创客教育视域下的中小学机器人教学探究

2022-04-24周瑞增李志刚

教育观察 2022年11期

周瑞增，李志刚

(郑州市中牟县晨阳路学校，河南郑州，451450)

机器人教育作为一门兼具实践性、综合性、创新性、前瞻性的学科，其将创新教育作为理论指导，旨在重点培养学生的科学品质、创新思维、实践能力及探索精神。但是，纵观当前我国中小学机器人教学，其在教学模式上还缺乏成熟的经验作为参考。创客教育作为时代发展与进步的产物，具备创新性与适切性的特征，侧重培养学生的创新能力。可见，创客教育与机器人教育的目标不谋而合。因此，在中小学机器人教学中，教师应基于创客教育理念，不断丰富教学手段与教学方法，激发学生的创造力和想象力，帮助他们成为将来科技兴国、科技强国的践行者。

一、创客教育概述

(一)创客教育的含义

最早提出“创客”这一概念的是《连线》杂志社的前主编Chris Anderson，他指出创客的含义为“热衷于创意、设计以及制造，通过创新的手段满足广大群众需求的群体”[1]。创客教育则是采用先进的理念与创新的方式对教育进行改造。创客教育的主旨是采用新型的教学方式，让学生感受到学习的乐趣，并在学习的过程中激发学生的创造潜能。

(二)创客教育的特征

创客教育的最终目标是培养学生的创新能力及实践能力，而小学信息技术学科本身具有较强的操作性，因此，将创客教育用于小学信息技术学科的教学实践中能够弥补传统教学模式的不足。与传统的教育模式相比，创客教育的特征主要体现在以下四个方面。第一，整合性特征。与传统教育相比，创客教育打破了传统学科的壁垒，强调结合多门学科的知识发现问题、分析问题、解决问题，在创客教育理念指导下的教学内容与教学目标也不再局限于某一学科知识，而是提倡将多角度、多学科知识点结合起来因材施教，培养创新型人才。第二，研创性特征。创客教育能够使学习、研究、创造三者形成良性循环，发挥持续培养学生创造力与创新力的作用。第三，协同性特征。创客教育的课程内容与活动设计常常围绕某个复杂的问题开展教学。其中，项目式学习是最常见的教学方式，即教师根据学生的兴趣组建项目小组，调动各个小组成员的能动性进行探究，共同解决问题，完成学习任务。第四，共享性特征。共享精神作为创客教育中不可或缺的一部分，也是其区别于传统教育的一大特征。在创客理念指导下让学生参与到分享与交流中，鼓励学生大胆地发表自己的看法，从而让学生在思维碰撞过程中培养创新能力。[2]

二、创客教育视域下的中小学机器人教学的意义

随着电子技术、大数据信息技术的飞速发展与深度融合，创客教育已经成为现代化教育的一部分，也成为当代教育改革的一大趋势。机器人作为现代高科技的集成体，为智能化的深化注入了活力。当下，越来越多的中小学在信息技术教学中开设了机器人教学，而创客教育视域下的中小学机器人教学要求打破传统的教学模式，鼓励学生参与机器人足球比赛、机器人编程比赛、机器人百科知识赛等活动。在参与这些活动的过程中，学生通过学习机器人软件工程与硬件机构的基础知识，能够接触到最前沿的科学技术，深刻意识到机器人在推动社会进步与经济发展方面的重要贡献。通过为学生营造自由分享、相互碰撞的氛围，师生共同参与机器人的程序设计与编写，并自主开发机器人软件，组装各类具备实用功能的机器人，这不仅能够培养学生的创新能力，而且能够提高学生的动手实践能力。[3]

三、创客教育视域下的中小学机器人教学流程

随着创客教育的提出，我国学者对其进行了大量的研究。本文在查阅相关文献的基础上，总结出了在中小学机器人教学中融入创客教育需要注意的三个方面。

(一)明确教学目标

教学目标作为设计教学内容与教学活动的方向，是教育评价的出发点与落脚点。相比于传统的教学模式，创客教育提倡在关注学生理论知识与操作技能的基础上，重视学生分析问题、解决问题、合作交流能力与创新能力的培养。中小学机器人教学的主要目标是培养学生信息素养。布卢姆对学习目标的分类方法将分析、评价、创造归于高阶思维能力，因此，基于创客教育视域的中小学机器人的教学目标应当为培养学生的沟通交流和团队合作能力、分析和鉴别信息的能力、亲手实践与解决问题的能力、创新思维与创造力。教师应在此基础上组织教学，设计出科学的教学流程，同时注重教学评价。

