考推理的方式。以下是圍繞旋翼編程項(xiàng)目設(shè)計(jì)研究模型：

（一）選擇基本問題

在準(zhǔn)備開發(fā)模型之前，必須圍繞本課重點(diǎn)，呈現(xiàn)一個(gè)完整飛行路徑，根據(jù)飛行任務(wù)確定一個(gè)簡(jiǎn)要的基本問題——為什么無人機(jī)第二次經(jīng)過A2不會(huì)停止。這個(gè)問題將有助于學(xué)生在后期項(xiàng)目研究中更容易地分析解釋。第一步非常重要，無人機(jī)的每一次飛行都可以用不同的編程方式來實(shí)現(xiàn)或調(diào)整，但是第一個(gè)基本問題決定了模板的其余層次的分析。在接下來的研究中會(huì)出現(xiàn)諸如：“為什么無人機(jī)第三次經(jīng)過A2也不會(huì)停止”“為什么無人機(jī)第一次經(jīng)過A5會(huì)直線飛行”“為什么無人機(jī)第二次經(jīng)過A5會(huì)向左飛行”等等問題。問題確定下來后，用比較明顯的文字格式來突出顯示，以幫助學(xué)生集中注意思路。

（二）基礎(chǔ)圖畫布局

基本問題確定后進(jìn)入第二步基礎(chǔ)圖畫的布局，基礎(chǔ)圖畫的布局可以將問題以簡(jiǎn)約的結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出來，通過創(chuàng)造性的方法將布局中變量改變的規(guī)律進(jìn)行說明，但是要為學(xué)生留白，讓學(xué)生將自己的獨(dú)特想法添加進(jìn)模型中。接下來筆者介紹一下如何運(yùn)用三種不同類型的基礎(chǔ)圖畫布局。

1.之前、之中和之后。根據(jù)無人機(jī)的飛行任務(wù)，發(fā)現(xiàn)它的飛行是隨任務(wù)不同而選擇不同的飛行路徑的。這種類型的布局分為三個(gè)模塊，在這三個(gè)模塊中學(xué)生需要重點(diǎn)關(guān)注解釋無人機(jī)飛到A2之前，飛到A5之前，飛到A2之后，飛到A5之后，飛到A2、A8、A4、A6之中。學(xué)生在研究時(shí)可以圍繞如下問題思考：“在飛到A2的不同階段，應(yīng)該如何選擇飛行方向？”“飛行方向是如何隨變量變化的？”“為什么在執(zhí)行任務(wù)過程中經(jīng)過H0不會(huì)停止”“為什么無人機(jī)識(shí)別標(biāo)簽不穩(wěn)定”“無人機(jī)如何通過慣性拋物？”這三個(gè)模塊中包含一些解釋的標(biāo)簽，表明變量變化對(duì)無人機(jī)飛行方向的影響。比如當(dāng)變量等于1時(shí)（就是飛到A2之前）無人機(jī)飛到A2標(biāo)簽上方就懸停并降落拾取物資，此時(shí)變量會(huì)加1，無人機(jī)將物資投放到A11位置后， 變量再加1，所以當(dāng)飛到過A2并執(zhí)行完任務(wù)后，變量就是3、5、7這三種情況，在這三種情況下無人機(jī)的飛行狀態(tài)都是降速直行通過A2區(qū)域。

2.比較。比較的排版用于表示一種現(xiàn)象在不同情況下的對(duì)比，不同的變量會(huì)影響無人機(jī)的飛行方向和任務(wù)，這種類型的基礎(chǔ)圖畫布局可以通過如下形式表示：“變量是2或3時(shí)無人機(jī)的任務(wù)分別是什么？”“如果變量是8時(shí)要降低返回速度？”“為什么變量受飛行路徑的影響？”通過變量變化的比較，說明變量對(duì)飛行狀態(tài)的影響，這就是無人機(jī)完成飛行任務(wù)的核心，在基本問題的描述過程中明確了編程的思路。此外飛行的路線是不唯一，可以引導(dǎo)學(xué)生通過分析設(shè)計(jì)新的飛行路線，讓學(xué)生在創(chuàng)新思考中不斷發(fā)現(xiàn)問題，最終形成新的研究成果。

3.大圖。這種方式的布局只需要一張簡(jiǎn)單的比賽場(chǎng)地圖，周圍留出充足的空白空間，以便學(xué)生將不受約束的想法添加上去，這個(gè)布局的基本問題可以是“完成飛行任務(wù)的解決方案是什么？”“無人機(jī)是如何工作的？”“為什么無人機(jī)會(huì)改變方向？”學(xué)生在開始研究之前已經(jīng)清楚地知道飛行的過程，通過觀察，可以設(shè)計(jì)不同的飛行路線，不同的飛行路線需要不同的變量進(jìn)行約束，這種開放性的研究更有助于學(xué)生創(chuàng)造性思維的發(fā)展。

（三）模板中的解釋元素

為模板添加解釋元素是創(chuàng)建模型的最后一步，可以充分展示他們的知識(shí)，還可以將他們的推理引到新的研究方向。所以元素的選擇必須慎重，不能過多或隨意添加，否則會(huì)難以清晰地表達(dá)模型的意義。

在利用腳手架搭建研究模型時(shí)，不要將模板只用于收集不同的學(xué)生的想法，而是要為學(xué)生提供展示的機(jī)會(huì)，讓建模發(fā)揮真正的作用。

六、結(jié)束語(yǔ)

新課標(biāo)的頒布為教育改革指明了方向，也給社團(tuán)科技教學(xué)賦予了更大的責(zé)任，在今后的社團(tuán)教學(xué)中要堅(jiān)持圍繞“做中學(xué)”“用中學(xué)”“創(chuàng)中學(xué)”，探索新的教學(xué)方法，讓科技教育更有味道，讓學(xué)生學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)，激發(fā)創(chuàng)造力，讓孩子們從小種下科技的種子，放飛科技?jí)粝耄瑸榭萍紕?chuàng)新打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]吳祖榮.“35+5”課堂在青少年科技教育中的實(shí)踐與探索[J].中國(guó)科技教育，2023（2）：62-64.