STEAM教育理念下中小學(xué)機(jī)器人課程評(píng)價(jià)方法研究

吳麗華 曾慧瑩 馮建平

[摘 要] 隨著創(chuàng)客和STEAM教育的發(fā)展，機(jī)器人教育逐漸進(jìn)入中小學(xué)課堂。但是機(jī)器人教學(xué)內(nèi)容跨學(xué)科性不足，教學(xué)中評(píng)價(jià)方式單一，缺乏有效的過程性、形成性評(píng)價(jià)來促進(jìn)學(xué)生能力的全面發(fā)展。結(jié)合STEAM跨學(xué)科教育的特點(diǎn)，針對(duì)小學(xué)機(jī)器人課程教學(xué)提出表現(xiàn)性評(píng)價(jià)、發(fā)展性評(píng)價(jià)和總結(jié)性評(píng)價(jià)三者相結(jié)合的多元化綜合評(píng)價(jià)模型及方法，并進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐驗(yàn)證。研究成果可以為學(xué)校開展機(jī)器人教學(xué)實(shí)踐提供參考。

[關(guān)鍵詞] 機(jī)器人課程;STEAM理念;評(píng)價(jià)模型;發(fā)展性評(píng)價(jià)

[基金項(xiàng)目] 2019年度國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于云模型的在線學(xué)習(xí)者隱形學(xué)習(xí)行為挖掘與情感傾向計(jì)算方法研究”（61867001）;2019年度海南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于不確定認(rèn)知云模型的在線學(xué)習(xí)者隱形學(xué)習(xí)行為特征聚類方法研究”（619MS053）

[作者簡(jiǎn)介] 吳麗華（1963—），女，遼寧沈陽人，碩士，海南師范大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事人工智能與智慧教育研究;曾慧瑩（1998—），女，廣東珠海人，海南師范大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院2020級(jí)現(xiàn)代教育技術(shù)專業(yè)在讀碩士，研究方向?yàn)闄C(jī)器人編程教育;馮建平（1963—），男，寧夏銀川人，海南師范大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事STEAM與機(jī)器人編程教育研究。

[中圖分類號(hào)] G633.67 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1674-9324（2022）01-0123-04 [收稿日期] 2021-08-02

一、問題的提出

STEAM教育是培養(yǎng)綜合性人才的一種創(chuàng)新教育模式，對(duì)學(xué)生的計(jì)算思維、創(chuàng)新思維和合作學(xué)習(xí)等都具有積極作用。STEAM是科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）、藝術(shù)（Arts）、數(shù)學(xué)（Mathematics）的綜合，其目的是為了打破學(xué)科邊界培養(yǎng)學(xué)生的綜合科學(xué)素養(yǎng)。STEAM教育對(duì)促進(jìn)教育教學(xué)改革具有重要意義，其本質(zhì)是跨學(xué)科的綜合素質(zhì)教育，主要有三個(gè)特點(diǎn)：一是注重跨學(xué)科融合;二是注重學(xué)習(xí)與現(xiàn)實(shí)世界的聯(lián)系;三是注重學(xué)習(xí)的過程。STEAM教育提倡讓學(xué)生自己動(dòng)手，從實(shí)踐過程中學(xué)習(xí)跨學(xué)科知識(shí)，是培養(yǎng)綜合性人才的一種創(chuàng)新教育模式。

本文通過對(duì)國(guó)內(nèi)機(jī)器人課程教學(xué)研究現(xiàn)狀的梳理分析，發(fā)現(xiàn)目前我國(guó)中小學(xué)的機(jī)器人教育存在教學(xué)內(nèi)容跨學(xué)科性不足、教學(xué)評(píng)價(jià)形式單一，缺乏有效地形成性評(píng)價(jià)來促進(jìn)學(xué)生能力的全面發(fā)展。

二、中小學(xué)機(jī)器人課程的設(shè)計(jì)

（一）課程目標(biāo)