(二)优化教学内容与教学方法

创客教育模式对中小学机器人教学提出了新的要求。传统的课堂知识内容无法契合当前的实际需求，部分教师在中小学机器人课堂中讲解的知识较为陈旧，学生使用的实践操作软件版本没有及时更新，学生即便理解了教材中的知识内容也无法应用到实践中。对此，中小学机器人教师应当坚持与时俱进，不断创新改革，进一步拓展课堂知识内容，确保学生所掌握的信息技术知识能够在新时代下得到有效应用。根据创客教育理念的基本含义与主要特征，结合相关的文献及中小学机器人教学现状，教师需要通过整合教学空间与实践环节并结合教学内容与学生的需求，设计出具备创新性、挑战性的教学活动，让学生在动手实践中学习机器人基础知识、深化基础知识，从而顺利实现教学目标。

(三)教学评价

传统评价模式大多以考试分数为评价标准，这种评价模式不符合创客教育的要求。因此，只有构建基于创客教育的多元化评价体系，才能发挥评价的鼓励作用、诊断作用及促进作用，使评价更加公正、公平。当前，创客教育在中小学机器人教学中使用的教学评价体系主要是评价量规，评价量规需要详细地记录学生作品的创作过程，学习过程中能力发展的变化情境，创作过程中遇到的问题、解决措施，等等。需要注意的是，评价量表不应仅仅应用在展示阶段，而应贯穿教学始终。同时，教师不仅要关注结果性评价，还要关注学生在学习、模仿、研究、创作、分享每一个环节的情况，实现形成性评价与总结性评价相结合。除此之外，还需要结合教学内容采用多元化的评价方式。为提高评价结果的全面性，在评价过程中还可以邀请学生与家长参与，从不同维度出发对学习效果展开评价。[4]

四、创客教育视域下的中小学机器人教学——以“足球机器人的热身训练”为例

本文以“足球机器人的热身训练”这一教学为例，对教学过程进行详细分析。在实施教学之前，教师应当明确教学目标。“足球机器人的热身训练”旨在帮助学生掌握正确调试机器人主机程序的方法，适当地引导学生亲自动手调试程序，提高学生的学习积极性，同时提高学生的动手能力和创新精神。围绕这一教学目标，设计了“足球机器人的热身训练”的教学过程，主要包含五个环节，如表1所示。

表1 “足球机器人的热身训练”教学过程设计

(一)提出问题

为提高学生学习兴趣，教师可以提前准备一段机器人参与足球比赛的视频，然后在课堂教学时播放该视频。学生观看完毕后教师提出问题“同学们，视频中的这些机器人是如何踢球的”“究竟是谁在控制这些机器人”，通过启发式提问帮助学生初步认识足球机器人。当学生的学习欲望被激起后，教师便可以鼓励学生尝试调试机器人，然后再引出本次的教学内容——足球机器人的热身训练。教师鼓励学生提出自己的疑惑，并通过小组合作的形式让学生共同讨论如何启动机器人，如何控制机器人进攻、防守、运动方向等，最后再介绍主机程序调试的内容。

(二)任务驱动

任务驱动这一环节的主要内容是组织学生进行程序调试，并对调试结果进行检验，具体为将学生分成若干个小组，以小组为单位开展机器人主机程序的调试工作。在这一环节教学中，教师可以结合前面提出的问题布置详细的调试任务，包括调整机器人不防守、不进攻、方向错误等问题，调试结束后指导学生开展测试工作。各个小组成员要总结自己在调试过程中遇到的问题，先尝试在小组内解决，若不能解决则可以寻求教师的帮助，以此掌握利用指南针对机器人进攻、运动方向进行正确调整的方法。当学生解决组内的问题后，教师还可以鼓励他们进行组间讨论，分析不同类型的攻击方法各自的优点与缺点，以此培养学生站在不同角度分析问题的能力。

