STEM理念与机器人教学的融合

汪小庆

（江苏省江都中学，江苏扬州 225200）

引 言

STEM教育是集合了多种能力，培养学生通过跨学科思考、动手实践，解决实际问题的教育方式。STEM教育为信息技术课程注入了新的活力，构建并实施基于STEM理念的信息技术课堂是信息技术课程改革和STEM教育的必然要求。而机器人融合了多个当代信息技术，已经成为信息技术的重要内容和结晶，在信息技术教学中，机器人与计算机成为信息技术教育的工具，都承担着信息技术教学载体的任务。许多中学开展了有关机器人教育的课程，虽然取得了些许进步，但仍存在一定的问题。而STEM教育依托新技术转变了教学理念和教学模式，成为完善机器人教学的新思路和新方向。

一、STEM教育与机器人教学相融合的必然性

STEM教育是一种重实践的超学科教育理念，融合了科学的力量、技术的创新、工程的巧妙、艺术的美感和数学的严谨，通过寓教于乐的方式，让学生快乐学习，爱上学习。机器人教学以机器人为载体进行STEM创新教育，机器人教育具有较强的落地性和系统的教学体系，是一门非常经典的跨学科课程，持续的学习能够有效提升学生创造、分析和实践的能力，因此，机器人教学应该综合多种科学知识和技能，注重对学生的创新意识、动手能力、综合能力的培养。融入了STEM教育的机器人教学体系才能越来越完善，才能健康发展[1]。

目前，应试教育思想根深蒂固，机器人教育并没有成为一门真正独立的完整学科，主要以功利性的比赛为主，机器人教学课程难以顺利有效地开展，遏制了学生想象力和创造能力的发展。但STEM教育坚持以人的发展为出发点，实现多种手段的融合，不仅可以让学生学到先进的机器人技术，还能提升其综合能力，通过实际操作培养学生的创新意识和创新能力。STEM教育与机器人教学的融合打破了机器人教学的僵局，使机器人教学冲破原有的束缚，解决了当前机器人教学中存在的现实问题。

二、STEM教育与机器人教学相融合的角度

机器人STEM课程将动手与动脑相结合，融合科学、技术、工程、艺术和数学等学科知识制作智能机器人，实现整体的全能教学，符合现代科技的特点，化繁为简，提升学习效率，为中学课堂带来全新的综合性和创造性的教学体验，促进学生学科成绩的提高。机器人教学与STEM理念相互融合充分彰显了“教师主导、学生主体”的精神，通过融合教学，打破传统教学的束缚，让学生在获得知识的同时提高学习兴趣、获得乐趣。STEM教育与机器人教学相融合的目的是帮助高中生打开视野，理解前沿科研课题设计基础，实践机器人在项目任务中的重要应用，学习制作机器人的核心技能[2]。STEM教育与机器人教学的融合打破了传统教学模式，转化为以问题为导向、多学科相融合、基于项目的学习，通过系统的教育方式，培养出更多的创新创业人才。那么，如何在STEM理念下进行机器人课程的创新呢？

（一）教学理念

首先，课程教学必须以学生为本，以数字校园的环境为支撑，形成以“机器人”为代表的数字化校本课程群，以课程拓宽学生的眼界，促进学生的全面发展，着眼于学生一生的发展。其次，机器人教育必须基于小组合作，坚持“做中学”的理念。再次，机器人教育必须基于项目开展学习活动。最后，课程必须基于STEM教育理念设计教学。机器人校本课程设计的着眼点主要放在挖掘学科交叉上，以多种学科相互渗透，通过多样化的情境、多角度的任务、多维度的评价，让每个学生都有发挥自己所长的舞台，都能够做到学以致用。

（二）教学目标

第一，能够让学生了解机器人的历史发展和应用，了解机器人对人类社会的价值；第二，能够了解机器人的结构、特点和基本原理；第三，能够完成简单机器人的设计组装；第四，能够掌握基本的C语言编程的方法，认识简单的程序和结构，进行简单的程序调试；第五，能够养成严谨的思维习惯，提升学生的创新能力。总而言之，机器人教学的目的是提高学生的核心素养。

（三）教学方式

传统的信息技术课堂强调学生对技术的掌握，而忽略学生在真实情境下对技术的应用，学生难以将课堂上所学的技术应用于实际的生活中。STEM教育主要采用的是项目式教学，强调学生主动参与和主动探究，强调项目的真实性，强调与实际生活发生的真实联系。项目式的教学方式能够让学生既掌握技术，又能够有机会将技术应用于实际生活中，能启发学生的想象力和创造力，并激发学生利用所学知识，以科学的解释、严密的思维、艺术的美感和积极的态度参与到问题的发掘和解决中，不但培养了学生的各种能力，还激发了学生的团队合作意识。这种教学方式就要求教师在教学中要善于创设问题，激发学生的思考，促进学生思维能力的发展和提升。

