高中创意机器人课程实施中的问题及对策分析

张宝峰

[摘 要]以Arduino创意机器人课程教学的探索与实践为例，分析基于创客式教育理念的校本课程在教学组织、过程管理以及内容设计等方面存在的问题，并提出相应的解决对策。

[关键词]创客式教育；Arduino；创意机器人；教学管理

“创客教父”戴尔·多尔蒂曾指出：创客运动能给教育带来好的、甚至颠覆性的变化[1]。随着创客运动的发展，研究者和实践者们不断挖掘创客文化、创客教育的内涵。学校层面的创客式教育，强调参与其中的师生在完成创新与实践的过程中享受创新和分享的快乐。为此，笔者所在学校在创新与分享理念的指导下进行了创意机器人课程探索与实践。课程以Asblock创趣公司开发的开源硬件为基础，以Scratch作为编程软件，搭配乐高实现结构搭建。为便于学生展开创意活动，每次课会连续上两节。该课程的发展经历了以下一些阶段。

一、实施第一阶段：探索阶段

初期的创意机器人课程与传统的科技活动课相比，只是在环境设施上有一些变化，活动目标在于让学生通过动手实践习得一些相关知识，活动内容以固定实验为主。无论是教师还是学生，都只能在固定的主题中，按照预设的实验步骤操作，以期看到预设的实验结果。在实验过程中是否有创新和分享，完全取决于实验的难易程度和是否顺利。

在本阶段，无论是教務处的管理人员，还是机器人课的指导教师，对创意机器人课的认识还只是停留在环境和媒介的简单变化，没有意识到传统科技活动课与创客式机器人课程的区别。由于学生编程技术的限制，大部分学生只能将实验中给定的程序照搬过来，成为了固定数字技术实验的验证者，加上协作学习小组构建、硬件器材管理不善，创意机器人课程一度出现混乱和无效的状况，甚至主板、传感器等小模块经常缺失，导致活动无法继续。基于以上问题，教师们对创客式教育有了新的认识，认识到必须完成理念的转变——厘清创客教育与机器人课程的关系，要强调动手实践、快乐分享、创新思维的培养。其中，小组协作应该成为开展课程的主要形式，硬件器材是开展创意活动的关键。创客式教育真正有效实施的关键是在有效调和“物与物”之间关系（即硬件器材管理）的基础上，开展“人与人”（即小组成员及师生）之间的活动。

二、实施第二阶段：

构建协作小组和硬件器材有效管理

针对第一阶段中活动混乱、器材设备管理不善等情况，本阶段着重加强小组建设和硬件器材管理。

一是构建小组及设计编号。根据班级规模，可以分成大组和小组。如六人为一大组，每一大组可分为两小组，每小组固定三人，组内设置小组长，三人小组要分工明确，分别主要负责硬件搭建、编程实现、记录活动过程等工作。在常规主题活动中，主要以小组为主；在综合创意活动中，为了突破硬件组合和创造的需要，小组可以合并为大组，进一步扩大协作。创意活动中协作组织可大可小，全息管理机制，并统一设计编号规则，如一大组1小组简称为一（1），一大组2小组简称一（2）等。

二是有效管理硬件。这是课程顺利开展的保障。由于三人小组是活动的基本单位，因此硬件管理落实到各小组。硬件组成以大号收纳箱为主，其中有包含各种传感器的格子收纳盒、各种线缆、螺丝螺帽和螺丝刀等，配以硬件清单，以便跟踪管理，如有缺失或损坏，当堂更换，由教师做好记录。

三是设计活动记录表格。该表格将作为创新性协作活动有序开展的支架。在课程内容安排方面，初级课程是以认识传感器为基本内容的专题教学，中级课程是以项目为主的综合运用，高级课程是结合实际任务设计方案完成作品。课程内容以专题为中心（如LED灯），活动具有开放性和可扩展性（如可以使用程序控制LED灯，或者以按钮、旋钮等控制）。活动记录表格要有助于实现课程实施的延续性，体现课程“形散神不散”的创意属性，并能有效地辅助课堂管理，记录内容包括：组别、组员姓名、上课日期、小组作品思路及作品的完成度。

这一阶段以有效管理为主，并加强了技术指导，克服学生创新活动的组织障碍。学生小组人员固定、座位固定、硬件器材固定，使创新活动得以有序进行。然而，形式只是活动的一种载体，思路才能创造价值。创意机器人课程的突出问题逐渐显示出来，即活动内容到底要如何设计，才能提高学生的创新思维，让学生体验创新与分享的快乐？这也是学校层面创客式教育的核心问题和本质问题。

