“機器人+”在STEM教育中的實踐

沈勁松

目前，社會越來越重視STEM人才的培養(yǎng)。但在初中信息技術(shù)教學(xué)中，STEM教育實踐的教學(xué)力度仍不足，學(xué)生的動手實踐和操作能力較為薄弱。而“機器人+”的引入，可以有效開展STEM教育，改善教學(xué)現(xiàn)狀，對加快初中信息技術(shù)教學(xué)改革意義重大。

“機器人+”項目活動

作為STEM教育項目，“機器人+”活動已部分引入到當(dāng)前初中信息課程教學(xué)中，并初步展開了創(chuàng)新教育的帷幕。從整體情況來看，所涉及的內(nèi)容包括機器人的相關(guān)概念、硬件結(jié)構(gòu)、軟件編程及拓展應(yīng)用等方面。通過參與“機器人+”項目活動，學(xué)生們可以掌握機器人的系統(tǒng)組成及工作原理，學(xué)會硬件結(jié)構(gòu)的搭建、初步編寫實用機器人程序，并能夠運用所學(xué)知識和技能進行初步的機器人研究和參加各級部門組織的機器人項目競賽。如Arduino類開發(fā)的機器人使用開源硬件，與包括溫度傳感器、聲音傳感器、觸碰傳感器、亮度傳感器等多種傳感器連接，借助Scratch編程軟件進行控制，學(xué)生們學(xué)習(xí)相關(guān)成功案例、借鑒他人經(jīng)驗，通過模仿并根據(jù)需要進行創(chuàng)新設(shè)計，探索操作性強的設(shè)計思路，完成實用性高的機器人作品。同時，通過與其他同學(xué)討論，展示自己的作品，分享自己的制作心得與體會，在取長補短中增強創(chuàng)新創(chuàng)造能力。

“機器人+”項目載體優(yōu)勢

為充分發(fā)揮“機器人+”項目的載體優(yōu)勢，達到創(chuàng)新教育目的，達成STEM教育目標(biāo)，在初中信息技術(shù)學(xué)科教學(xué)時，具體可從以下幾方面考慮實施。

第一，提升學(xué)生的活動關(guān)注度，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。初中信息教學(xué)過程中，許多內(nèi)容已經(jīng)在小學(xué)階段就接觸過，新鮮度較低，因而學(xué)生往往處于被動學(xué)習(xí)地位，缺乏濃厚的學(xué)習(xí)興趣。而在“機器人+”項目活動過程中，通過搭建機器人結(jié)構(gòu)、進行人機互動，可以充分培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提升活動關(guān)注度，激發(fā)他們求知欲。

第二，從學(xué)生的生活入手，提高實際應(yīng)用能力。機器人已經(jīng)廣泛應(yīng)用于生活生產(chǎn)中，在開展機器人教學(xué)活動時，應(yīng)加強與現(xiàn)實生活的聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用機器人改善生活的能力，使其能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識應(yīng)用到解決實際問題之中。如在學(xué)習(xí)計算機的輸入設(shè)備時，可以結(jié)合生活中比較常見的機器人上的溫度傳感器、聲音傳感器進行講解，讓學(xué)生結(jié)合生活經(jīng)驗來提高對所學(xué)信息技術(shù)的了解和認識，并在熟練掌握的基礎(chǔ)上靈活運用。

第三，充分認識到學(xué)生的個性差異，切實開展分層教學(xué)。初中生的學(xué)習(xí)方式、行為習(xí)慣和基礎(chǔ)能力等都有一定差異，他們對信息技術(shù)掌握程度也有所不同。因此，在設(shè)計“機器人+”項目活動時，需要結(jié)合不同學(xué)生的實際情況來進行分層次的活動任務(wù)設(shè)置，讓基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生執(zhí)行機器人簡單操作，基礎(chǔ)較高的學(xué)生適當(dāng)提高機器人操作難度和要求，確保教學(xué)任務(wù)和目標(biāo)的有效落實。

引入“機器人+”的實踐意義

初中信息技術(shù)學(xué)科創(chuàng)新教育過程中引入“機器人+”活動，對STEM教育教學(xué)的開展幫助作用較大。一是提高學(xué)生綜合實踐和工程設(shè)計與制造的能力。通過搭建機器人構(gòu)件和編寫控制程序，不僅增強其動手實踐能力，還能提高發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力;在“機器人+”活動中，結(jié)構(gòu)搭建、程序編寫、最終調(diào)試等工作，均需要多人分工配合，也增強了團隊合作能力。二是促進學(xué)生充分融合多學(xué)科知識的能力。如編寫精準(zhǔn)控制機器人行走的程序時，將涉及數(shù)學(xué)、物理、機械、信息技術(shù)等多學(xué)科知識，也是充分實踐STEM教育特征、實現(xiàn)創(chuàng)新教育的目標(biāo)。

教育教學(xué)評價

為了充分評價STEM項目教育的效果，考慮到信息技術(shù)學(xué)科教學(xué)的特殊性，為提高教學(xué)效果、使教學(xué)評價結(jié)果能實現(xiàn)有效性和客觀性，需要把過程性評價和總結(jié)性評價相結(jié)合。在采用過程性評價時，應(yīng)將學(xué)生的創(chuàng)新性和主體性、學(xué)科的工具性和實踐性、項目的開放性和可行性作為評價標(biāo)準(zhǔn)原則，進而可以對教學(xué)效果做出更加靈活、及時、全面、深入的評價，并且具有可持續(xù)特點，這是可持續(xù)性評價的優(yōu)勢所在。但是，這種評價方式也存在一定的局限性，無法形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范程序，公平性和公正性會受到評價主體和客體的影響，并且頻繁使用容易引起學(xué)生和教師的反感，這是評價時需要注意的幾點問題。采用總結(jié)性評價方式時，需要遵循程序化原則、人性化原則，并將情感態(tài)度價值考慮在內(nèi)，實現(xiàn)與知識和技能評價、過程和方法評價的有機結(jié)合。

教學(xué)建議

以“機器人+”項目為載體，開展STEM教育教學(xué)活動，并使初中信息技術(shù)學(xué)科教學(xué)達到理想中的創(chuàng)新教育效果，需要對以下幾點問題提高重視力度。第一，加強教師培訓(xùn)，使他們能系統(tǒng)性學(xué)習(xí)機器人理論、系統(tǒng)、程序等知識，從而具備機器人教學(xué)的專業(yè)知識和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識的能力。第二，機器人構(gòu)件造價較貴，建議在中小學(xué)教學(xué)儀器配備目錄中列入機器人實驗室，由財政統(tǒng)一配置“機器人+”項目所需構(gòu)件和設(shè)備。第三，機器人教育進入課程。課程計劃中要統(tǒng)一納入機器人教育內(nèi)容，明確具體教學(xué)內(nèi)容，統(tǒng)一教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，加大“機器人+”項目的推廣力度。

為將創(chuàng)新教育的理念融入到信息技術(shù)學(xué)科教學(xué)中，“機器人+”將是一個良好的載體，從而提高學(xué)生的綜合能力，提升其思維能力和動手能力，促進信息技術(shù)與各學(xué)科知識的有效融合，提高學(xué)生的創(chuàng)新意識和實踐能力。

【本文系江蘇省現(xiàn)代教育技術(shù)研究2017年度重點資助課題《基于信息技術(shù)學(xué)科的城鎮(zhèn)初中STEM教育校本課程研發(fā)與實踐研究》（課題編號：2017-R-58729）研究成果】

（作者單位：江蘇省海門市海南中學(xué)）