應(yīng)對現(xiàn)階段機(jī)器人普及性校本課程不足的策略

王志虎

（河北省教育技術(shù)中心，河北 石家莊 050000）

近幾年，機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室、創(chuàng)客空間在河北省各中小學(xué)紛紛落成，同時省市縣三級各類機(jī)器人競賽開展得也如火如荼，由此可見，社會、家庭、師生對機(jī)器人教育的關(guān)注度越來越高，機(jī)器人教學(xué)裝備的配置與普及也受到了很大的重視。

機(jī)器人教育可以說是近十年來教育界悄然興起的一個“現(xiàn)象級”重要分支。但機(jī)器人教育不是少數(shù)學(xué)生的福利，而應(yīng)服務(wù)于大多數(shù)學(xué)生，所以機(jī)器人教育普及性校本課程的研發(fā)、開設(shè)和教研都是非常有意義的。根據(jù)對河北省各地幾十所學(xué)校的走訪、調(diào)研，并與來自全省各地的幾百名輔導(dǎo)教師進(jìn)行深入交流，以及多年組織省級競賽的經(jīng)歷，從全省現(xiàn)階段機(jī)器人課程的開設(shè)情況來看，我們能夠切實(shí)感受到全省的機(jī)器人教育尤其是普及性教育仍存在著一些問題與不足，其總結(jié)起來可歸納為“兩多三少”。下面就這些問題與不足筆者進(jìn)行深入剖析，并提出應(yīng)對策略，以期能指導(dǎo)當(dāng)前與下一階段的工作實(shí)踐。

一、現(xiàn)階段機(jī)器人普及性校本課程的不足

第一個“多”：多數(shù)學(xué)校在開展機(jī)器人教學(xué)時是以競賽為核心的。在過去的十多年里，各級各類機(jī)器人競賽從無到有、從弱到強(qiáng)，參與人數(shù)逐年遞增，規(guī)模越來越大，社會影響力也不斷提升。以場地任務(wù)類比賽為例，選手搭建的機(jī)器人要在場地內(nèi)完成一系列任務(wù)，然后以完成任務(wù)的數(shù)量、難度和所用時間作為考核指標(biāo)來計(jì)分，最終以分?jǐn)?shù)排名。這一類比賽一般需要配備一張“場地圖”和配套的“場地任務(wù)模型”，因此很多學(xué)校在教學(xué)中直接借用了這些比賽場地，并利用比賽規(guī)則和比賽任務(wù)說明，圍繞某個具體的場地和賽項(xiàng)開展課堂教學(xué)，即將課程與備賽合二為一，這種授課方式的課程設(shè)計(jì)成本較低，出成績快。

但這種以競賽項(xiàng)目為核心的教學(xué)方式存在兩個缺陷：第一，不適合大班教學(xué)。一套“場地圖”最多可以容納5 名學(xué)生，如果再增加使用者，就會相互影響，所以不適合普及性教學(xué)。第二，獲取的知識過于片面，目標(biāo)單一。競賽項(xiàng)目只能考核參賽選手某一方面或某一領(lǐng)域的知識，比如有些學(xué)生從始至終一直在制作“車型機(jī)器人”。

第二個“多”：多數(shù)機(jī)器人課程采用社團(tuán)活動的形式。全省各地的機(jī)器人課程多以社團(tuán)活動的形式開展，具體的組織方式各異，效果良莠不齊。從時間上看，有利用大課間的，有利用午休時間的，也有利用放學(xué)時間的。從形式上看，有完全放開自由活動的，有以比賽場地為核心準(zhǔn)備比賽的，有利用學(xué)習(xí)資料和教具進(jìn)行自主探究的，也有教師進(jìn)行定期或不定期指導(dǎo)的。

社團(tuán)活動這種形式，自由度高，比較適合機(jī)器人活動的開展，有利于培養(yǎng)學(xué)生的自主探究能力和創(chuàng)新能力。但如果管理不到位，也會存在一些問題和亂象，比如第一，各種五金工具、電器設(shè)備潛藏著安全隱患；第二，未加管理的上網(wǎng)設(shè)備可能會成為部分學(xué)生的消遣工具；第三，學(xué)生活動雖場面熱鬧，但缺乏系統(tǒng)學(xué)習(xí)。所以，社團(tuán)活動雖是好的，但對于機(jī)器人普及性教育，其還不能替代課堂教學(xué)。