三、实施第三阶段：

从形式到内容，驱动师生思维的发展

谢作如认为，创客是秉承着设计、制作、分享、交流、开源的创客文化，学生开始接触前沿的信息技术，尝试利用简单易用的数字技术，面向实际需求进行设计、制作、分享和跨时空学习，在动手和动脑的创造中把创意转变为现实[2]。同时，创客式教育涉及跨学科、项目式学习，强调实践与多人协作，是一个立体的学习过程。

基于前两个实践阶段的总结，创意机器人课程教学确定了小组协作学习的形式，通过硬件管理和实验表格记录管理教学，到了第三阶段，教学设计的重点落在了内容设计和思维目标的落实。

一是在内容选择上，教师要发挥引领与主导作用，在问题突破中，教师是协作者。目前高中的创客教育课程，并没有统一的教材，课程开展一般以所用硬件的配套电子教程为主，这些电子教程的开发一般也会针对小学和初中阶段。作为初学者的高中生使用此类教程，在搭建和编程实现方面都能够以较低的难度、较高的完成度迅速入门。那么，如何引导学生从专题中不断延伸拓展，使学生充分发散思维，并以手边的硬件为基础来收敛思维，最终实现作品的创造呢？

以LED灯为例。在这一专题中，学生在了解了LED的发光原理之后，联系生活实际，开展了以按钮控制LED、闪烁LED、延时灯、声控灯、光控灯以及交通信号灯模拟等平行实验。以其中的按钮控制LED为例，学生在平行实验中发现，简单地使用按钮的两个状态控制灯的两个状态，跟生活中“开关（按钮）按一下灯亮，再按一下灯灭”的控制方式不同，那么要如何实现呢？如果说平行实验是学生习得知识的过程，那么与生活相关的这个问题就是设计思维和逻辑思维的发端。以上这类设计的思维活动需要教师的引领，在共同解决问题的过程中，教师是协作者。

二是在思维培养中，以思维工具落实思维目标。在创意机器人课程中，创意多始于生活中的灵感。学生在认识了各类传感器之后，要联系生活，通過大量的生活应用实例使每个传感器的专题立体化。学生从习得知识走向创意的过程，将用思维导图的方式记录在实验记录表中，这样做有以下好处：其一，便于迅速记录灵感；其二，有利于小组成员之间的交流和沟通，更好地完善作品；其三，将思维可视化，为创造的发展提供蓝图。如在LED灯的专题中，在平行实验之后，大部分小组选择了“呼吸灯”（由亮到暗逐渐变化）以及生活中“开关（按钮）按一下灯亮，再按一下灯灭”控制方式的实现作为扩展实验。教师在引导时，先教会学生使用流程图或者伪代码的形式来记录思路。有学者认为“创客教育是编程的回归”，实践证明，这句话不无道理。

三是项目式教学，搭建实现是创意落地的关键。鉴于高中生抽象思维和逻辑思维的发展特点，以认识传感器为基本内容的专题教学仅适用于课程初期，以项目式教学为主综合运用和结合实际任务设计方案完成作品才是更契合高中创客教育的课程。在这类课程中，学生经历了习得知识、发散思维、编程实现的过程，但只有通过创意搭建才能不断修正和完善创新和创意方案。如在智能机器人小车循迹实验中，灰度传感器的数量、位置、路线的选择决定了程序的编写；在智能风扇的实验中，可伸缩支架的台扇和落地扇的实现更是对风扇的智能化完善。因此，在项目式教学中，要通过编程实现结构搭建和功能互为一体，而真正的搭建实现才是创意落地的关键。

四、创客源于热爱，在总结中前行

高中创客教育课程的实施是一个师生共同成长、彼此成就并充满未知的过程，创客文化的魅力也在于此。总结创意机器人课程教学的经验，可概括如下：在教学设计环节，可先使用传感器感知环境，在编程环境中设置变量，读取参数，提出具体需求，使用乐高组建搭建实现，留有空间综合创意。学习过程采取小组协作的方式，并要保证组内有明确分工。在课堂管理中，小组编号（墙贴或者位置贴）、硬件器材盒、人员三位一体，并要对活动有详尽的过程记录。在教师引导方面，在初级活动中可以专题为中心，开放思维为主，鼓励发散思维，到了中高级课程，则以项目实现为主。

参考文献

[1]李彤彤，王志军，邹蕊，李磊.创客教师专业素质结构研究[J].中国电化教育，2017（6）：80-86.

[2]谢作如.创客教育和STEM教育关系之辨析[J].中国现代教育装备，2017（2）：16-19.

（责任编辑 郭向和）