赵显敏 刘海川

摘  要 创客教育、STEAM教育的发展，使得机器人教育得到广泛关注，许多中小学相继开展机器人教育课程。但已有的机器人教育研究视野不够宽广，在课程设计上还缺乏建树。通过课程分析，依据课程理论，针对课程设计的课程目标、课程内容、学习活动、课程评价四个要素进行探索设计，以期对中小学机器人教育教学实践提供参考。

关键词 中小学;机器人教育;课程设计;创客教育;STEAM

中图分类号：G633.67    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2019）03-0086-03

1 引言

随着教育信息化的发展，结合创客教育和STEAM教育特点的机器人教育作为一种新型教学活动，引起教育研究者和学校的关注。2003年，教育部颁布的《普通高中技术课程标准（实验）》，首次将“简易机器人制作”模块纳入中小学选修科目中[1]。这意味着机器人教育迈入一个普及化新时期。

然而，我国机器人教育正处于起步阶段，许多教育工作者正摸着石头过河[2]。据调查显示，虽然学术界不断提升机器人教育领域的研究，但在实际的开展过程中仍有许多问题存在，如因受众、地域性差异，学校重视程度不同等，使得机器人课程建设尚未形成统一的标准体系;课堂流于形式，大多为竞赛服务，阻碍了中小学机器人教育的发展进程。因此，深入开展中小学机器人课程设计研究，从课程目标、课程内容、学习活动和课程评价四个方面探索课程教育新思路，具有重要的现实意义。

2 机器人教育的现状以及特征

在国外，机器人已经走入各级各类学校，其资源豐富，许多一线教育者引导学生与多学科进行整合学习。国内机器人教育发展数十年时间，取得一定成果，但当前开展的机器人教育课程设计者多数为信息技术教师，他们习惯模仿信息技术课程开展，重基础知识讲授，轻技术整合，影响了学生动手能力与创造力的培养。因此，为全面促进学生发展，应充分考虑机器人课程该如何设计。

机器人课程具有的独特教学理念和方式将成为培养学生创新和实践能力的重要手段，作为素质教育的载体，机器人课程具有何种特征，课程设计应注意哪些方面，已成为学校关注的重点。通过对目前机器人课程的分析，发行其具有以下特征。

系统性  机器人课程中每一节课都是一个小系统，它从属于单元教学系统，小系统的目标为大系统服务，又需要具有自身的独特个性及运作体系，整个教学环节一环扣一环，促进学生从思维、创新、技能三个方面发展。

创新性  在课程中，机器人、积木等设备不能简单机械地应用于教学。课程内容、教学设计、教学模式、评价方式等应根据课程目标进行创新，使得课程具有自己的特色。同时，在教学过程中，学生不再局限于固定的教学模式下，可以自由发挥创新能力。

灵活性  机器人课程的开设本身就具有灵活性，既可以作为系统课程，也可以是课外活动。在教学活动中，机器人教育模式不同于传统教学，不用按部就班一一进行，而应依据教学情境、学生情况，灵活开展教学。

开放性  机器人教育课程应具备开放性，不仅限于课堂常规学习，也可作为家庭的益智活动，利用社会众多资源，连通课上、课下、校内、校外，以及引进虚拟机器人教育平台，鼓励学生家长共同参与。

3 机器人教育课程设计

课程设计一词具有多义，既可以指为学习某一课程内容而进行的设计，也可以指对某一课程进行教学策划的系统化活动。泰勒的《课程与教学基本原理》一书围绕课程目标、课程内容、经验组织、课程评价四个方面展开，奠定了现代课程理论框架[3]。基于此，本研究构建了图1所示课程设计模型。

课程目标  课程目标既是教学行为的目标和方向，也是教学活动的起点和落脚点，它规定着学生通过一段时间的学习所到达的期望程度[4]。课程目标一般来源于对学习对象、学习环境等的分析。下面通过对学习对象分析以及学习环境分析来确定课程目标。

1）学习对象分析。中小学生是机器人教育的主要群体。据调查，他们中的大多数对机器人教育课程有着浓厚兴趣，但机器人教育中涉及的编程和程序操作等，对中小学生的抽象思维要求较高，在教师讲解过程中容易使学生注意力不集中，兴趣低下。同时，中小学生对于机器人这门新兴科目普遍存在基础知识不足，创新意识薄弱，实践能力还需引导，团队协助意识不强等问题[5]。因此，机器人课程应初步确立以下课堂教学目标：

①知识目标：掌握机器人基础知识，认识零件以及了解如何拼接。

②技能目标：搭建简易机器人，进行编程，操作运行，积极参与探讨，制订计划，与同学进行分工合作并分享交流。

③情感态度目标：敢于尝试，具有团队协作意识与能

力，能面对困难，解决问题。

2）学习环境分析。机器人教育受到越来越多的人关注，许多学者对它寄予厚望，但在实际的课堂开展中并不顺利。目前，机器人教育的课程资源、师资配备、实验场地大多不完善，学校重视程度不够，已经无法满足社会需要。因此，为转变学校观念，加快课程体系建设，为学生创造更好的学习环境，开展机器人课程还需做好以下工作：

①丰富课程资源配置，转变功利观念，构建适合机器人教育的课程体系;

②加强专业教师的培训工作，引入机器人产品、虚拟实验平台等拓宽课堂内外联系;