第一個“少”：很少開設(shè)普及性課程。課程建設(shè)是推動創(chuàng)客教育的必經(jīng)之路。通過走訪調(diào)研，我們發(fā)現(xiàn)大多數(shù)學(xué)校是以類似“興趣小組”的形式在組織相關(guān)活動的，這種小組覆蓋的人數(shù)很有限，參與的學(xué)生數(shù)量多則幾十人，少則幾個人。從調(diào)研結(jié)果看，很少有學(xué)校開設(shè)普及性（覆蓋人數(shù)多）機(jī)器人課程，其原因是多方面的，除了財(cái)力以外，一個很重要的原因就是沒有可以直接使用的適合本校的成套課程。

第二個“少”：很少有配套的機(jī)器人普及性校本課程體系。經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，長期以來，在開設(shè)機(jī)器人課程的學(xué)校中，只有很少一部分教師在教學(xué)中使用成系列的課件、教材等，即教學(xué)資料多零散、隨意、不易重復(fù)使用。造成這種現(xiàn)象的原因有三：第一，技術(shù)資料雖容易得到，但可以直接應(yīng)用于課堂教學(xué)的卻很少；第二，網(wǎng)絡(luò)上的一些課程，或收費(fèi)，或不全，或設(shè)有限制，或不適應(yīng)學(xué)情而無法落地，當(dāng)然也有付費(fèi)后仍不理想的；第三，由教師單獨(dú)開發(fā)系統(tǒng)性課程難度過大。所以有部分教師表示，很樂意參與到統(tǒng)一組織的課程開發(fā)團(tuán)隊(duì)中。

第三個“少”：缺乏開設(shè)機(jī)器人普及性課程的師資力量。

機(jī)器人教師來自各個學(xué)科，因此其專業(yè)化成長一般靠自學(xué)。同時其作為一個小群體，既沒有學(xué)科標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)，又缺乏有組織的教研活動，這在客觀上抑制了其師資力量的成長和壯大。

二、在實(shí)踐中探索應(yīng)對策略

上文分析的“兩多三少”現(xiàn)象，從本質(zhì)上反映了河北省機(jī)器人普及性課程存在的問題與不足。為了推進(jìn)河北省在機(jī)器人普及性課程上的發(fā)展，下面筆者以課堂開發(fā)為主線，有針對性地提出了一套應(yīng)對策略。

通過對一線機(jī)器人教師進(jìn)行走訪、調(diào)研，得知很多教師對開設(shè)機(jī)器人普及性校本課程很感興趣，并有意向參與到課程開發(fā)團(tuán)隊(duì)中。對此河北省教育技術(shù)中心因勢利導(dǎo)，很快成立了實(shí)驗(yàn)性機(jī)器人普及性校本課程研發(fā)團(tuán)隊(duì)，并在幾次教研之后，確定了用“三階段、一實(shí)踐”的方式開展課程開發(fā)工作。

在本次課程開發(fā)中，特別強(qiáng)調(diào)“溝通”的重要性，因?yàn)檎n程開發(fā)組來自省內(nèi)的不同地市，跨區(qū)域過高的溝通成本，再加上低效率的溝通方式會導(dǎo)致項(xiàng)目拖延，甚至無法完成，所以團(tuán)隊(duì)很早就意識到“有效溝通”是促成“分工合作”成功的關(guān)鍵。課程開發(fā)組選擇的溝通工具是釘釘。

這里所說的“三階段”是指在互聯(lián)網(wǎng)有效溝通的支持下進(jìn)行課程開發(fā)的三個主要階段。其最終目標(biāo)是設(shè)計(jì)出一套相對完整的課程，包括課件和簡易教材，同時課程中的每一個章節(jié)都要樣式統(tǒng)一，以確保質(zhì)量。

普及性課程初步成形之后，將進(jìn)入推廣階段。課堂實(shí)踐是檢驗(yàn)課程開發(fā)效果的最佳手段，在這個階段我們將會邀請開發(fā)組以外的教師加入對課程的測試工作。