（四）教学内容

传统的机器人教育只注重对信息技术基础的学习，STEM理念与机器人教学相融合的教学内容不仅包括传统机器人教育中的基础学科，还包括科学、技术、工程、艺术、数学等与之紧密相关的内容。①现代最新的科学、技术的现状和基本理论，在课堂上渗透当前社会上新出现的科技内容，避免出现闭门造车，与时代脱轨的问题；②机器人发展的过程和数学逻辑知识，开展机器人课程的目的并不单单是教会学生进行简单操作，而是让学生能够真正了解机器人的原理与核心，使学生深刻了解科学技术与社会的关系。

三、STEM理念与机器人教学相融合的教学策略

（一）在STEM情境性的理念下利用情境导入

在STEM理念下的信息技术教学中，情境性的导入显得十分有必要，STEM理念主张教学生活化，在教学中融入日常生活元素，能够让学生更容易理解信息技术课堂上机器人教学的重要性，体会到机器人教育的应用价值，进而提升学生的学习动力。此外，在情境导入中还应让学生充分感受到信息技术和机器人的魅力，明确机器人对人类生活的重要价值。应注意尽量设置快速提升学生注意力的情境导入，充分提升学生学习的积极性和主动性。

（二）在STEM协作性的理念下利用小组协作学习

利用小组协作学习能够促使教师积极适应协助者和引导者的角色，利用小组协作的方式培养学生的自主学习、自主分析、自主解决、探索创新的能力，小组成员共同完成任务目标，同时也培养了学生的逻辑思维能力和语言表达能力。此外，教师应依据学生的个体特征，尊重学生的个体差异，发挥小组合作协调进步的功能。

（三）在STEM体验性的理念下利用项目引领教学

STEM理念下的信息技术教学注重培养学生的创造思维和探索能力，项目教学的引入能够使学生通过自身探索，掌握更多的知识。教师对每位学生的理解力、知识掌握程度都应有充分的了解，分层设计相应的教学目标，确保每位学生都能得到进一步的提升和发展。对完成目标的学生和优秀的作品进行及时表扬，保持每位学生的热情和创作积极性。

（四）在STEM跨学科的理念下开展多形式教学活动

在STEM理念下的信息技术教学中，教师可以开展多种形式的教学活动，促进学生深层次的学习。

（五）在STEM学科融合的理念下推动教师的自我成长

教师要不断提升自己，关注信息技术学科前沿信息技术和机器人技术的快速发展，课本的内容已经远远不能满足学生日益增长的需求，对新技术和前沿技术的掌握才能为提升学生的创造潜能打下坚实的基础。

（六）在STEM实证性的理念下引导学生关注社会现象

教师应该积极引导学生用所掌握的知识和技术解决生活中的难题，逐步提升学生对社会的责任感。

四、STEM教育与机器人教学相融合的阻碍

STEM教育主要以定性评价为主，主要评价学生的思考能力、解决问题能力、创新能力和沟通协作能力，以及人生价值观、积极人格等，STEM理念与机器人教学相融合后，强调评价的过程性和个性化。教学评价不能仅仅依据作品进行，还应注重学生的动手操作能力和情感的变化。

五、教学评价

作为一种跨学科整合的教育模式，STEM教育与机器人教学相融合将会促进各个学科通过综合性的课程结合起来，加强学科间的相互配合，利用多种学科的知识来解决问题。但STEM教育仍然面临“水土不服”的困境，面临着课程体系不完善、跨学科师资匮乏、评价体系不配套等现实难题。由于缺乏基础性学科知识的融合注入，许多中学教师的知识背景相对比较单一，除了精通自身学科的知识外，对其他学科的知识相对比较薄弱，很难独立完成 “跨学科”的STEM课程设计与讲授。学生完成作品后，根本不了解作品背后的知识，STEM教育成为学校的“秀场”。学生虽然动手参与了实践，但缺乏动脑探索。在单纯的模仿形式下，虽然能够拿出优秀的项目成果，但却扼杀了学生的想象力和创造力，这与STEM教育激发学生“创新动力”的初衷背道而驰。

结 语

总之，在当前教育环境下，学生家长往往更倾向于关注立竿见影的提分手段，而STEM教育由于见效较慢而难获青睐，虽然许多学校都开始尝试STEM教育与学科的融合，但在实践中，还面临很多问题。这些问题需要各界力量，包括政府、高等院校、科研机构、企业以及中小学校形成合力，才有可能在根本上得以解决。