师范生机器人创客素养模型构建

蔡阳 金石梅

摘  要 随着创客教育的兴起，机器人教育逐步走进中小学信息技术课堂。由于师资缺乏，在一定程度上限制了机器人创客活动的发展。因此，有必要在师范院校开展机器人创客教师的培养。通过分析中小学学习者特征，了解中小学机器人创客活动内容、中小学机器人创客活动组织形式和评价，构建面向师范生的机器人创客素养模型，希望为机器人创客教师的师资培养研究指明方向，为师范院校开展机器人创客人才培养提供参考。

关键词 中小学;机器人;创客教育;师范院校;创客教师;信息素养;信息技术;创客素养模型

中图分类号：G655    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2019）07-0006-04

1 前言

随着智能机器人的发展，中小学越来越重视机器人教育。机器人创客教育推动了信息技术课程的创新发展，对信息技术教师的要求也逐渐增高。然而，中小学缺乏符合机器人创客的师资，影响了中小学机器人创客教育的发展，给师范院校培养机器人创客教师提出要求。如何培养优秀的机器人创客教师，是值得探索研究的问题。

2 中小学机器人创客活动的目标

国家政策  中小学信息技术教育专业委员会编制的《中小学智能机器人课程指导意见（试行）》指出，中小学智能机器人课程的主要任务是培养学生对智能机器人的兴趣，让学生了解和掌握以智能机器人为载体的通用技术与信息技术的基本知識和技能，了解技术的发展及其应用对人类生活和科学的深刻影响，通过智能机器人课程培养学生良好的信息素养、创新精神和实践能力。

2015年9月，教育部发布的《关于“十三五”期间全面深入推进教育信息化工作的指导意见（征求意见稿）》中提出：有效利用信息技术推进“众创空间”建设，探索STEAM教育、创客教育等新教育模式，使学生有较强的信息意识与创新意识，养成数字化学习习惯。

2017年7月，国务院印发《新一代人工智能发展规划》，提出利用智能技术加快推动人才培养模式、教学方法改革，构建包含智能学习、交互式学习的新型教育体系，要求我国中小学阶段设置人工智能、编程教育等课程，完善相关课程体系。

中小学信息技术课程标准  2003年，教育部颁布《普通高中信息技术课程标准（实验）》，首次在高中通用技术课程中设立“简易机器人制作”，在信息技术课程中设立“人工智能初步”内容作为选修模块[1]。

2012年5月，中国教育技术协会信息技术教育专业委员会起草的《基础教育信息技术课程标准（2012版）》，对中小学机器人教育模块的教学内容进行了详细说明。

2017年制定的《普通高中信息技术课程标准》，选择性必修课程“人工智能初步”和“开源硬件项目设计”模块中纳入人工智能、机器人、编程等内容。可见，国家对机器人教育越来越重视，机器人教育将逐步渗入我国基础教育阶段，在中小学开展机器人的相关探究活动。

为满足社会发展需求，基础教育课程标准不断改革，机器人教育也逐步获得重视，当前社会各界广泛围绕机器人设计与制作展开创客教育[1]。

3 中小学机器人创客活动的课程内容

基础模块  基础模块分为理论知识和实际操作两部分内容。

1）理论知识是指机器人的基本概念、特点、分类、功能及其在操作中需要的理论知识等。对基础知识有了深入的了解和认识，为之后的具体操作训练作铺垫。

2）实际操作是指机器人组装和利用Arduino等编程语言编写程序。学生能够根据机器人组装结构图，独自完成机器人的组装，也能够卸装和改装。学生要了解编程语言、编程的原理，能够根据实际操作调试程序，能更深刻地理解有关编程的知识，实现各类机器人功能。

基础模块的目标是通过实际操作，使学生对所学知识有一个全面巩固和综合训练，提高他们搭建、组装的操作能力和编程能力，培养创新意识、探究意识，提高协作能力和团队意识。

扩展提升模块  扩展提升模块是参加校内外组织的各类机器人比赛。通过参加机器人比赛实现“赛中学”的有效学习，不仅能激发学生学习机器人知识的兴趣，提升机器人操作能力，促进学生创作和动手能力，同时能够营造良好的学习气氛，调动学生的实践热情，锻炼学生的实践操作能力。在比赛过程中能够提高学生独立分析问题的能力和解决问题的能力，让学生综合运用专业知识，提升团队合作能力，积累参加机器人竞赛的经验。

4 中小学学习者特征分析

小学  根据《基础教育信息技术课程标准（2012版）》，学生从三年级就开始学习信息技术，到五年级已掌握信息技术基础知识，了解信息技术的发展过程及对社会的影响，初步具有获取、传输、处理和应用信息的能力等基础的信息素养。机器人创客活动需要较强的动手操作能力，对于低年级的学生来说很难完成。然而，五、六年级的学生探究能力较强，对新事物有很强的好奇心，能够快速接受新事物，能够很好地进行机器人创客活动[2]。

