机器人教育中的工程思维培养

摘 要：机器人教育具作为最具代表性的一门新兴技术教育课程，对学生工程思维的培养具有重要作用。文章将从机器人教育与工程教育的关系、机器人教育对学生工程思维的影响及如何通过机器人教育培养学生工程思维等方面介绍机器人教育对学生工程思维的培养。

关键词：STEM教育;机器人教育;工程思维

一、相关概念介绍

（一）STEM教育

STEM教育源于美国，STEM是科学、技术、工程、数学英文首字母的缩写。STEM教育强调跨学科整合性，以培养学生科学知识、技术意识、工程思维和计算思维为主要教学目标，重点关注学生综合能力的培养。虽然STEM教育强调对学生综合能力进行培养，但目前我国基础教育领域对学生科学与数学知识的关注度一直很高，技术在近年来也逐渐受到重视，但对工程知识方面的关注远远不足。

（二）机器人教育

近年来机器人已经走进中小学的课堂，通过机器人教学旨在培养学生设计与创新能力。机器人学科综合了物理、数学、生物、机械、电子等相关学科知识，对学生综合能力的提升具有关键作用，彭绍东的文章里对机器人教育所下的定义是：机器人教育是指学习、利用机器人，优化教学效果及师生劳动方式的理论与实践。也就是說机器人教育具有理论与实践两大领域，在理论方面机器人教育具有自身的理论基础，在实践方面机器人作为载体，在具体的教学实践中开展系列教学活动。学生在机器人学习中除学习机器人学科知识和基本技能外，也要学会分析问题、解决问题的系统思维，为适应未来社会奠定基础。

（三）工程思维

工程思维是人们在进行工程决策、工程设计和工程运行的过程中形成的一种思维方式，工程思维的核心要素为工程决策思维、工程设计思维、工程实施思维和工程评价思维。有些研究并没有将关注的焦点放在对中小学生工程思维的培养上，认为工程思维的培养不符合特定年龄阶段学生的认知发展。我国教育部在2011年就提出“卓越工程师教育培养计划”，旨在培养一批兼具工程能力和创新能力的高质量工程技术人才。可见，工程思维的培养更应该从小抓起。

二、机器人教育与工程教育的关系

在中小学开设的机器人教育中，学生要以小组的形式共同完成机器人主体的搭建，首先各小组要规划搭建思路、设计机器人主体及实施验证机器人主体的稳固性，整个活动的进行需要一系列工程设计步骤，这很好的锻炼了学生的工程思维。另一方面，让学生亲自体验机器人编程才能锻炼学生编程能力，同样，对机器人进行编程要经过策划机器人运动路径、设计机器人主体、对机器人进行编程及调试程序等一系列操作过程，并且每一个过程都不是孤立存在的，机器人主体结构的稳固与否严重影响后续机器人运动情况，对机器人编程的准确性也直接影响着后期进行调试的过程。总而言之，学生通过机器人的学习能够体会工程设计流程，对学生创新实践能力及工程思维的培养具有很好的促进作用，换句话说，中小学机器人教育促进工程思维的培养。

三、机器人教育中工程思维的培养

（一）选择系统的教学内容

目前机器人教学中存在教学内容零散、不规范的问题，对学生系统思维的培养具有不良的影响。首先机器人教学内容要具有衔接性、连贯性和系统性，那么教师在设计机器人教学内容时除了要考虑到学生的年龄及认知特点外，更要考虑到各个知识点间的内在逻辑联系和整体的系统性特点，例如选择一个总的教学主题——设计一款竞技机器人，在这个大的主题下又有很多子主题，包括竞技机器人的车身设计与搭建、竞技机器人的运动及编程、竞技机器人的测试与调试等过程，每个小主题都有各自的重点和难点，而整个大主题又是多种知识、技能和环境等因素相融合的工程系统，那么学生就能够在系统的学习环境中培养工程思维。

（二）以工程思维为主线组织教学内容

教师在选择教学任务时要考虑到工程思维的现实性和集成性的特点，从学生实际生活出发选择具有真实性较强的任务，以便学生能够在解决实际问题的过程中可以找到丰富的背景资料，引导学生综合考虑多种因素进行方案的设计。同时，教师进行教学设计时要以工程设计过程为参考，根据工程设计过程组织教学，让学生在亲自动手实践的过程中，体会工程设计思想，逐步培养学生工程思维。

（三）实现“讲授”与“活动”的动态平衡

工程思维是一种典型的实践性思维，但并不代表着在机器人教学中不需要理论支撑，机器人学科是综合性较强的一门学科，需要学生在“做中学”去获得知识，教师要平衡好“讲授”与“活动”的动态平衡。传统教学中填鸭式的教学已经适用现在的课堂教学，在机器人教学中教师可以给学生提出具体的任务，让学生围绕任务进行方案的策划、设计、实施、测试等一系列过程，这样的方式可以帮助学生进行完整知识的建构，对学生工程思维的培养具有促进作用。

四、结语

学生工程思维的培养并非一朝一夕就能解决的，而机器人教育为工程思维的培养提供了很好的载体，但机器人教育在中小学的发展还不完善，特别是如何开设、如何实施教学，如何深入培养工程思维都有待进一步研究，这也是今后我们要重点进行研究的方向。

参考文献

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作者简介：孟雪（1993.09- ），女，汉族，辽宁建昌人，硕士，研究方向：教育技术学（教育学）。