基于STEM教育理念的小学机器人课程开发与实践研究

吴碟

【摘 要】长期以来，我国普通的学科教育，大多只是知識的教育，较少涉及动手实践的技术教育。而“知道了”和“学会了”之间，相距甚远，动手实践是弥补这个距离的最佳方法。基于STEM教育理念的小学机器人课程开发与实践研究，从当代学生的生活特点出发，贴合学生生活实际，符合学生认知与探究规律。该研究紧跟时代步伐，针对传统小学课程存在的不足而展开，是强调以前沿科学知识的运用和生活中的具体问题解决为取向的主题性课程开发研究。

【关键词】STEM教育 机器人课程 人工智能 跨学科整合

一、研究试图解决的主要问题

（一）知识教育多，动手实践少

长期以来，我国普通的学科教育，较多的只是知识的教育，很少涉及动手实践的技术教育。而“知道了”和“学会了”之间，其实还有“十万八千里”的距离，动手实践是弥补这个距离的最佳方法。在普通教育课程中，技术教育不仅不具有相对独立的地位，而且它与学科教育的联系也不甚密切。

（二）表面了解多，深入了解少

学校教学内容与实际生活结合得比较表面，导致学生对实际生活中科技的了解只停留在初级阶段，对作用、原理等方面的认识仍是“知其然而不知其所以然”，缺乏深入了解。

（三）知识灌输多，主动探究少

教育教学方面，教师的教学方式、方法需提升，使学生不是被动地接受学科知识，而是主动学习、探究，积极地探索身边的科技，感受科技的魅力;少有学科可以把STEM（科学+技术+工程+数学）相互结合、相互融通;课程设置过于单一，不利于学生建构完整的生活、科技一体化的体系，公众整体的科学素养也需提高。

二、研究核心概念的理解

（一）对STEM教育的理解

STEM教育是综合融通的教育。它打破学科疆域，是学生通过对学科素养的综合应用，解决学习、生活实际问题的教育，包容性和跨学科是STEM教育的与众不同之处。

STEM教育是注重过程的教育。其关注的是：是否主动探究、思考，学习过程遇到了哪些阻碍，解决了哪些问题，学习过程得到了什么经验和启发……

（二）对机器人课程的理解

机器人课程是一门综合程度极高的学科。学生们学习构建机器人，使用电脑编写程序来控制自己搭建的机器人，用机器人进行数据采集，学习蓝牙或远程通信等技术。学生在设计中不断测试和调整机器人，能够理解机器人在真实世界中工作的各种原理。机器人教育要求学生在课堂上必须动脑、动手、动口。机器人课程综合培养和锻炼了学生的动手能力、语言沟通能力，提高了学生的协作和创造的能力。

（三）对“课程开发”的理解

基于STEM教育理念的小学机器人课程开发与实践研究，紧跟时代步伐，针对传统小学课程存在的不足而展开，是强调以前沿科学知识的运用和生活中的具体问题解决为取向的主题性课程开发研究。课程从当代学生的生活特点出发，贴合学生生活实际，符合学生认知与探究规律。

三、基于STEM教育理念的小学机器人课程开发与实践研究

（一）提出“基于STEM教育理念的小学机器人课程开发”的核心理念：团队协作、跨学科整合、解决真实问题

在研究中，为提升学生科技素养，我们明确提出“基于STEM教育理念的小学机器人课程开发与实践研究”的核心理念是：“团队协作”“解决真实问题”和“跨学科整合”。具体开发方案的目标为：1.通过课程的内容及学习方式的整合，着力于视野的拓展、知识的获得、技能的掌握、能力的提升和创意的增强，实现课程价值的合理重建;2.通过课程把课外及校外生活融合，聚焦项目探究，实现课程内容的充分拓展;3.课堂通过真实情境的建构，以多学科和跨学科的视角，提供知识活化和整合的机会，实现探究、研讨、体验等学习方式的有效整合;4.从积极乐观的态度、探究发现的意识、想象与创造的思维和思考与问题解决的能力、实践与表达的能力、沟通与合作的能力等方面，构建课程的多元评价体系。我们依托课程基地建设，团队成员经多轮的反复实践与反思、多轮修改确立了智能机器人普及课程的校本化实施纲要及策略。

同时，学校面向三至六年级学生，基于基础教育规律和学生身心发展需要，阶梯式架构系列化“人工智能课程”的课程目标、内容层级及其教学体系，如：三年级的《智能机器人》（动手做）、四年级的《智能机器人》（动起来）、五年级软硬件结合的《创意编程》、六年级的《一起学人工智能》。系列课程让学生感受人工智能的魅力及其给生活和学习带来的便捷，促进学生学习用人工智能解决学习、生活中的问题。

（二）分步建设了以“三个机器人实验室”为主体的课程活动探究室

我们充分利用课程建设创造的条件，为了让学生沉浸在科技氛围中，给学生提供更多体验、探究、合作、创新的平台，共装备了三个机器人实验室：

技术体验实验室：机器人知识学习的活动场所。室内主要配置了结构件套装、机器人套装等主要设备。学生能在教师的有效引导下，自由发挥、创造制作，利用机器人套装制作与日常生活密切相关的模型，以此锻炼学生的逻辑思维能力、空间想象力和规划实践能力。

