機(jī)器人教育中協(xié)作問(wèn)題解決能力培養(yǎng)研究

馬靜哲

摘 ?要 信息技術(shù)的快速發(fā)展，使得協(xié)作問(wèn)題解決能力已經(jīng)成為新時(shí)代人才的必備技能。機(jī)器人課程作為一門(mén)綜合實(shí)踐性課程，是培養(yǎng)學(xué)生問(wèn)題解決能力的有效載體。通過(guò)對(duì)協(xié)作問(wèn)題解決能力內(nèi)涵和協(xié)作問(wèn)題解決一般過(guò)程的分析，結(jié)合機(jī)器人教育課程特點(diǎn)，設(shè)計(jì)培養(yǎng)學(xué)生協(xié)作問(wèn)題解決能力模型，期望能夠?yàn)榻逃齽?chuàng)新和培養(yǎng)新型人才提供參考和幫助。

關(guān)鍵詞 協(xié)作問(wèn)題解決能力;機(jī)器人教育;核心素養(yǎng);思維導(dǎo)圖

中圖分類(lèi)號(hào)：G434 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2021）05-0065-03

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，人類(lèi)進(jìn)入信息時(shí)代，知識(shí)和技能的不斷變遷使得未來(lái)工作環(huán)境更加復(fù)雜化，協(xié)作問(wèn)題解決能力成為人才的必備技能，培養(yǎng)青少年的協(xié)作問(wèn)題解決能力逐漸成為一項(xiàng)重要教育目標(biāo)。2016年，我國(guó)發(fā)布《中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》，其中將問(wèn)題解決作為“實(shí)踐創(chuàng)新”核心素養(yǎng)的關(guān)鍵因素。由此可見(jiàn)，人才培養(yǎng)應(yīng)順應(yīng)時(shí)代發(fā)展，將培養(yǎng)學(xué)生協(xié)作問(wèn)題解決能力作為一項(xiàng)重要的教育目標(biāo)。在此背景下如何有效地培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題解決能力，成為亟待解決的重要課題。

1 協(xié)作問(wèn)題解決能力

協(xié)作問(wèn)題解決的內(nèi)涵 ?關(guān)于協(xié)作問(wèn)題解決的內(nèi)涵，學(xué)者的表述各不相同，但目前應(yīng)用較為廣泛的是“國(guó)際學(xué)生評(píng)估項(xiàng)目”（Programmer for International Student Assessment，簡(jiǎn)稱(chēng)PISA）對(duì)協(xié)作問(wèn)題解決能力的定義：學(xué)生能夠有效參與問(wèn)題解決過(guò)程，能夠在該過(guò)程中與他人共享解決問(wèn)題時(shí)所付出的努力，并通過(guò)協(xié)作交流與他人共同制訂解決方案，最終實(shí)現(xiàn)解決方案[1]。通過(guò)該定義可以看出，協(xié)作問(wèn)題解決能力包含兩個(gè)維度，即協(xié)作維度與問(wèn)題解決維度，這一觀點(diǎn)在早期的定義中也有所闡述。2011年，Griffin在ATC21S（Assessment and Teaching of 21st Century Skills，簡(jiǎn)稱(chēng)ATC21S）框架中將其劃分為認(rèn)知技能和社交技能兩個(gè)層面，其中社交技能包括參與發(fā)表觀點(diǎn)和任務(wù)完成，認(rèn)知技能包括任務(wù)管理、知識(shí)建構(gòu)與學(xué)習(xí)[2]。因此，在對(duì)學(xué)生協(xié)作問(wèn)題解決能力的培養(yǎng)教學(xué)中可以分別從協(xié)作和問(wèn)題解決兩個(gè)維度進(jìn)行。

協(xié)作問(wèn)題解決一般過(guò)程 ?關(guān)于問(wèn)題解決一般過(guò)程的研究已形成諸多理論，詳細(xì)描述了學(xué)生在解決問(wèn)題時(shí)各階段所呈現(xiàn)的心理特征。1957年，Polya從教師授課角度出發(fā)，認(rèn)為教師可以通過(guò)明確問(wèn)題、制訂計(jì)劃、實(shí)現(xiàn)計(jì)劃、反思回顧進(jìn)行問(wèn)題解決教學(xué)[3]。PISA測(cè)試中對(duì)學(xué)生的問(wèn)題解決過(guò)程分為理解、描述、展示、解決、反思、交流六個(gè)步驟[4]。

