苏小亚
福州江南水都中学，福建福州
摘要：随着“中国制造2025”的提出，智能机器人产业被视为未来国家重要的发展战略。在新时期，学校的教育也并非墨守成规，以机器人为代表的科技教育也进入到我们的中小学当中，且扮演着越来越重要的角色。本文将当前STEAM教育中的科学、技术、工程、艺术、数学等内涵实质与我校开展的VEX机器人实践活动经验相结合，对如何更好的整合学校教学资源以及在机器人活动中如何体现能力培养等方面进行分析，以期在中学更好地开展VEX机器人活动、促进学生核心素养的提升等方面提供一定的参考。
[关键词] VEX机器人 STEAM教育 整合 核心素养
1、引言
机器人教育是以培养学生综合能力为目标，对学生科学素养的培养和提高起到了积极的作用，因而在中小学当中得到了积极地推广。STEAM教育提出的五个核心内涵：科学(Science)，技术(Technology)，工程(Engineering)，艺术(Art)，数学(Mathematics)对VEX机器人实践活动有较大的指导意义，机器人活动的开展，对于培养学生的创新意识、创新能力等有较大的提高[1]。
2、VEX机器人教育现状
随着机器人教育越来越受重视，以比赛等形式出现的交流活动也越来越多，虽然机器人正成为许多地区和学校的特色教育课程，但不同地区之间的普及程度和推广的力度差异较大。STEAM作为多种学科相融合的教育形式，在该背景下开展好VEX机器人教育活动，对学生的综合能力的提升有较大的意义。
VEX机器人比赛（VEX Robotics Competition）是一项旨在拓展小学生、中学生和大学生对科学、技术、工程和数学领域兴趣，提高并促进青少年的团队合作精[]神、领导才能和解决问题的能力的综合赛事。
目前许多学校都在积极开展形式多样的科技实践活动，其中VEX机器人就成为许多学校的选择。VEX机器人活动的开展形式主要有各个级别的竞赛和学校内部的科技活动课程等，该活动有利于培养中学生的创新意识、动手实践能力和团队合作等能力[2]。
3、VEX与STEAM教育融合
如何将VEX从纯粹的比赛引导到学校的日常教学过程是我们应该思考的一个问题，充分领会STEAM教育的内涵，可将两者进行有机的融合。
表1 VEX与STEAM教育理念融合
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STEAM教育的内涵涉及到各个学科的综合，并非单个学科的理念和知识可以将其囊括其中，同时VEX机器人的搭建过程会涉及零部件的组构、机械原理、电路原理、程序的设计以及编写等方面知识，因而两者之间的融合可以更好的促进学生形成观念、掌握知识、提高能力等核心素养的养成。
4、VEX机器人活动各环节能力培养
4.1环节一：组构流程
VEX机器人活动课程具有较强的综合性，不仅与数学、物理、英语等学科有密切联系同时又与技术工程等学科之间也存在许多关联。在VEX机器人的搭建环节，教师不能简单的让学生依壶画瓢，这样容易导致在搭建过程出现比较频繁的返工问题。基础知识的讲授和单元安装的注意事项应该放在课程的优先位置，这也是是开展后续教学活动的导向课程。在课程的开头必须对学生进行机器人组构分析，分析过程可以参考作者的经验：首先，完成基础的构建组装，再由小的构建单元拼装形成大的单元构建；其次安装搭建过程应该遵循由里向外，由下到上的过程，这可以避免部分限位器或者其他小的零件不能及时安装到位；最后应该培养学生形成零件归位的意识，合理使用零件，培养学生的创新思维，如何尽量少的使用零部件达到最终的搭建目标。当然除了上述的几个注意点之外，其实我们在对学生进行知识融合过程中，最大的要求就是培养细心和耐心，因为VEX机器人最主要的结构组成都是铝条，每一格的位置和规格非常关键，因而在组构环节，教师可以对学生进行整体思想的教育，不仅只是知识的单纯记忆，更重要的是要去预设各种可能发生的情况，并在尝试和修正中形成较为科学的知识框架。
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图1 六角支承架与齿轮的安装顺序
4.2环节二：零件选择及简单机械原理
VEX机器人其实就是由简单的铝条和高力或者高速马达在主控器的“指挥”下以程序为载体完成相应的规定动作。很多学生在完成基本的组构后，对机器人的线路布设就不是很重视，这个环节很能体现学生整体的审美和预判能力。因为线路是由不同长度拼接而成，不仅只是简单的完成机器人能动的目的，线路的合理、规整是很锻炼中学生的审美能力、整理能力，如（图1和图2）。当然线路的布设也要注意不能卡在机械臂的活动关节部位，因为这样很容易将线路扯断，不同学生的预判和处理问题的能力就有较大的差距。最后对这个环节的建议就是尽量将线路布设在机器的内侧，这样可以防止在激烈的比赛中，线路被其他机器人扯断等问题的出现。
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4.3环节三：编程教育环节