创客探究实验室：我们立足信息课和学生社团，把教师、学生、学习资源、信息技术有机整合。学生利用创新思维把创意和信息技术知识与实践相结合。我们通过软、硬件的学习，帮助学生创造出有创意的作品。我们还跟美术教师合作，成立了3D打印笔社团。学校学生多次在市、区创客大赛中荣获一等奖。

竞赛实验室：主要为社团参加机器人比赛的学生提供深入学习、训练的场所。自2004年率先开展机器人社团活动，学校的科技教师和学生，经过多年学习、磨炼，取得了丰硕成果。学校每年都有多位学生荣获省、市、区机器人比赛一等奖，有多名学生曾站上国家级比赛的领奖台。

（三）初步构建了科学合理的多元评价体系

1.机器人学业质量标准： 在专家教師的指导下，我们与信息技术课标结合，尝试利用信息技术学业质量标准来对学校三至六年级学生进行检测摸底，逐步提升学生信息素养和计算思维能力。

2.注重过程，量化评价，不断提高学生自我认识、自我反思的能力：依据量化评价表，我们对课堂的每个小组、每位同学在学习态度、责任担当、学习互助、乐于分享、学会倾听、学习效果、交流展示、合理评价、任务完成情况等九个方面进行量化积分，将评价落实在实践过程之中，让学生人人知晓每节课、每个任务、每堂课自己的“得失”之处，明确学习努力的方向，不断提高学生自我认识、自我反思的能力。

3.少儿工程院的“小院士”选拔：每年，学校都将进行选拔小院士、小博士、小学士的活动。这是对那些在花小少年科学院中评价优秀、综合能力强的学生颁发的一种荣誉称号，旨在激励录取学生再接再厉，并为其他学生树立学习榜样，激发更多花小学生的科学梦和创造梦。学校每年向市、区“少年科学院”输送优秀人才。

（四）推进课程引领，建构区域机器人教育发展生态圈

此外，我们积极推进课程引领，建构区域机器人教育发展生态圈。以创设学术交流、资源共享的平台为重点开展工作，辐射联盟校，并逐步向区域乃至全市开放。

承办市区级机器人课堂教学研讨活动，通过开设公开课、观摩课来展示机器人教学探索的成果，发挥课程基地的辐射功能，提升学校机器人教育教学品牌价值;积极承办高规格的机器人教练员培训与竞赛活动，引领整个教师队伍专业技术水平的提升，为学生搭建展示的舞台;积极参加各项科普展示活动，以扩大社会影响力。

四、课题研究的价值与社会效益

（一）研究价值

1.是机器人课程开发认识与理论上的创新，具有一定的认识价值和理论价值。“基于STEM教育理念的小学机器人课程开发与实践研究”淡化知识体系，强化知识运用;从生活问题出发，注重探究，运用先进科学技术解决问题。

2.改变传统的以知识点、动手操作为主要内容的课程建设教学模式。以主题式教学规划课程，从问题出发，分析问题、解决问题，探索问题解决的最优模式，为机器人教育实践提供一种借鉴，具有一定的实践价值。

3.“基于STEM教育理念的小学机器人课程开发与实践研究”是一种行动研究。旨在加强学校科技教育，促进教育质量的提升，促进学生科学、信息素养的全面提升，促进学校办学质量提升。

（二）社会效益

1.转变了学生的学习方式，促进了学生有深度的学习。学校学生是开展课题研究最大的受益者。基于STEM教育理念的小学机器人课程开发与实践研究，有效地促进了学生学习方式的变革，超越了单一的课堂教学，给了学生足够自主的空间。学生通过探究发现、大胆质疑、调查研究、实验论证、合作交流、社会参与，在观察实验中学习科学方法，在统计归类中学习探求规律，在与他人交往交流中学习互相合作。学习方式的改变，更激发了学生自主学习的热情，增强了学生的自信心，充分发展了学生的多元智力，激发了学生的潜能和创造力。

2.提高了教师业务能力和课堂教学品质。我们深知：课程实施与推进的关键是教师，他们决定着课程开发的未来。在课程实践过程中，教师与专家、学生及家长等共同建构课程。在课程的推进实践中，教师越来越关注课堂内部的活动及其实效，关注学生是否真的在学习，对问题能否予以整体、全面关注，鼓励学生自己去发现，在师生互动中使学生获得多方面的发展。教师相互之间也逐渐形成研讨、协作的氛围，促进不同学科背景、不同特长教师之间相互请教、寻求帮助。同时，跨学科的特点让更多的教师自觉展开广泛的继续学习，提高课程实施的能力。

【参考文献】

[1]卢宇，汤筱玙，宋佳宸，等.智能时代的中小学人工智能教育：总体定位与核心内容领域[J].中国远程教育，2021（5）.

[2]王宾.小学科学课中AI智能与STEAM的巧妙结合[J].科学咨询，2021（2）.