③建立学习空间、实验基地等，扩大家庭以及社会参与程度。

通过对学习对象分析以及学习环境分析，中小学机器人教育课程总目标是：培养学生科学素养，促进学生全面且具有特性地发展。具体体现在以下几个方面。

1）知识与技能：树立远大理想，热爱科学，自觉关注科学发展;理解机器人概念，关注机器人未来发展趋势以及对社会影响。

2）过程与方法：掌握机器人硬件软件，能熟练进行编程设计，搭建符合需要的智能机器人;在机器人课程的学习中，能不断融合其他学科知识，提升自我创新意识与能力。

3）情感态度：培养分析、归纳能力，能与同学进行协作，对自己与他人作品结果进行反思;具有丰富的想象力、积极乐观的态度，勇于尝试，保持对世界的求知欲。

课程内容  机器人教育的课程内容是课程设计的核心要素，课程内容的选择应符合让课程实施者更好地开展教学内容的目的。选择课程内容时要注意与课程目标方向一致，符合中小学生的实际需求，同时具有相应的挑战性。

根据学生年龄段不同，可划分为初中高三个等级，其中初级课程进行基础知识学习，中级加入适当编程，高级进行综合应用。从目前开展的课程来看，课程内容主要包含以下几个方面。

1）基础知识：认识机器人，包含机器人概念、原理、发展历史、应用领域等内容。

2）机器人硬件：熟悉机器人的元器件、硬件结构，控制驱动系统，掌握基本的硬件组装技巧以及操作、维护方法。

3）机器人编程：认识编程，熟悉编程环境，掌握编程方法、原理，进行编程设计，开发程序指挥机器人工作。

4）应用：该模块是综合应用，通过前面的学习，能在竞赛或项目制作中自由运用所学知识组装、搭建完成项目。

机器人课程内容是多学科的结合，在突出自身特色时又与各学科相联系[6]。课程内容应具有意义，吸引学生参与探索，并且要具有一定的复杂性和相关性，可与信息技术、数学、物理等学科进行整合，唤起学生已有知识经验，综合应用各学科知识，以“做中学”的方式促进学生的科学素养和创新实践能力发展。

学习活动设计  学习活动是指学生群体与教师或学习伙伴为完成特定目标而进行的操作总和。学习活动过程包含教师活动与学生活动，应构建“做中学”并延伸到“学中创”的学习模式，学生通过模仿教师进行学习，最终实现自我创新。

1）知识学习。通过情境创设，教师引导学生积极参与并通过课件演示和讲解等方式输入基础知识;学生通过基础知识学习，明确学习目标，了解机器人的概念等常识性知识，思考提问并积极参与讨论，形成一定知识储备，保证下一步的学习创作。

2）模仿创造。教师讲解实验项目，通过操作或功能展示，让学生了解项目特点、重难点以及注意事项;学生通过理解以及观察教师操作，明确自己的任务，在教师的指导下进行操作模拟，也可以分组与同学进行自主探究，激发自我创造潜能与团队合作意识。

3）任务驱动。教师发布任务，创设相应情境，设定比赛规则;学生分组竞赛，通过头脑风暴进行讨论，设计方案，明确分工，整个过程自己动手实践，利用多媒体手段解决问题;教师最后进行统一点评。

4）分享交流。教师组织分享活动，引导学生积极参与，并进行现场的指导答疑;学生可采用PPT等形式进行成果展示，分享自己在制作过程中遇到的问题和收获，以达到认知、行为、情感的发展。

课程评价  课程评价是检验课程设计效果的有效方式，并依此进行课程改进。随着机器人竞赛的蓬勃发展，学校开展的机器人课程更多服务于竞赛，以竞赛成绩为依据，忽视了机器人教育的隐性效果，即培养学生创作能力与动手能力。因此有必要建立评价内容、评价方式多元化的评价模式，转变学校以及社会的功利性观念，有效地改进教学，推进基础课程的顺利实施。

1）内容的多元化评价。评价内容应与课程目标一致，除掌握学科知识外，还应依据课程目标从学生的创新能力、编程能力、综合应用能力、观察能力、学习的态度与方法等多方面进行评价。

2）形成性评价。学生的学习效果通过形成性评价进行判别。教师可以通过记录活动日志以及评价量表观察学生各阶段的学习情况、作业情况，帮助学生认识学习过程中存在的问题，并获取教学反馈信息，及时进行教学反思和调整，以更好地促进学生学习。同时，学生之间、小组内部可进行互评，使学生站在不同角度给出更多建议。

3）总结性评价。总结性评价一般是在课堂教学完成时，为教学活动的最终效果进行评价。教师通常通过期末考试、结业考试等方式进行判定，从多维度评价学生是否掌握所学知识，创新实践能力是否有所提高。

4 结语

机器人教育是培养创新人才的有效活动，通过机器人课程，学生获得一个创作空间，没有传统课堂的更多束缚，自由发挥想象，促进自我发展。随着机器人教育在中小学课堂的普及和深入，许多问题也将逐渐显露，如技术不断更新、学生的差异性、机器人教育的特殊性等使得机器人课程设计对教育工作者来说是一个巨大挑战。本文对机器人教育的课程设计进行了一定的理论和实践探究，深度和广度存在不足，在今后的实践过程中需要不断地调整和更新。同时希望更多的一线教育工作者提出宝贵的意见，为我国的机器人教育贡献一份力量。■

参考文献

[1]王同聚.中小学机器人教学中“微课”的制作与应用研究[J].中国电化教育，2014（6）：107-110.

[2]王同聚.“微课导学”教学模式构建与实践：以中小学机器人教学为例[J].中国电化教育，2015（2）：112-117.

[3]张元立.面向师范生的“机器人教育”课程设计与资源开发研究[D].重庆：重庆师范大学，2017.

[4]余顯志.STEM教育理念下的慧鱼机器人课程教学设计研究[D].广西：广西师范大学，2017.

[5]钟柏昌，张禄.我国中小学机器人教育的现状调查与分析[J].中国电化教育，2015（7）：101-107.

[6]张爽.创客教育视域下中小学机器人教学活动设计研究[D].江苏：江南大学，2017.