广东省“馆校结合”创意机器人进校园活动实施效果与优化策略初探＊

文/吴志庆 许玉球 傅泽禄

0 引言

为贯彻落实《全民科学素质行动规划纲要（2006－2021－2035年）》的有关要求，中央文明办、教育部和中国科协于2006年联合启动了“科技馆活动进校园”工作。广东科学中心是全国“科技馆活动进校园”深化试点一类科技场馆，从2010年起实施“科技馆活动进校园”项目，旨在将科技馆的科普活动送到学校，使科技馆资源与学校教育结合起来，加快培养学生科学素养和科技实践精神。广东科学中心以自主研发的创意机器人为抓手，深入推进“馆校结合”科普育人工程，由科学中心科普教育人员以进校园等形式进行创意机器人科学实践活动。

2019～2021年是广东科学中心推进“馆校结合”创意机器人进校园活动（以下简称“机器人进校园活动”）全面铺开、走向全省及港澳地区的深化推广阶段，总结此阶段的活动实施效果，对于推动科技馆教具等科普资源进校园开展活动，解决校园内科普师资不足、难以管理和监控等问题具有实践参考借鉴和启发意义。

1 开展创意机器人进校园活动的价值

“馆校结合”创意机器人进校园活动的开展，给学生、学校及社会带来不同程度的效益，因此受到各校师生的欢迎。

1.1 对学生成长的价值

学生作为机器人进校园活动最前端参与者，是最直接的受益者。学生可以从中学习到机器人知识，开阔视野；通过动手制作，学习操作多种工具，提高动手能力。科学中心只提供机器人套件的基础部件，为学生制作机器人留下巨大的发挥空间，培养学生通过原始、简单的机械元器件进行发明创造的科技创新能力。作为一门前端科学，机器人让许多学生觉得遥不可及，但通过校内机器人科技活动课及机器人竞赛活动，学生们会发现机器人、人工智能（AI）在身边随处可见，并且自己也能够亲手制作一个机器人，由此增强了学生学习和研究机器人的自信心。

1.2 对学校建设的价值

学校、教师作为机器人进校园活动组织者，连接学生与科学中心，他们在活动组织及实施过程中也会得到不少收获。一般来说，学校尤其边远地区学校在非应试的科学教育教学方面显得较为薄弱，在此方面的资源也相对匮乏；部分学校经验不足，不知如何开展，科学中心团队携带成熟的机器人套件到学校开展活动，推广相关组织经验作为示范，丰富了学校的科学教育实践活动以及相关资源。

2 机器人进校园活动现状

2.1 活动概况

广东科学中心自2010年起开展了机器人进校园活动，前期主要是各地试点活动，2019年起，在前期试点基础上，广东省科学技术厅、广州市教育局等政府部门给予专项支持，广东科学中心面向全省以及港澳地区开展机器人进校园活动。采取以教师培训培养各校骨干教师，再由骨干教师回校培训本校教师和指导本校学生设计、制作机器人的方式。各校根据自身特色，以科技课程、创客小组活动、机器人兴趣小组、机器人第二课堂、社团活动、校内比赛、主题讲座等形式分批完成活动，并报送表格、照片等有关活动资料到广东科学中心。

该活动主要借助广东省科技馆研究会、广州市青少年科技教育协会等平台，按照学校报名－学校优选－确定名单－配送套件－教师培训－各校活动－报送资料－统计分析－评优及延伸资助等流程开展。

2.2 活动内容

广东科学中心自主研发了26款创意机器人套件，主要采用单片机、马达、三极管等分立元器件，利用绿色环保材料，创意发挥空间大和可拓展性强。为兼顾实用性、科普性以及适度进阶的原则，广东科学中心挑选适合开展机器人进校园活动的套件，制定以鼹鼠机器人为基础，声控四足机器人、AI机器人（普及型）为进阶的进校园套件（方案）。

鼹鼠机器人是利用碰撞开关、TT马达、面包板、电池盒等元器件实现机器人避障功能，本款套件非常适合初次接触机器人的师生，并且蕴含电子元器件的基本原理。声控四足机器人则增加了声控传感器、单片机、机械木架装置，它具有类似动物的“听觉”，当没有声音的时候会停止活动；当有声音不断催促时，它会亮灯并一直走下去。AI机器人普及型有触摸传感器、显示屏、蜂鸣器、控制板等元器件，通过搭建终端套件和电路，在显示屏上训练机器人跳跃避障功能，还能通过编程和增加马达、发光二极管（LED）等实现丰富的拓展功能。

