中学机器人教学有效性的行动研究*——以长安第一中学为例

杨毅 秦健 佀新学

陕西师范大学新闻与传播学院 西安 710062

中学机器人教学是为了培养学生创造力和想象力的有效活动。在日本、德国、美国和澳大利亚等发达国家，中小学已经将机器人教育列入科学技术课程的学习内容，广泛开展机器人课程和竞赛活动，被众多学生称之为“快乐的学习方式”[1]。我国在2003年颁布的普通高中新课程标准将“简易机器人制作”列入通用技术课程的选修内容，使得我国的机器人教育在大众化、普及化层面上又上了一个新的台阶[2]。

但目前机器人教育大多唯比赛是从，学生很难得到系统的教学培养。笔者通过与长安一中合作开展机器人教学，探讨促进机器人教学在中学的发展。

1 研究的目的、对象、方法

1.1 研究目的

通过行动研究，体会机器人教学过程，促进中小学机器人教育教学的有效开展。

1.2 研究对象

陕西省西安市长安区第一中学（简称长安一中）高一年级学生，共21人（课外兴趣学习小组）。机器人教学任课教师均为陕西师范大学在校本科师范生。

1.3 研究方法

1）行动研究法，是指由与问题有关的参与人员共同参与研究和实践，对问题情境进行全程干预，并在此实践活动中找到有关理论依据及解决问题的方法。行动研究的过程是一个螺旋上升的发展过程。每一个螺旋圈都包括计划、行动、观察和反思等4个相互联系、相互依赖的环节[3]。

2）问卷法，主要用于第二轮行动研究，目的在于了解学生学习情况和学习态度，为进一步优化教学做准备。

3）访谈法，用于整个研究过程中，通过访谈获取学生对课程教学的需求和建议，以及对知识的掌握情况等方面的信息。

2 研究背景

针对中学机器人教育现状，在已有机器人研究基础之上，陕西师范大学决定通过实验室与长安一中合作开展“科普进校”活动，进行机器人基础教学，让学生了解机器人基础知识，学会搭建的一般过程，并能够进行简单的设计与创作。同时，也希望通过此次合作，推动机器人教育在中学的开展。

表1 第一轮行动研究的内容

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表3 第二轮行动研究第一次的教学内容

表4 第二轮行动研究第二次的教学内容

整个教学在通用技术实验室开展，实验室配备有多媒体教学仪器、6台学生用计算机和多张实验桌。

3 行动研究方案的设计

本次行动研究共分为三轮，下面是具体设计。

第一轮行动研究方案

1）研究的目标：了解学生和教学环境等相关情况，验证和完善教学计划表。

2）研究的教学内容如表1所示。

3）计划：①根据需求设计提问；②制作教学设计、讲课PPT，准备器材和搭建图纸等相关教学资源；③实时记录学生活动。

4）行动：①时刻关注学生的动态，记录学生语言行为、动作行为和态度；②认真分析课堂教学资料，及时总结，更新教学内容。

5）观察：①观察教师的语言表达和行为；②观察学生反应、回答问题情况；③观察学生实践操作情况。

6）反思。

①对教师提问的观察与反思。问题记录如表2所示。通过学生的回答，发现学生对机器人知识基础不了解，因此，教学内容的设置应该偏向基础化，并利用多媒体资源进行辅助讲解。同时，学生对机器人学习兴趣浓厚，应当有效地维持和进一步激发，从而促进教学的最优化。

②对搭建机器人过程中教师和学生行为的观察和反思。教师在学生搭建过程中，借解疑答惑的契机讲解相关知识点，有助于他们对知识点的理解。不过学生对各个构件不甚了解，按照自己的想法胡乱搭建，更是对相近的构件不加区分就胡乱使用，从而出现少零件致搭建不成功等场面混乱现象。同时，通过观察和学生的反馈，发现小组内部分工不合理，主要表现在实践环节，人均动手机会少，分工不明确，从而造成场面混乱。

第二轮行动研究方案

1）研究的目标：验证第一轮研究修改后的教学计划是否合理，进一步完善教学流程。

2）研究的教学内容：第二轮行动研究分两次进行，分别如表3、表4所示。

3）计划：①制作教学设计、讲课PPT，准备器材和搭建图纸等相关教学资源；②实时记录学生学习和动手情况。

4）行动：①时刻关注学生动态，记录学生语言行为、动作行为和态度；②认真分析课堂教学资料，及时总结，更新教学计划表。

5）观察：①观察教师和学生的行为；②通过对学生作品的观察，检验学生对知识的掌握情况；③观察学生小组合作是否有效。

6）反思。

①对小组活动的观察与反思。对小组进行二度划分，一组搭建，一组编程。搭建小组又将整个模型模块化，增加了人均动手机会，提高了效率。但仍有学生在一旁观望，部分学生不按任务要求操作，随意“创新”，编程时也想当然地进行各模块的拼接，问题百出。同时，学生缺乏耐心，出现问题就争执，缺乏思考。因此，教师应当时刻关注学生动态，督促学生，解疑答惑。