K-12課標(biāo)核心素養(yǎng)的建立基于學(xué)生終身發(fā)展和適應(yīng)未來社會(huì)的基本素養(yǎng)，因此，中小學(xué)機(jī)器人教學(xué)要根據(jù)K-12課標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)機(jī)器人課程的特點(diǎn)，將STEAM理念與多學(xué)科教育融合，著重培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。在教學(xué)理念上要實(shí)現(xiàn)三個(gè)轉(zhuǎn)變：一是由“以教師為中心”轉(zhuǎn)向“以學(xué)生為中心”，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)的意識(shí);二是由“抽象知識(shí)”轉(zhuǎn)向“具體情境”，注重營(yíng)造學(xué)習(xí)情境的真實(shí)性，解決實(shí)際問題的能力;三是由“以知識(shí)為中心”轉(zhuǎn)向“以能力素質(zhì)為中心”，強(qiáng)調(diào)人的整體性發(fā)展，為綜合能力素養(yǎng)的生成提供學(xué)科支持。

（二）課程設(shè)計(jì)框架

課程設(shè)計(jì)以泰勒模式為依據(jù)，從課程目標(biāo)和任務(wù)、學(xué)習(xí)活動(dòng)、課程評(píng)估與實(shí)踐、專家二輪評(píng)估的有效組織，系統(tǒng)地設(shè)計(jì)并進(jìn)行校本課程開發(fā)，課程設(shè)計(jì)的框架如圖1所示。

（三）主題情景式教學(xué)模式

本研究設(shè)計(jì)的教學(xué)模式是5E學(xué)習(xí)環(huán)教學(xué)法，分為“創(chuàng)設(shè)情境、問題導(dǎo)入”“探究活動(dòng)、設(shè)計(jì)調(diào)研”“作品制作、實(shí)踐分析”“延伸創(chuàng)造、優(yōu)化作品”和“分享交流、反思評(píng)價(jià)”五個(gè)階段。各個(gè)階段分別有相應(yīng)教師和學(xué)生活動(dòng)。

在機(jī)器人教學(xué)過程中，先是教師課堂“情境導(dǎo)入”，然后通過跨學(xué)科知識(shí)講解和布置學(xué)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生自主完成項(xiàng)目作品搭建、代碼編寫的“合作探究”活動(dòng)，并對(duì)項(xiàng)目成果作品進(jìn)行“展示交流”與反思改進(jìn)，最終促進(jìn)學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)與STEAM素養(yǎng)的共同提升。在教學(xué)中兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)：一是教師對(duì)講解的知識(shí)進(jìn)行主題情境創(chuàng)設(shè)，導(dǎo)入“故事情境”“問題情境”來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，同時(shí)教師要做好課堂觀察評(píng)估和評(píng)價(jià)“證據(jù)”采集。二是學(xué)習(xí)任務(wù)要符合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展水平，采用“小組合作探究學(xué)習(xí)”的活動(dòng)形式。

（四）教學(xué)評(píng)價(jià)模型及方法

機(jī)器人課堂的教學(xué)評(píng)價(jià)貫穿學(xué)生的整個(gè)學(xué)習(xí)過程階段，對(duì)學(xué)生合作探究、創(chuàng)意改造和展示作品的學(xué)習(xí)行為全過程表現(xiàn)進(jìn)行觀察評(píng)估和學(xué)習(xí)過程形成性評(píng)價(jià)，并根據(jù)STEAM教育理念的五個(gè)維度（跨學(xué)科融合、動(dòng)手實(shí)踐、問題解決、創(chuàng)新創(chuàng)造和合作學(xué)習(xí)）對(duì)學(xué)生完成作品進(jìn)行總結(jié)性評(píng)價(jià)。本研究根據(jù)機(jī)器人課程的整體框架設(shè)計(jì)，提出了機(jī)器人教學(xué)評(píng)價(jià)模型及方法，主要包括評(píng)價(jià)原則、評(píng)價(jià)方法和策略、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及量表等四個(gè)部分。