2.3 活动实施效果

2019年起至2021年12月，通过“馆校结合”创意机器人进校园，广东科学中心在全省提供创意机器人套件约5000套，普及学校369所，直接间接普及师生达29万人次，各校开展活动1750多次，已成为广东省“馆校结合”科普育人模式的典型案例，在全省中小学校广泛传播、复制和提升，积极推动广东省“馆校结合”科普育人模式的创新发展。有效降低中小学生学习和制作机器人的门槛，让更多的学生爱上机器人、制作机器人，推动中小学生科学素质的提高。

与此同时，广东科学中心积极向粤东西北地区（即汕头、韶关、河源、梅州、汕尾、阳江、湛江、茂名、清远、潮州、揭阳、云浮、惠州、江门、肇庆）以及广州市北部地区（即增城、花都、从化、白云）等科普教育相对落后地区普及倾斜，助力全省科普均衡化发展。其中，向粤东西北地区和广州市北部地区开展普及活动的学校数达273所，直接普及人数超过3.8万人次，间接普及人数超过17万人次，普及学校数量和普及人数占总数比例均在70%以上（见图1）。而且，这些地区各校开展活动的积极性和效果均不弱于其他发达地区学校，他们更重视活动更珍惜教育资源。需要说明的是，2020年由于新冠疫情影响，机器人进校园活动普及效果受到较大的影响，但2021年开始逐步恢复到之前水平。

图1 机器人进校园活动普及情况统计

3 机器人进校园活动存在的不足

广东科学中心对机器人进校园活动工作经验进行总结时，也发现其中存在一些不足，在一定程度上影响了科技进校园活动的质量与成效。具体表现在以下几个方面：

首先是机器人进校园活动过于关注普及面，过度追求活动开展的形式，而对教育活动、教育目标欠缺统一的认识。大多数的学校与科技馆的合作依然停留在传统的合作方式上，学校或者科技馆确定活动主题后，学校单一地组织学生被动接受科普教育活动。

其次未能根据学生兴趣开展机器人进校园活动。活动主题由教师与科技馆人员协商制定，却没有注意考虑学生的意见与兴趣，在一定程度上影响了学生参与活动的积极性，也在一定程度上忽略了学生群体之间的差异，影响科技教育活动质量。

第三是活动开展的可持续性不佳，并缺乏系统性。例如机器人进校园活动一般进行时间较短，学生往往未能充分掌握有关基本知识而活动就接近结束了，缺乏对学生科学素质系统性地培养。另外，由于小学生的科学基础知识薄弱，特别是低年级学生的学习注意力和集中度不足，自律性与自主学习能力较差，导致机器人进校园活动效果受到影响。

4 机器人进校园活动优化策略

通过分析创意机器人进校园活动存在的不足，广东科学中心基于活动经验，探索了提高活动质量的优化策略。

4.1 建立长效合作机制，发挥共同教育作用

“馆校结合”创意机器人进校园活动活动的展开离不开学校的长期支持，广东科学中心已与十多家长期合作的学校签订战略合作协议，通过项目形式投入优质创意机器人科普资源到学校并组织教师研学或培训，利用各种工具进行线上解疑，全程跟进学校完成活动进度、完成情况以及问题反馈等。后续双方可通过开发校外课程、校（馆）本课程建立更紧密的合作关系。

4.2 以学生发展为导向共同设计活动

在活动设计阶段，应注意充分吸纳师生的意见建议，建立从零基础到高阶的进阶套件以适应不同年级、不同层次的师生。例如在具备条件的学校开展创意机器人线上授课、科技课、第二课堂、兴趣小组、校内展示交流，或比赛、校外延伸或其他拓展活动等蜂聚形式的活动，激发学生参与活动的活力与兴趣；对于想进阶活动的学校，制定可满足一学期的课程安排；对于具备提升或想进一步延展活动的学校，则针对学校实际情况制定个性化方案。

5 小结

机器人进校园活动是面向所有在校青少年学生开展的普适型科普教育活动，通过活动的开展，让更多的学校认识和了解机器人知识在青少年科技教育中的重要作用，进而自主开展与机器人这一前沿知识相关的教育活动；让参与活动的老师不断提升与机器人领域相关知识的授课能力，进而提升机器人课程编排能力；更重要的是，通过科学中心与学校的合作，让更多的学生了解机器人、喜爱机器人，在参与活动的过程中加深对科学技术的学习兴趣、提高科学实践能力和科技创新能力，最终达到培养更多创新人才的目标。