②对问卷结果的分析与反思。问卷回收率为61.9%，有效率100%。对问卷进行分析，得到分析结果。

a.影响学生学习的主要因素：“练习时间太少”占61.54%；“教学软硬件太少”占46.15%；“学习资源不足”占76.92%。还有一些其他的原因，如“没有书面教学内容”“基础不够”“缺少本节课的大致讲义”等。

b.学习方式认可度：76.92%的学生认为这种教学方式很好，15.38%的学生认为一般，7.69%的学生认为非常好。

c.教学内容掌握情况：46.15%的学生能够掌握教学内容，38.46%的学生掌握一般，15.38%的学生掌握不好。

反思：以上结果表明教学方法适当，教学效果较好，不过由于缺乏必要的教学资源和软硬件设施，影响了部分学生的学习；同时应当加强“做中学”和“学中做”，准备在接下来的教学中采用DJP教学方法，制作学案，帮助学生学习。

第三轮行动研究方案

1）研究的目标：总结教学计划和完成教学流程图。

2）研究的内容，如表5所示。

3）计划：①制作教学设计、讲课PPT，准备器材和搭建图纸等相关教学资源；②实时记录学生学习和动手情况；③总结完善教学流程。

4）行动：①时刻监视学生的动态，记录学生语言行为、动作行为和态度；②认真分析课堂教学资料，及时总结，完善教学计划。

5）观察：①观察教师和学生的行为；②观察学生作品，检验学生知识掌握情况；③对小组合作的观察。

6）反思。

①对师生活动的反思。教师能够很好地组织教学活动，教学准备充分，有效地解决各种突发情况，整个教学有条不紊。学生有了一定基础，实践过程得心应手，不仅可以出色完成学习任务，还能有一定的创新。

②对试验设计报告的反思。利用试验设计报告，可以引导学生学习。同时，20分钟的模型设计制作可以充分发挥学生的创造能力，变机械为主动，增加了学生自我发挥的空间。

③对作品评价表格的反思。利用评价表格，让评价规范化。无论自评还是小组互评都有根有据，这样可以激发学生的竞争意识，促进教学的开展。

表5 第三轮行动研究的内容

图1 教学流程图

④对课程测试题的反思。通过及时的测试，一定程度上可以反映教学的质量，测验学生的学习状况，对教学反思和教学优化有一定的帮助。

4 结论和建议

通过系统的学习，学生掌握了机器人基础知识，对乐高教育机器人也有了一定的了解和掌握，达到了预期目的。研究者和教师在完成教学任务的基础之上，也增加了机器人教学实践经验。

4.1 教学内容结构清晰，难度递增，教学活动形式多样

机器人教学应当从生活出发，每节课的教学内容不宜过多，要以学生为主，给学生足够的想象空间。教学难度事宜，保证每位学生都能按时完成任务，从而可以很好地维持和激发学生学习兴趣。

4.2 教学活动丰富多彩，贴近生活，但又高于生活

机器人教学就是以任务为基础，教师在引导学生完成任务的同时，教会学生思考，学会创新。不用思考的教学是失败的，没有创新意识的学习不是机器人教学。

1）机器人教学活动的选择要与社会息息相关，让学生在做活动的过程中体会科学知识促进技术的革新，技术的前进又推动着社会的进步。让学生明白科学、技术和社会三者是息息相关的，让他们了解到现在所进行的机器人学习是非常有意义，从而可以很好地激发学生学习兴趣。

2）机器人教学活动的选择以学生为主，动员学生参与活动，探究发现问题、解决问题；教师只是引导者、帮助者。

3）教学活动的选择应当有合适的教育理念——STS教育理念和乐高4C教育理念。不管是哪种教学活动，都应当有坚定的教育理念。STS教育理念可以很好地应用到机器人教学中，将这种理念应用到教学活动的设计中，可以促进学生对社会、技术和科学的理解，有利于培养新型人才，促进社会和谐发展。同时，乐高4C教育理念（联系、建构、反思，延续）很好地体现了“做中学”和“学中做”的教学新思想，有利于培养学生的逻辑思维。

4）教学方法以任务驱动为主，以DJP（导学讲评式教学）教学为辅，幽默诙谐的语言和生动有趣的比喻做铺垫。

5）教学流程，如图1所示。

6）制定完善的器材使用管理制度。

7）建立合理的教学评价指标体系，既有教师的评价，又有学生的自评和互评，并填写相关的评价表格。

5 结束语

经过三轮行动研究，在不断地计划、行动、观察和反思中，探索和构建了一套合适的教学流程，积累了与中学合作的经验，以及机器人教学的实践经验，为以后的研究工作奠定了基础。当然，本次研究还存在很多局限性和不足之处，会在今后的工作中不断改进，同时也希望各界人士批评指正，多多给出建议。

[1]姚艳秋,王晓光.中学机器人教学的一些认识与实践[J].吉林省教育学院学报,2005(2)：90-92.

[2]王改霞,朴姬顺.国内机器人教育研究发展综述[J].中国教育信息化,2012(12)：14-17.

[3]谢幼如,余红,尹睿.基于专题网站的开发性学习模式的行动研究[J].电化教育研究,2004(1)：52-56.