编程环节是将上述：机器搭建、布线、马达以及主控器组装进行整合应用，是检验机器人组构是否出现问题以及机器人完成任务效率的重要环节，这个环节更多的是对中学生的发现问题、解决问题能力的锻炼。比如遥控器对机器人之间的联系配对也是十分关键，在操控机器人的时候，我们有时候希望能够足够精细的控制机器人的转弯又希望能够在需要的时候能够快速的前进。对于这样的问题学生如果有进行思考，那么最终就会在编程的时候通过自己改进一下遥控程序来实现（如摇杆值小于70时，电机以一半的功率转动，大于70时，电机功率值等于摇杆值等），因此编程环节非常考验学生的数学逻辑思维以及整体的分析思维，不同的学生会编出迥然不同的程序来完成共同的要求动作，这也是VEX机器人的趣味性所在。
4.4环节四：调试整合及维修
VEX机器人并不是完成组构和编程后就没有任何后续的工作，因位VEX机器人是不同铝条和简单的线路主控器等组合再一起，哪怕是一个螺丝的松动都会对整个机器动作的完成有很大的影响。当然，这个阶段我们更多的要去培养学生细心观察的能力和意识。在训练之后必须检查机器各个部件的完整程度，螺丝是否松动等环节。根据学生总结以往的经验来说，机械臂活动关节部位的螺丝比较容易松动脱落，这个部位适用防松螺帽来解决等。
5、VEX机器人活动在中学落实的建议
5.1创设情境，培养科学思维
情景的创设作为一种隐形的教学方法，在VEX机器人课程的教学中具有特殊的作用。机器人的学习过程中学生一定会有很多的疑问，在疑问和认知之间必然会有一定的冲突，在冲突中教师可以适时的对知识进行讲解和分析，结合STEAM教育多样的载体，将其融合至机器人的实践活动中，引导学生如何更加科学的去解决这个问题，并让其说出其中的理由，这将有利于培养学生的逻辑数学、分析能力，同时也有利于相关知识的建构，比我们单纯的在课上脱离情景去讲授知识来得更有效力。学生会更加充分和全面地认识机器人和其背后的科学知识，促进学生各方面素质的提高[3]（数据引用自王丽娟关于《机器人教育对中学生自主学习能力培养的研究》）。
5.2目标驱动，培养自主探究能力
相较于以往传统的教学模式，学生在课堂上的表现积极性不高，因此无法在有限的课堂内去高效地建构知识，而自主探究教学方法的运用，可以在一定程度上改变这样的弊端。通过目标驱动的方式，让学生每一节课都有一定的任务和需要组构的单元件，学生必须在这样的环境中去独立思考自己的任务，并努力去完成，这样无形中就对学生的探究能力进行培养和提升[4-5]。因为在自主思考、自主实践，独立去探究的过程，学生会运用该学习方式去解决面对的问题，将自己的想法融合到具体的实践中，这也符合STEAM教学理念的相关内涵，无形中提高了学生的动手和协作能力[3]（数据引用自王丽娟关于《机器人教育对中学生自主学习能力培养的研究》）。
5.3联系生活，呈现艺术之美
随着科学技术的快速发展，课堂中艺术能力的培养也受到了人们的重视，因此在机器人教育中更应该加深学生对艺术的理解，提高学生的审美能力也是我们应该追求的目标，当然这也符合STEAM教育所要求的艺术教育的培养。在机器人教育中的美和其他学科或许有些不同，我们要求的是去感受机器人力的美、敏感度的美，通过学生自己的探究，去创建独特的机器人的美学，表达自己对机器人美的独特理解。
5.4整合资源，促进水平提升
就目前而言，整体机器人教育在中小学的发展规模和普及程度还有待进一步的提高，对于目前大部分的VEX机器人教练都是来自信息、科学等学科的教师来兼任，因而未来的水平提升除了在经费上的投入之外，更多的应该是要去培训广大的机器人教师们。机器人的生命力体现在其更新换代的周期短、技术要求高等特点，建议学校间、学校和社会之间要更多的交流和学习，整合各地区各学校的优秀资源，共享先进的理念和教学模式，共同促进课程资源的整合和学生机器人水平的提高[6]。
6结语
本文针对如何有效的将STEAM教育与VEX机器人活动结合为载体，对机器人的组构编程等环节与STEAM教育中的五大理念相结合，从不同角度分析为什么要在中学开展VEX机器人科学实践活动以及如何发展提出自己的想法和建议。其旨让学生将所学知识应用到实际，提高学生的学习积极性，让知识不止于理论层面，通过结构的搭建、程序的编写培养和激发学生多元的认识和完整的知识建构。因此，合理的将STEAM教育理念与VEX机器人科技活动整合，并在中小学校园推广，将对促进学生核心素质的提升有积极的促进作用。
参考文献
[1]蒙庆华,蓝日海,戴海清.机器人教育校本课程开发探究[J].教学与管理,2019(15):90-92.
[2]王娟. STEM整合视野下的机器人教学活动设计[D].温州大学,2014.
[3]王丽娟. 机器人教育对中学生自主学习能力培养的研究[D].河北师范大学,2015.
[4]谭焱. 新课程背景下开展中学生机器人教育的研究[D].华中师范大学,2015.
[5]王小威. 促进创造力发展的青少年机器人教育研究[D].华中师范大学,2011.
[6]裘国永,李玉红.中学VEX机器人教育的PBL教学模式探索及影响分析[J].现代中小学教育,2017,33(07):70-75.
作者简介：苏小亚（1991- ）男、硕士、二级教师。