（一）收集與分解階段

這一階段耗時一個月。在這一階段，全體人員被分為兩組：查閱收集組、課程分解組。

查閱收集組首先要建立資料庫共享文件夾，在文件夾中保存FTP 服務(wù)器，并由查閱收集組的一位成員進(jìn)行日常管理及備份工作。然后在庫中進(jìn)行簡單分類，形成分類子文件夾。在初期一般將其分為5 個子文件夾，并分別命名為：機(jī)械傳動、電動機(jī)動力、編程與控制、車型機(jī)器人、場地任務(wù)。隨后開始大量收集現(xiàn)有資料，并源源不斷地將資料入庫。因?yàn)檎n程開發(fā)組成員都是有5 年以上機(jī)器人教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的教師，他們對資料的敏感度很高，所以在短時間內(nèi)就能收集到100GB 以上的資料。

于此同時，課程分解組開始對文件進(jìn)行分類。他們將資料庫中的分類子文件夾進(jìn)一步分解為更多的子文件夾，然后再將已有資料分解放入這些新的子文件夾中。在此過程中我們通過一張列表，確定同一時間只有一名教師在分解某一文件夾中的內(nèi)容。如此一段時間后，原有的5個子文件夾被分解為百余個新子文件夾，文件夾名稱有齒輪垂直傳動、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)、觸碰傳感器應(yīng)用、利用光電傳感器避障、單光巡線等。

這一階段的溝通包括組內(nèi)溝通與組間溝通兩種形式。組內(nèi)溝通主要是為了避免做過多的無用功，而組間溝通則一般發(fā)生在課程分解組對查閱收集組的提示中，比如要求后者停止對某類資料進(jìn)行過度收集，再比如對新建類型進(jìn)行說明等。在一個月內(nèi)，僅各種視頻會議就發(fā)起了十余次。

（二）確定課程樣態(tài)

資料的收集可以一直進(jìn)行下去，但沒有必要。當(dāng)分類子文件夾達(dá)到一百多個之后，收集與分解階段結(jié)束。

在第一段結(jié)束之后，課程開發(fā)組通過視頻會議進(jìn)行一次在線教研，主要為了確定三件事情：一是確定刪除或合并哪些分類文件夾；二是確定留下的文件夾是否有資料不足的情況，并確定由誰來補(bǔ)足；三是確定文件夾在知識邏輯中的排序。最后，留下45 個文件夾，其中30 個側(cè)重“機(jī)械與電動”，15 個側(cè)重“程序控制”。

一周后，課程開發(fā)組進(jìn)行第二次在線教研，這次教研會成果如下：

1.將課程分為兩大部分，分別是“機(jī)器人機(jī)械學(xué)習(xí)”和“機(jī)器人圖形化編程”。

2.將“機(jī)器人機(jī)械學(xué)習(xí)”劃分為30 個章節(jié)，“機(jī)器人圖形化編程”劃分為20 個章節(jié)（在原有15 個側(cè)重程序控制分類文件夾的基礎(chǔ)上加入了5 個實(shí)訓(xùn)章節(jié)）。

3.將課程定位為“任務(wù)驅(qū)動式”而不是“功能驅(qū)動式”，這符合新課程的理念。即課程應(yīng)該注重學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的創(chuàng)造、合作、探究與分享，并契合學(xué)生富有好奇心和創(chuàng)造力的天性。同時每一個章節(jié)還都要使用具體的任務(wù)來承載這一章節(jié)的知識分類。比如“摩擦力”這個知識，可以應(yīng)用制作一輛在桌子邊能夠自動剎車的小車模型這一任務(wù)實(shí)例來承載，而這個任務(wù)實(shí)例同時還應(yīng)用到了“重力”這個概念，即這個章節(jié)通過制作這輛自動剎車的小車來學(xué)習(xí)兩種力，該章節(jié)可以命名為“懸崖勒馬”。

4.將“機(jī)器人機(jī)械學(xué)習(xí)”30 個章節(jié)的任務(wù)實(shí)例確定下來，章節(jié)命名如表1 所示。

表1

5.將“機(jī)器人圖形化編程”20 個章節(jié)的任務(wù)實(shí)例確定下來，章節(jié)命名如表2 所示。

表2

6.確定課程開發(fā)組使用的器材。器材的選擇標(biāo)準(zhǔn)有三個：一是價格便宜；二是有代表性；三是結(jié)實(shí)耐用?！坝写硇浴钡囊馑际请m然課程開發(fā)利用了一套器材，但課程并不依賴這套器材而存在，課程內(nèi)容可以輕松應(yīng)用于大多數(shù)器材。