(三)探究实践

探究实践环节主要是鼓励学生自主调试机器人主机。这对各个小组成员之间的配合性提出了较高的要求，需要他们共同制订详尽的调试计划，调试结束后还需要测试机器人的运动轨迹与进攻效果。当学生的自主探究结束后，教师要进行陈述性总结，重点指出学生调试的机器人在进攻与防守等方面存在的不足，鼓励学生在下课后继续探究，培养学生的探究能力。

(四)知识拓展

在完成关于足球机器人的热身训练知识的教学后，教师还应鼓励学生开拓思维，即结合自己的想法调试机器人，使其拥有更多的运动功能。值得注意的是，教师在这一环节要鼓励学生大胆创新，针对自主研究获得一定进展的学生给予表扬和鼓励，从而激发学生的创新意识。

(五)比赛激励

在课堂时间充足的前提下，教师可以让各个小组派出代表展示本组的足球机器人，对各组的调试效果进行检验。教师应公平公正地对每个小组作品的创意性、操作过程中小组成员之间的配合程度进行评价，并采用物质奖励或者颁发荣誉称号的形式表扬表现突出的小组，以激励的形式激发学生学习机器人的兴趣，引导学生将自己的想法大胆应用在机器人的学习中。

五、创客教育视域下的中小学机器人教学保障措施

(一)积极营造创客教育的氛围

环境在很大程度上影响着教育目标的顺利实现。中小学生学习并研发机器人的过程实际上是获取信息、加工信息、管理信息、呈现信息、讨论信息、解决问题的过程。因此，将创客教育理念应用在中小学机器人教学中，要想达到预期的教学效果，首先就要营造出良好的创客教育氛围。一方面，教师应积极转变教学理念，将传统的被动式知识传授模式转变成基于师生良好互动、共同化解难题的主动教学模式；另一方面，教师要在机器人教学的各个环节中渗透创客教育的基本理念，注重培养学生主动思考、留心观察生活的能力。

(二)加强创客教师队伍建设

教师是在机器人教学这门新兴课程中开展创客教育的第一资源。但是，纵观当前机器人教学，大部分是由信息技术教师担任，很少有学校聘请机器人相关领域的专业教师。信息技术教师受限于专业知识，只能按部就班地进行教学，缺乏自主创新意识和能力，限制了课堂教学的延伸和拓展。因此，为更好地将创客教育理念贯穿机器人教学，学校需要优化教师队伍。机器人课程教师应树立协同发展的理念，站在长远的角度对待课堂和教学，将软件开发、编程等和机器人开发有机结合起来，提高课堂教学的生动性；应立创新意识，结合教学内容与学生的需求对教学设计进行优化，从而更好地在教学中启发学生思维，激发学生的探索欲望。

(三)结合教材文本，优化创客教育内容

纵观当前中小学的信息技术课程，其中很多知识均可运用在机器人研发中。因此，在机器人教学中贯彻创客教育理念还应当树立协同思维，深入挖掘教材内的创新知识点，特别是注重将教材中的隐性教育资源挖掘出来，在保持原有知识完整性与系统性的基础上适当拓展，融入创新思想，开阔学生的视野。

(四)借助多媒体教学，提升教学效果

基于创客教育理念的中小学机器人教学要达到满意的教学效果，就需要教师在设计课程时根据实际需求适当应用多媒体工具。例如，教师可以结合学生的兴趣爱好，以短视频的形式将课程中的理论知识与学生的实际生活有机结合起来，激发学生的创新意识，使每一位中小学生变成“创客”。[5]具体来说，在足球机器人的热身训练的教学中，为更好地帮助学生了解足球机器人，教师播放了一段足球机器人比赛的视频，以此调动学生的学习兴趣，激发学生的创新思维，当学生在兴趣的推动下对基础知识有了一定的了解后，之后的调试、测试等环节便可以顺利进行。值得注意的是，在基于创客教育理念的中小学机器人教学中，教师要充分发挥自身在学习创客项目过程中的质量监控作用，以便随时掌握不同小组学生的分工协作情况及开展进度。一旦学生遇到问题或者困难，教师要先鼓励学生在小组内部解决，解决不了时再向教师请求技术指导，从而提高教学效果。