中小學(xué)機(jī)器人課程的評(píng)價(jià)方法具體如下：一是將形成性評(píng)價(jià)與總結(jié)性評(píng)價(jià)相結(jié)合，這里的形成性評(píng)價(jià)主要指課堂表現(xiàn)性評(píng)價(jià)和能力發(fā)展性評(píng)價(jià)，改變單純僅強(qiáng)調(diào)結(jié)果不關(guān)注發(fā)展變化的傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法。注重學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的表現(xiàn)和完成作品情況來整體評(píng)估反映學(xué)生的情感、態(tài)度、能力等方面的發(fā)展。二是將內(nèi)部評(píng)價(jià)（自我評(píng)價(jià)）與外部評(píng)價(jià)（教師、同伴互評(píng)）相結(jié)合，改變過于依賴外部評(píng)價(jià)而忽視自我診斷、自我改進(jìn)的做法。三是將個(gè)體增量評(píng)價(jià)（學(xué)生）與群體增量評(píng)價(jià)（小組、班級(jí)）相結(jié)合。關(guān)注學(xué)生個(gè)體發(fā)展性變化（縱向比對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)步），以及小組群體、班級(jí)全體的發(fā)展性變化情況。

三、課程的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及內(nèi)容

在機(jī)器人課程實(shí)踐過程中，主要采取兩種評(píng)價(jià)方法：即學(xué)生自我認(rèn)知評(píng)價(jià)、教師對(duì)學(xué)生課堂觀察評(píng)估與作品的能力。

1.學(xué)生自我認(rèn)知評(píng)價(jià)。學(xué)生自我評(píng)價(jià)內(nèi)容對(duì)應(yīng)課程的三個(gè)階段，即探究活動(dòng)、創(chuàng)意改造、合作展示，每階段有規(guī)定的評(píng)價(jià)指標(biāo)，如表1所示。

2.教師課堂觀察評(píng)估。評(píng)估主要以樂高Wedo2.0課程包中提供的教師觀察評(píng)估表為評(píng)估工具，評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)以該課程包中的標(biāo)準(zhǔn)為參考，并參考《中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》中“科學(xué)精神、學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、實(shí)踐創(chuàng)新”三個(gè)方面的具體內(nèi)容。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)分為四個(gè)等級(jí)，針對(duì)每個(gè)學(xué)習(xí)階段（探究活動(dòng)、創(chuàng)意改造、小組合作與分享交流）進(jìn)行形成性評(píng)價(jià)，教師觀察評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)分為四個(gè)等級(jí)，即初級(jí)、中級(jí)、熟練級(jí)和高級(jí)。

3.作品評(píng)價(jià)及能力發(fā)展評(píng)價(jià)。教學(xué)實(shí)踐中對(duì)學(xué)生完成作品進(jìn)行總結(jié)性評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)參考青少年機(jī)器人競(jìng)賽的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合《中小學(xué)信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》中“學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)和制作簡(jiǎn)單的機(jī)器人”的具體內(nèi)容，以及全國(guó)青少年機(jī)器人技術(shù)等級(jí)考試中的大綱來制定作品總結(jié)性評(píng)價(jià)的量表。本研究根據(jù)STEAM教育能力全面發(fā)展人的教學(xué)目標(biāo)，將作品總結(jié)性評(píng)價(jià)分為五個(gè)評(píng)價(jià)維度，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

四、教學(xué)實(shí)踐與結(jié)果分析

本文以樂高Wedo2.0課程包為參考，以小學(xué)五年級(jí)約30名學(xué)生為實(shí)驗(yàn)班，開展小學(xué)機(jī)器人課程實(shí)踐研究。課程采用樂高EV6智能編程機(jī)器人套件進(jìn)行教學(xué)。

1.學(xué)情分析：課程面向小學(xué)10歲左右的學(xué)生。這個(gè)階段的學(xué)生處于具體運(yùn)算階段，具有歸納邏輯，思維具有一定的彈性。通過前面課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生基本掌握了項(xiàng)目搭建方法，以及圖形化編程軟件的使用。