綜上分析，本研究將協(xié)作問(wèn)題解決的一般過(guò)程劃分為：?jiǎn)栴}的識(shí)別與定義→探索可能的策略→制訂詳細(xì)的行動(dòng)計(jì)劃→預(yù)測(cè)可能會(huì)出現(xiàn)的成果→實(shí)施行動(dòng)→與同伴或教師交流反思協(xié)商行動(dòng)成果并內(nèi)化為自身知識(shí)，以供下一次解決問(wèn)題使用。

協(xié)作問(wèn)題解決能力培養(yǎng)研究現(xiàn)狀 ?關(guān)于對(duì)學(xué)生問(wèn)題解決能力的培養(yǎng)研究中，我國(guó)學(xué)者也先后提出多種方法。如馬云鵬[5]在《小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)論》中介紹了數(shù)學(xué)問(wèn)題的解決過(guò)程和方法，并提出培養(yǎng)數(shù)學(xué)問(wèn)題解決能力的教學(xué)策略。伍遠(yuǎn)岳等[6]從心理學(xué)視角提出能夠促進(jìn)問(wèn)題解決的策略。張屹等[7]在小學(xué)三年級(jí)數(shù)學(xué)課中設(shè)計(jì)了APT教學(xué)模型培養(yǎng)學(xué)生問(wèn)題提出能力與問(wèn)題解決能力。

綜上所述，我國(guó)目前對(duì)于學(xué)生問(wèn)題解決能力的培養(yǎng)研究多數(shù)集中在單一學(xué)科領(lǐng)域，而現(xiàn)實(shí)生活中的問(wèn)題往往會(huì)涉及多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，所以需要具有綜合多學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)容的課程為載體，才能更有效地培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題解決能力。

2 機(jī)器人教育支持協(xié)作問(wèn)題解決能力培養(yǎng)的可行性分析

機(jī)器人教育作為一門(mén)綜合性學(xué)科課程，課程內(nèi)容大致可分為兩個(gè)層次：一是機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)課程，包括機(jī)器人原理、模型組裝、動(dòng)力機(jī)械的搭建，涉及物理、科學(xué)、工程學(xué)科等領(lǐng)域內(nèi)容;二是機(jī)器人程序編寫(xiě)，包含機(jī)器人基礎(chǔ)程序編寫(xiě)、電子元器件的操作控制、數(shù)據(jù)的處理等，涉及信息技術(shù)和數(shù)學(xué)等學(xué)科的內(nèi)容。已有研究表明，機(jī)器人課程作為促進(jìn)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新、協(xié)作交流的有效載體，可以從以下兩個(gè)層面提升學(xué)生的協(xié)作問(wèn)題解決能力。

1）教學(xué)目標(biāo)層面，吳永和等[8]結(jié)合機(jī)器人教育的特點(diǎn)，從深度探究、生涯指導(dǎo)以及學(xué)習(xí)體驗(yàn)三個(gè)層面進(jìn)行了機(jī)器人課程目標(biāo)的設(shè)計(jì)。其中在學(xué)習(xí)體驗(yàn)角度著重強(qiáng)調(diào)了引導(dǎo)學(xué)生思考，能夠獨(dú)立發(fā)現(xiàn)、提出問(wèn)題，并且可以積極參與協(xié)作學(xué)習(xí)、交流討論等，以增強(qiáng)其科學(xué)探究能力。

2）學(xué)習(xí)形式層面，機(jī)器人教育作為一門(mén)可以支持多學(xué)科融合的活動(dòng)課程，涉及任務(wù)的邏輯、系統(tǒng)處理、設(shè)計(jì)作品、測(cè)試與調(diào)試、迭代優(yōu)化等。另外，學(xué)生在拼裝、設(shè)計(jì)、程序的編寫(xiě)與運(yùn)行、系統(tǒng)情境任務(wù)處理的過(guò)程中，能夠培養(yǎng)自主設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)能力、問(wèn)題解決能力和計(jì)算思維，因此，機(jī)器人課程成為培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)和問(wèn)題解決能力的良好載體[9]。