（三）素材制作與課程包制作階段

在這一階段，全體人員被分為兩組，分別是素材制作組、課程包制作組。在這一階段啟動前，課程開發(fā)組先進(jìn)行一次在線教研，教研成果是進(jìn)一步將課程提升為分級化課程。

通過前一階段的調(diào)研，課程開發(fā)組一致認(rèn)為，普及性課程應(yīng)以分級化課程為佳。因?yàn)樽鳛樾１菊n程，其在進(jìn)行課程設(shè)計(jì)時，不能確定最終使用的學(xué)段和年級，也不能確定使用這套課程的學(xué)校設(shè)置的課時數(shù)。所以如果能將課程設(shè)置為分級化課程，就能使課程具有一定的“自適應(yīng)”能力，如此可以更好地服務(wù)于各學(xué)段和層次的學(xué)生。

首先，課程開發(fā)組將整個課程系統(tǒng)確定為兩大級：機(jī)器人機(jī)械學(xué)習(xí)分級課程（30 節(jié)）、機(jī)器人圖形化編程分級課程（20 節(jié)）。機(jī)器人機(jī)械學(xué)習(xí)分級課程的每一節(jié)可再分為三級內(nèi)容，分別是基本任務(wù)、理論拓展、理論拓展練習(xí)，如此可適應(yīng)小學(xué)和初中兩個學(xué)段。機(jī)器人圖形化編程分級課程也可再分為兩級內(nèi)容，分別是常規(guī)任務(wù)課系列、拓展活動課系列。其中常規(guī)任務(wù)課系列的每一節(jié)可再細(xì)分為兩級內(nèi)容，即基本任務(wù)、拓展學(xué)習(xí)任務(wù)。拓展活動課系列（實(shí)訓(xùn)章節(jié)）模擬了機(jī)器人比賽的場景，因此每一節(jié)可以對應(yīng)若干課時。整個課程共50 個章節(jié)，指導(dǎo)教師可依據(jù)學(xué)情與課程內(nèi)容，分級自行設(shè)計(jì)課程進(jìn)度與課時量。

在這個階段，素材制作組主要負(fù)責(zé)制作各種素材，如拍攝照片、制作圖表、拍攝視頻、剪輯視頻、制作程序（與截圖）等。

課程包制作組將素材制作組提供的素材制作成課件PPT 與教材。這個制作過程，具體可分為四個階段：第一階段，組員根據(jù)分工，熟練掌握相關(guān)章節(jié)中出現(xiàn)的知識與技能，以為下一步編寫做好技術(shù)準(zhǔn)備；第二階段，由組長制作一節(jié)樣張，然后經(jīng)全組討論確定最終的PPT 模板，以及教材撰寫體例；第三階段，分頭編寫所屬章節(jié)，并同步制作對應(yīng)的課件包；第四階段，統(tǒng)稿、修正、互相檢查、定稿。

（四）課堂實(shí)踐與反饋改版

與第三階段同時進(jìn)行的是課堂實(shí)踐與反饋改版環(huán)節(jié)。課堂實(shí)踐簡單說就是試講，作為檢驗(yàn)新開發(fā)課程的手段，試講可分為“內(nèi)測”與“外測”兩種形式。內(nèi)測是指課程開發(fā)組內(nèi)部的教師在自己的課堂上進(jìn)行試講，即試講教師首先依據(jù)開發(fā)好的課程包進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，然后按教學(xué)設(shè)計(jì)上一節(jié)組內(nèi)的在線公開課，下課后進(jìn)行教學(xué)反思，由組內(nèi)教師進(jìn)行評課；外測則是邀請課程開發(fā)組以外的教師加入對課程的測試工作，并提供課程反饋。內(nèi)測、外測取得的寶貴數(shù)據(jù)都將用于課程的改版與提升。

以上就是針對河北省機(jī)器人普及性校本課程存在的問題與不足提出并實(shí)施的“三階段、一實(shí)踐”策略，現(xiàn)在相關(guān)工作還在進(jìn)行中，取得的初步成果證明方向是對的，成果是可推廣的。下一步，課程開發(fā)組將繼續(xù)按計(jì)劃完成全部課程的開發(fā)，并實(shí)踐、推廣至更大的范圍。