2.課堂教學(xué)過程主要分為情境導(dǎo)入、知識(shí)講解、合作探究、創(chuàng)意改造和展示《電子吉他》作品這五個(gè)階段。

3.教學(xué)評(píng)價(jià)及結(jié)果分析：在課堂教學(xué)的過程中運(yùn)用課堂觀察法并收集學(xué)習(xí)過程中表現(xiàn)性評(píng)價(jià)的“證據(jù)”，根據(jù)本研究設(shè)計(jì)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（量表）分別進(jìn)行評(píng)分。通過一個(gè)學(xué)期機(jī)器人課程的8次學(xué)習(xí)，記錄每次教學(xué)單元的學(xué)生自評(píng)結(jié)果并生成自評(píng)亮點(diǎn)柱狀圖，如圖2所示;通過教師觀察評(píng)估學(xué)生學(xué)習(xí)階段的表現(xiàn)生成學(xué)生表現(xiàn)變化圖，如圖3所示。將課程中每次小組完成的作品進(jìn)行總結(jié)性評(píng)價(jià)并生成相應(yīng)的評(píng)價(jià)結(jié)果變化圖，如圖4、圖5所示。

由圖2可見，在學(xué)生自評(píng)課堂亮點(diǎn)環(huán)節(jié)中大約25%的學(xué)生認(rèn)為自己出色地完成了搭建，15%的學(xué)生認(rèn)為自己很好地進(jìn)行了編程?？傊ㄟ^學(xué)生的自我評(píng)價(jià)和反思，可以看出學(xué)生已經(jīng)具備自我認(rèn)識(shí)與評(píng)價(jià)的能力。由圖3教師對(duì)班上整體學(xué)習(xí)情況有一個(gè)判斷，找出發(fā)展性能力維度薄弱點(diǎn)。同時(shí)需要把學(xué)生表現(xiàn)變化與學(xué)生自我評(píng)價(jià)結(jié)合起來，教師應(yīng)有針對(duì)性地對(duì)學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)干預(yù)和指導(dǎo)。

通過圖4學(xué)生作品的總結(jié)性評(píng)價(jià)結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)學(xué)生的作品評(píng)分基本呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，學(xué)生完成機(jī)器人作品的綜合能力不斷提升。由圖5學(xué)生發(fā)展性評(píng)價(jià)可視化圖發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力與問題解決能力較好，但是創(chuàng)新創(chuàng)造能力與合作表達(dá)能力較差仍需加強(qiáng)。

結(jié)語

通過一個(gè)學(xué)期的機(jī)器人課程教學(xué)，結(jié)合學(xué)生的形成性評(píng)價(jià)及總結(jié)性評(píng)價(jià)，教師能直觀準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)學(xué)生個(gè)體、學(xué)生群體的學(xué)習(xí)進(jìn)步程度、能力優(yōu)勢(shì)及可能存在的問題，通過教學(xué)設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)模型的不斷完善來優(yōu)化小學(xué)機(jī)器人課程的教學(xué)效果。經(jīng)過8次機(jī)器人課程的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，學(xué)生的跨學(xué)科融合、動(dòng)手實(shí)踐、問題解決、創(chuàng)新創(chuàng)造和合作學(xué)習(xí)這五個(gè)維度能力都顯著提升，真正意義上實(shí)現(xiàn)了跨學(xué)科的綜合素質(zhì)教育。

參考文獻(xiàn)

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Research on Robot Course Evaluation Method in Primary and Secondary Schools under?STEAM Educational Concept

WU Li-hua， ZENG Hui-ying， FENG Jian-ping

（School of Information Science and Technology， Hainan Normal University， Haikou，?Hainan 571158， China）

Abstract： With the development of Maker Education and STEAM education， Robot Education becomes more and more common in primary and secondary schools. However， the content of robotics teaching is not interdisciplinary， there is a single evaluation method in teaching， and there is a lack of effective procedural and formative evaluation to promote the overall development of students’ abilities. Based on the characteristics of STEAM interdisciplinary education， this paper proposes a diversified comprehensive evaluation mode and method that combine performance evaluation， developmental evaluation and summative evaluation for Robot course in primary schools and verify the teaching practice. The research results can provide reference for the school’s robot teaching practice.

Key words： Robot course; STEAM educational concept; evaluation mode; developmental evaluation