3 協(xié)作問(wèn)題解決能力培養(yǎng)模型設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)問(wèn)題解決能力的內(nèi)涵與一般過(guò)程以及機(jī)器人教育進(jìn)行分析，本研究以問(wèn)題解決的一般流程為導(dǎo)向，按照教師行為和學(xué)生行為的雙路徑設(shè)計(jì)了協(xié)作問(wèn)題解決能力模型。在此模型中，教師通過(guò)對(duì)機(jī)器人課程知識(shí)的梳理，選取合適的教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，開(kāi)發(fā)配套資源，形成對(duì)問(wèn)題的初步表征，通過(guò)設(shè)計(jì)不同的教學(xué)活動(dòng)來(lái)豐富機(jī)器人教學(xué)過(guò)程，促進(jìn)學(xué)生對(duì)問(wèn)題解決策略的探索，制訂解決方案，最后通過(guò)不同的評(píng)價(jià)活動(dòng)以促進(jìn)學(xué)生對(duì)問(wèn)題解決過(guò)程進(jìn)行反思。具體如圖1所示。

設(shè)計(jì)配套資源，激發(fā)原有認(rèn)知 ?學(xué)習(xí)者的已有認(rèn)知結(jié)構(gòu)是問(wèn)題得以解決的先決條件[10]。面對(duì)同一問(wèn)題，不同解決者的能力不同，高認(rèn)知水平學(xué)習(xí)者和低認(rèn)知水平學(xué)習(xí)者在解決問(wèn)題時(shí)的最大不同就在于知識(shí)在其記憶中存儲(chǔ)和提取的方式不同：認(rèn)知水平較高的學(xué)習(xí)者善于將原有知識(shí)分層次按類(lèi)別地組織，在提取時(shí)檢索相關(guān)知識(shí)會(huì)更加清晰明確;而認(rèn)知水平一般的學(xué)習(xí)者則是將原有認(rèn)知雜亂無(wú)序地存儲(chǔ)在記憶中，不便于提取和使用。另外，機(jī)器人教育課程本身所涉及的知識(shí)較為廣泛復(fù)雜，不利于學(xué)習(xí)者對(duì)于知識(shí)的梳理。因此需要設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)適應(yīng)機(jī)器人課程學(xué)習(xí)的教學(xué)資源以幫助學(xué)生梳理知識(shí)，進(jìn)而幫助學(xué)生解決問(wèn)題。

1）課程前期。教師可以根據(jù)本節(jié)課所涉及的知識(shí)以書(shū)面文本、圖片、視音頻等形式進(jìn)行整合，應(yīng)包括模型搭建所需要的器材、模型所要呈現(xiàn)的功能和效果、涉及的編程程序、相關(guān)案例分析等。

2）課程后期。在學(xué)生完成作品時(shí)要為學(xué)生提供本節(jié)課程所涉及的內(nèi)容總結(jié)。思維導(dǎo)圖是一種能夠?qū)⑺季S過(guò)程可視化的學(xué)習(xí)工具，可以幫助學(xué)生整理思維，組織知識(shí)結(jié)構(gòu)。因此，可以在機(jī)器人課程結(jié)束時(shí)采用思維導(dǎo)圖來(lái)梳理知識(shí)、總結(jié)課程內(nèi)容，進(jìn)一步幫助學(xué)生內(nèi)化知識(shí)。

豐富教學(xué)過(guò)程，促進(jìn)協(xié)作共享 ?要培養(yǎng)學(xué)生的協(xié)作交流能力，分組學(xué)習(xí)能夠很好地解決這個(gè)問(wèn)題。每位學(xué)生都是獨(dú)立的個(gè)體，想要其進(jìn)行合作協(xié)同解決問(wèn)題，首先要將這些獨(dú)立的學(xué)生分成多個(gè)小組，然后在分組合作學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上組織一些能夠促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)共享的活動(dòng)內(nèi)容。如階段性匯報(bào)，教師組織學(xué)生在特定的教學(xué)階段進(jìn)行階段性匯報(bào)，階段不同，所要匯報(bào)的內(nèi)容亦不相同。例如：在課程中期，問(wèn)題未得到解決之前，匯報(bào)內(nèi)容應(yīng)包括為解決問(wèn)題所搜集到的材料、當(dāng)前遇到的困難以及接下來(lái)要執(zhí)行的計(jì)劃方案等;在問(wèn)題得以順利解決之后，匯報(bào)內(nèi)容則應(yīng)包括解決問(wèn)題所采用的策略方法，對(duì)問(wèn)題解決過(guò)程產(chǎn)生的知識(shí)總結(jié)等。其他組內(nèi)成員要對(duì)發(fā)表的觀點(diǎn)提出建議或評(píng)價(jià)，該環(huán)節(jié)能夠促進(jìn)學(xué)生共享知識(shí)，保證每位小組成員不僅解決自己的問(wèn)題，還參與其他成員的問(wèn)題解決過(guò)程，以此大大增加每位學(xué)生接受的知識(shí)量。

