中小学机器人教育中的探究性学习活动实施策略研究

孙岩松 张克松

摘 要：机器人教育能有效发展学生的科学精神、自主发展及实践创新等核心素养。在中小学机器人教育中应用探究性学习模式可进一步提升机器人教育的成效，基于此，本文提出中小学机器人教育与探究性学习模式有机结合的实施策略，即教师树立“学生中心”教育观、遵循探究性学习的心理学理论和依据探究性学习的一般过程进行实践演绎，希望为一线实践者提供些许参考。

关键词：机器人教育；探究性学习；实施策略

现阶段，中小学机器人教育开展的如火如荼，机器人教育所特有的创新性和实践性在发展学生科学精神、自主发展及实践创新等核心素养方面极具前瞻性价值。2017年8月由美国新媒体联盟颁布的《地平线报告（基础教育版）》将机器人技术列为近期进入主流应用的教育技术，强调其在基础教育中的作用。2018年4月教育部印发《教育信息化2.0行动计划》，提出加强学生课内外一体化的信息技术知识、技能、应用能力以及信息意识、信息伦理等方面的培育。随着国内外信息化政策的持续出台，机器人教育在人工智能教育、创客教育等新型教育模式中的应用价值渐受研究者瞩目。在中小学机器人教育中应用探究性学习模式可进一步提升机器人教育的成效，因此，本文将基于探究性学习模式着重探讨中小学机器人教育中的探究性学习活动实施策略。

一、中小学机器人教育中的探究性学习活动实施策略

（一）教师应树立“学生中心”教育观

目前，机器人教育并没有作为一门独立学科纳入中小学日常教育教学中，在《义务教育階段信息技术课程标准（2012版）》中也是作为拓展模块存在，绝大多数是以兴趣班、综合实践课组成部分、学科整合和机器人竞赛驱动等方式引入机器人教育，并且多由计算机教师或短期培训教师教学，教师水平参差不齐。在这一现状下，是否能富有成效的实现机器人教育价值与机器人教师专业水平和教育理念息息相关。

机器人教育的创新性和实践性的本质决定了机器人教师不能“一本书讲一辈子”，尤其面对的学生是新时代在互联网环境下长大的“原著民”。他们更善于交流与合作且思维具自主性、开放性。因此机器人教师不仅要熟练掌握机器人教学相关知识、工具、资源，而且要大胆求索、开拓新路，在教学实践中“以教为学”拓宽知识储备，不断更新专业知识，提升专业技能，并且积极参加各种线上或线下的教研活动来不断更新教育观，逐渐树立“以学生为中心”的教育观，尊重中小学生的主体学习地位。

（二）遵循探究性学习的心理学基础理论

大量研究显示，好的探究能帮助学生构建更深层次的概念和提升高端思维能力。因此在机器人教育中开展探究性学习是实现教学目标的较佳路径。探究性学习的理论基础可以在心理学上追溯到布鲁纳的认知-发现说和建构主义学习理论。

1.布鲁纳的认知-发现说

按照布鲁纳的观点，学习的实质是个体在教师引导下积极主动的形成自己的认知结构，并将自主所学的新知识与先前认知结构联结起来，构建其知识体系，在教学观上，教学的根本目的在于使学生理解学科基本结构，进而促进学习迁移，发展儿童智力和创造力。并且强调发现法是学生掌握学科结构的最好方法。在发现法的使用中，教师需要根据学生的心理发展水平和经验来创设问题情景，激发学生的探究欲望使其积极寻求解决问题的各种假设方法，并引导学生运用分析思维在理论和实践上验证假设，最终在解决问题的过程中使学生“乐学善思”发展自身创造性和批判性思维。

2.建构主义学习理论

建构主义学习理论根据研究者关注点的不同分为认知建构主义和社会建构主义。两者基本观点都认为教育者必须以儿童在日常生活中积攒的丰富经验为起点，创设合适的学习情景，引导儿童“生长”出新的知识。同时学习者在知识建构过程中具有主动建构性、社会互动性、学习情景性。认知建构主义学习理论在教学中具体应用以探究性学习为典型代表，探究学习的过程就是学生通过发现问题、分析问题、解决问题而生成知识的过程，探究性学习的具体的、广泛采用的模式是基于项目的学习，一个项目式的学习由教师提出驱动性问题、学生制定探究计划、实施计划、交流实施结果、评价等组成。

（三）依据探究性学习的一般过程进行实践演绎

基于上述，结合教学设计的基本理论，中小学机器人教育中的探究性学习活动设计由如下部分构成。

1.学习者分析：教学目标定制化

根据加德纳的多元智力理论，每一个学习者在不同程度上拥有言语-语言、逻辑-数理、视觉-空间等九种智力。不同智力的不同组合构成了学生的个性差异。因而中小学机器人教师不能“一视同仁”，在开展探究性学习的过程中首先因在对学习者特征及知识、技能、态度进行深入分析的基础上理解每一个学生都有自身长处和发展需求，并以此为基础从知识、技能、情感态度三方面为不同学生定制不同的教学目标，只有“随人分限所及”才能积极促进学生个性充分发展，实现机器人教育的预期价值。

2.学习内容设计：跨学科式学习内容

由于中小学机器人教育仍处于初级阶段，教育部门及专家学者没有制定统一的课程标准及编写一致的教材，因而中小学机器人的学习内容质量良莠不齐，教学内容多以机器人本体知识为主，缺乏综合性、包容性。为此中小学机器人教师应在深入解读《基础教育信息技术课程标准》、《中国学生发展核心素养》、《教育信息化2.0行动计划》等指导文件的基础上根据学习者的发展水平拓宽学习内容的广度与深度。在开展机器人教育的过程中将语文、数学、物理、电子、计算机、能源、人工智能等学科知识整合起来，将课堂变成学生喜爱的“缤纷多彩”的世界，使学生所学知识不仅与生活紧密相关并且能够适应终身发展和社会发展需要。

