田 浩
佛山市顺德区北滘镇教育办公室 528311
摘要：近年来虽然机器人的教学实践在中小学开展的越来越多，但通过机器人开展STEM教育的教学模式、教学评价、课程建设等方面的研究却相对比较缺乏。当前，教学实践的资源大部分是竞赛资源，实践设计缺乏理论规划与依据，授课内容参次不齐。本研究旨在通过我镇中小学一线教师的教学实践，架构学生人人参与的机器人STEM教育教学平台，建设优质的机器人教学资源，创设培养学生创新和实践能力的课堂教学模式，加快推进中小学机器人的实践教育。
关键词：机器人 STEM教育 实践
1 研究的背景
《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》中提出，当前我国的创新型、实用型、复合型人才紧缺，我们要坚持以人为本，着力提高学生勇于探索的创新精神和善于解决问题的实践能力。教育部印发的《中小学教师培训课程指导标准》中已将STEM课程与开发纳入了“文化知识学习”研修主题，并且在“信息素养提升”的培训课程研修主题中，加入了人工智能与教育变革内容。
2l世纪的竞争，归根到底是人才的竞争。我们试图融合重整科学、技术、工程和数学这四大领域的教学内容，培养出适应2l世纪的复合型、创新型人才。
2 概念的界定
STEM是科学（Science），技术（Technology），工程（Engineering），数学（Mathematics）四门学科英文首字母的缩写。STEM教育并不是科学、技术、工程和数学四门学科教育的堆砌，而是强调跨学科融合，要将四门学科内容融合形成一个有机系统，以更好地培养学生的创新精神与实践能力。
3 研究的途径
3.1 多方参与，形成教育合力推动机器人STEM教育发展。
采用任务教学和项目式学习方法，课堂环境和实践基地环境双环境来开展机器人的STEM教育教学活动。通过学校、家长、教育办公室、文化中心、少年宫多方参与机器人教育教学活动形成教育合力，推动机器人STEM教育又快又好的发展。具体来说，学校提供机器人教学设备、教学场地以及专项经费保障，开展机器人课堂教学。在社区，建立机器人科技实践基地，镇教育办公室牵头组织，镇文化中心、少年宫提供场地，科技教师和机器人厂家协同开展机器人项目学习，家长带子女体验、提升机器人学习成果。这样课堂环境教学和实践基地环境的教育模式互为补充，将全面提高机器人教育的普及性，更有效地推动机器人教育的良性发展。
3.2 STEM+机器人+学科课堂：迈向跨学科融合
我们分析各学科最基本的知识结构，梳理各学科之间的联系及知识达成目标的途径与方法，形成以问题为核心的课程体系，借力机器人作为STEM教育的载体，实现各学科课程要素的有机融合。
4 研究的成果
4.1 创编开发STEM教育的机器人专题应用课程。
我们在原有信息技术课程的基础上进行STEM教学课程创编，课程在教育实践时更符合中小学生的认知规律，尤其是新编的专题应用课程《智取天下——迷宫机器人揭秘》、《“虫虫”特工队—机器人仿生小探究》、《机器人运动会》和《跟机器人一起探险》等在内容上弥补了原来课程知识点上的不足，又联系生活实际，设计更有针对性和实效性。
4.2 构建以机器人为载体的“自主—探究”、“合作—分享”STEM课堂教学模式，有效培养中小学生的创新能力。
“自主—探究”的教学模式给了学生自主发展的空间，让学生有时间和意识主动探究自己关注的问题，发挥自己的特长，实现自己的想法。“合作—分享”的教学模式能培养学生的合作精神、交往能力、创新精神、承受能力，激励学生主动学习。
案例： 《人体的司令部》
《人体的司令部》这是一节小学科学课，我们将机器人STEM教育实践引入课堂教学，教师在“最强大脑”模拟情境的授课环节中，设计了3个教学环节：（1）机器人搭建：让学生学会应用超声波、声音、接触传感器及控制器、数码显示屏、蜂鸣器、马达、指示灯、结构件、连接线等元件搭建机器人，应用大脑各功能区域原理，构造机器人的眼睛、耳朵、嘴巴、双手等身体器官。设计目的是让学生掌握机器人“身体”各部分的搭建技巧。（2）编写程序：让学生学会运用条件、判断、循环、功能模块的语句编写程序，通过调整传感器、控制器、执行器等功能组件、元器件的参数值，让机器人在感知外部环境的变化时，能自动做出数据显示、发声、亮灯等行为操作。（3）创意发挥：在机器人上组合各类不同的传感器，充分发挥学生的主体能动性，鼓励学生自己去思考、去探究、去实践、去创新，让机器人多功能模拟人类的行为，领会科学课中人体的各项活动是在大脑的控制和调节下相互配合完成的学科内容。本节课鼓励学生自己去尝试，通过任务驱动、项目式学习的教学方法，完成了预定的教学目标。学生的学习不再是在单个学科领域开展，而是围绕真实问题以多学科、跨学科方式进行实践。
4.3 结合学习流程模型，优化STEM教育的评价体系。
经多年的实施研究，我们总结出STEM教育视野下中小学生机器人探究学习流程的基本模型为：提出与分析问题→应用跨学科知识→团队合作→选择与应用适当的技术→探究与设计作品→展示与评价成果。以过程性评价为主开展教学评价，在评价中，我们以学生学习和应用、解释和交流、整合和探究不同学科内容的参与度，以及问题导向、逻辑推理、团队合作、技术应用策略的有效度作为评价维度，立体地、多维度地评价学生的学习效益。
4.4 进一步提升了教师跨学科融合的素质。
机器人STEM教育进行跨学科知识融合，且通过项目实践解决真实情境中存在问题，可以引导学习者积极应用运用各科知识，促使其综合能力迅速提升。在研究过程中，各学科教师高效合作，对机器人教材、教法进行研讨，定期开展数学、科学等多学科的集体备课、设计、反思，教师们的实践能力和教学水平得到发展，一支新型的具有开拓精神的跨学科的专业教师队伍产生了。
5 结束语
智能机器人涉及机械、电子、计算机、人工智能等多学科知识，是开展学生科技教育、培养创新能力，实现STEM教育四要素有机整合的极好载体，中小学机器人STEM教育的实践研究全方位地提升了学生的综合能力，也将会对中小学教育的人才培养模式产生长足的影响。
参考文献
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