多元評(píng)價(jià)交流，推動(dòng)反思內(nèi)化 ?反思是促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)和發(fā)展學(xué)生能力的有效方式。在學(xué)生解決一定的問(wèn)題之后，應(yīng)引導(dǎo)他們對(duì)問(wèn)題解決的過(guò)程、策略、方法和結(jié)果進(jìn)行反思[6]。另外，機(jī)器人課程的評(píng)價(jià)內(nèi)容具有特殊性且內(nèi)容復(fù)雜，在知識(shí)技能方面包括對(duì)機(jī)器人基礎(chǔ)知識(shí)的了解、對(duì)搭建零件的認(rèn)識(shí)、模型的拼裝和優(yōu)化等;在思維能力方面包含團(tuán)結(jié)協(xié)作，共同完成項(xiàng)目或競(jìng)賽的交流溝通能力、問(wèn)題解決能力、模型搭建與改進(jìn)的動(dòng)手執(zhí)行能力、方案設(shè)計(jì)的創(chuàng)新能力等。具體可以采用以下兩種方式開(kāi)展機(jī)器人課程的評(píng)價(jià)活動(dòng)。

1）對(duì)知識(shí)技能方面進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，教師可以設(shè)計(jì)與課程內(nèi)容相匹配的作品評(píng)價(jià)表，評(píng)價(jià)表內(nèi)容應(yīng)包含學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)、模型的搭建和優(yōu)化過(guò)程以及作品所實(shí)現(xiàn)的功能和效果，結(jié)合問(wèn)題解決能力教師評(píng)價(jià)量表進(jìn)行測(cè)量記錄，并且將作品評(píng)價(jià)表和協(xié)作問(wèn)題解決能力的測(cè)量結(jié)果反饋給每位學(xué)生，使學(xué)生能夠清晰認(rèn)識(shí)到機(jī)器人課程學(xué)習(xí)和問(wèn)題解決情況。

2）對(duì)思維能力進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，可以選擇自我總結(jié)的評(píng)價(jià)方式。引導(dǎo)學(xué)生對(duì)本組作品進(jìn)行分析，從機(jī)器人結(jié)構(gòu)搭建過(guò)程、拼裝優(yōu)化、作品創(chuàng)新程度等方面進(jìn)行分析匯報(bào)，回憶整個(gè)問(wèn)題解決過(guò)程，并反思在整個(gè)問(wèn)題解決過(guò)程中是否存在不足或者是否存在更好的解決方法。通過(guò)多種評(píng)價(jià)方式促進(jìn)學(xué)生對(duì)問(wèn)題解決過(guò)程進(jìn)行反思，使本次問(wèn)題解決所產(chǎn)生的知識(shí)能夠遷移到下一次問(wèn)題的解決過(guò)程中。

4 結(jié)語(yǔ)

協(xié)作問(wèn)題解決能力作為當(dāng)代社會(huì)人才的一種必備技能，也是一種促進(jìn)學(xué)生終身學(xué)習(xí)和適應(yīng)復(fù)雜工作環(huán)境的基礎(chǔ)技能。本研究在對(duì)協(xié)作問(wèn)題解決的內(nèi)在機(jī)制以及學(xué)生協(xié)作問(wèn)題解決的一般過(guò)程進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了培養(yǎng)學(xué)生協(xié)作問(wèn)題解決能力模型。但本研究目前尚處于理論分析階段，在后續(xù)的研究中會(huì)進(jìn)行機(jī)器人教學(xué)案例設(shè)計(jì)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，期望能夠?yàn)榻逃齽?chuàng)新和培養(yǎng)新型人才提供更多參考和幫助。

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