3.学习过程设计：六步循环法

借鉴第二部分所论述的探究性学习步骤及中小学机器人教育实践状况可从驱动型问题导入、“头脑风暴法”形成假设、基本概念和结构澄清、进行假设验证、成果展示及评价、设置挑战六个方面进行中小学机器人教育探究性学习活动过程设计。

（1）驱动型问题导入

课堂导入作为教学必不可少的环节之一，是教学实施的先行部分。“良好的开始等于成功了一半”，恰当而富有启发性的课堂导入环节在整个教学实施中举足轻重。中小学机器人教师在教学的导入环节应当根据学生已有经验、兴趣和需要提出一个或几个与教学目标和内容紧密相关的富有趣味性、探索性、驅动性的问题，以此将学生注意力吸引到课堂中来，激发他们的探求欲，启发其创造思维，使学生在轻松愉悦的环境中开始新知识的学习。当然，高质量的课堂导入环节也是良好师生关系建立的开端。

（2）“头脑风暴法”形成假设

“头脑风暴法”作为一种培养创造性思维的有效方法，核心思想是把头脑中产生的想法和想法的可行性划分开来，其创造性特征符合中小学机器人教育价值诉求。教师在导入环节提出驱动性问题后，应当鼓励学生发挥想象力在头脑中快速联想，大胆寻求解决问题的任何做法，并且大声表达出来。在这一过程中学生之间的想法可互相启发，教师对学生所提的建议不做干涉，待所有建议提出后，教师与学生一同对想法进行探讨、评价、改进，从而产生一种或几种可行的具有创造性的做法。

（3）基本概念和结构澄清

创造性的想法可以“天马行空”，但将想法付诸实践必须“脚踏实地”。学生的知识不是凭空产生的，机器人教师在引导学生形成解决问题的创造性想法后，必须将关乎本次机器人教学的基本概念、原理及搭建的机器人基本结构向学生澄清，学生只有在明晰控制器、传感器、执行器等零件的基本运用方法、搭建中的数学、力学等原理，所需搭建机器人的基本结构，编程方面的循环分支结构等一般性知识才能更好的将所学知识在不同情境中灵活迁移，才能在接下来的实践验证环节避免“无米之炊”，保持良好的学习态度和动机。

（4）实践验证

“导而弗牵、强而弗抑，开而弗达”，教师在机器人教学中主要扮演一个“点拨者”的角色。教师需引导学生按自己的创新想法做并且鼓励学生坚持不懈的探究，克服实践中的难题和积极改进自己的作品，同时启发学生的思维，在学生需要时给予适当的“支架”而不“任其所为”。在学生带着自己独特想法进行实践的过程中，所有探究最终以解决问题为目标，任何符合机器人基本原理及结构的并且能合理的解决问题的做法都值得推崇。同时教师在必要时可以给学生布置一个任务，让学生采用小组合作式进行探究，通过合作完成任务，培养他们的组织力、团队协作力、沟通与交流能力的过程。

（5）成果展示与评价

成果展示环节与评价环节可同步进行。评价环节主要由：自我评价、教师及学生评价、家长评价等构成。教师要特别注意的是：由于每个学生的先前经验、个性特征及智力组合等不同，学生通过实践完成的作品水平是有差异的，在学生展现作品时不能“厚此薄彼”以免挫其信心，降低学习兴趣，而应当真诚的赞赏作品的闪光点和“移情性”的点出作品了进一步改进的地方。在此基础上，教师鼓励每一位学生轮流向大家介绍自己作品的想法、创新点及没有克服的问题等，同时教师可将学生在成果展示环节的作品借由微信、QQ等通讯软件及时的传送给不在现场的家长，使家长能掌握孩子最新的学习动态和机器人教学效果进而建立良好的亲子关系。

（6）设置挑战

根据维果斯基的最近发展区理论，学生在学习时表现出两种水平，一种是符合学生年龄特征的水平，另一种是学生在他人帮助和指导下能达到的水平，两种水平差距构成最近发展区。因而教师在教学时一方面以学生现有水平为依据，另一方面要创设最近发展区，采用不同方法和形式使教学引领学生发展。因此成果展示及评价环节不是教学的结束，教师应当在评价环节结束后对学生进行“拔高”，在本次教学的基础上根据学生的学习状况设置新的“挑战”，创设知识迁移和自主探究的情景，给学生提出更高的要求以进一步激发其求知欲和学习动机，促进学生再发展。

二、结语

中小学机器人教育是当下流行的教育形式之一，如何有效的实现其教育价值并为中小学机器人教育提供指导是目前亟待解决的问题，本文根据心理学的研究成果结合探究性学习模式开展的一般范式提出中小学机器人教育教学活动设计策略，希冀为中小学机器人教育实践者提供些许借鉴，但本文仅停留与理论层面，未作实践探索，下一步将继续完善。

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基金项目：安徽省高等学校省级质量工程“现代教育技术之数字图像处理智慧课堂试点项目”阶段成果（课题编号：2017zhkt220）。

作者简介：孙岩松（1993- ），男，安徽合肥人，安徽师范大学教育科学学院，现代教育技术硕士研究生；张克松（1966- ），安徽芜湖人，安徽师范大学教育技术系主任，副教授，硕士生导师，研究方向：教育技术学基本理论、信息技术教育。