中学  中学生已经具备信息获取、信息处理与加工等相应的信息素养，因此，获取机器人学习资源对中学生来说不成问题。中学生有较强的好奇心，思维活跃，能够掌握程序编码，理解编码设计原理。不仅如此，中学生有很强的动手能力，在机器人创客活动中根据机器人组装图，能够自主完成机器人组装、卸装等实践操作，不需要一一进行讲解或说明。

5 中小学机器人创客活动组织形式

2017年，教育部新制定《普通高中信息技术课程标准》，在课程标准中更深度地呈现有关人工智能和机器人的内容。因此，机器人教育在信息技术课程中成为一个重要的组成部分。中小学机器人创客活动组织形式分为课堂教学、操作训练和科技活动等三个方面。

课堂教学  机器人创客的基本理论知识是教师通过课堂讲授的方式，利用4～6学时的时间进行机器人创客教育。在课堂教学中，教师还可以将学生分成小组，组织学生搜集机器人相关资料，整理成报告形式。教师在每一堂课选一个小组做课前五分钟讲座，做一些关于机器人知识和前沿发展的小讲座，既可以激发学生的学习兴趣，也可以让学生及时了解机器人发展现状和趋势，掌握更多的有关机器人的基本理论知识。

操作训练  经过教师课堂讲授，学生已具备一定的基础知识。操作训练阶段为10～12学时，主要搭建简单的机器人模型，并利用Arduino等编程语言编写程序。操作训练大部分是以学生为主、教师为辅，基于项目学习的方式来完成教学。每一堂课，教师给学生提供任务和相关的学习资源，让学生以小组的形式进行自主学习和协作学习，完成课堂学习项目。教师以指导者的角色对学生进行个别指导，对学生提出的问题及时反馈;在课堂结束前要组织学生对他们的任务或作品进行自评和互评，教师也要进行合理的评价和反馈。

科技活动  科技活动是指创建活动小组，利用各种技术资源和平台参与机器人竞赛。机器人竞赛既是一项很好的科技创新活动，又是普及机器人教育的重要途径，为对机器人感兴趣的学生提供一个延伸学习的平台。教师可以在校内组织机器人竞赛，通过竞赛让学生体验竞赛的氛围，积累经验。通过校内机器人竞赛，教师可以选出较优秀的一两支队伍进行训练和培训，参加校外的机器人大赛，如州内机器人比赛、吉林省机器人大赛、中国青少年机器人大赛等。

6 中小学机器人创客活动评价

过程性评价  机器人创客活动的过程性评价是在学习机器人的过程中随时对学生的学习各方面情况进行评价。这样可以使教师随时得到学生各方面发展程度的反馈信息，可以使学生随时发现自身存在的问题，并及时加以改进，掌握正确的学习策略，明确学习目标，提高学习质量和效率[3]。在课前，对有关机器人的知识点或前一节的内容进行提问或测验，了解学生掌握所学机器人知识的程度;在课中，对机器人编程、机器人组装、团队合作、小组作品展示等进行学生自评和互评以及教师评价，才能及时纠正问题，逐步完善学习方式，提高机器人学习效率和质量;在课后，通过布置的作业和任务来让学生巩固学习内容，了解学生在课上的学习效果。单元测试和期中考试是为了了解学生经过一段时间的学习，所掌握的机器人知识技能程度。

总结性评价  中小学机器人创客活动过程中过程性评价与总结性评价要互相结合。总结性评价是指期末考试或最终作品的评价，考查学生的机器人知识与技能。在机器人创客活动中，参加机器人大赛也是一个能够很好地体现总结性评价的方式，不仅能够体现学生所掌握的理论知识和操作技能，而且能体现小组合作能力、解决问题能力、表达能力[4]。教师可以通过观察每一位学生在比赛中的表现，如机器人搭建、机器人演示、编程以及解决突发問题等，给出初步的总结性评价，也可以参考比赛中获得的名次。教师要明确每位学生在小组中的参与程度与付出，给出一个公平合理的评价。

7 构建师范生机器人创客素养模型

机器人创客素养模型是根据社会发展需求、国家政策以及中小学课程标准内容为依据，通过了解中小学机器人创客活动的课程内容，分析中小学生的学习特征，分析中小学机器人创客活动组织形式，了解中小学机器人创客活动评价等四个方面，总结机器人创客教师在每个方面应具备的能力，通过分析、整理、完善、加工，构建机器人创客素养模型，如图1所示。

机器人创客素养的定义  祝智庭认为，创客素养是指所有人适应社会与工作在创造层面的知识与能力，与学习者人际沟通、团队协作、创新问题解决、批判性思维和专业技能等方面的能力有关[5]。

机器人创客素养是机器人创客教师与学生在机器人教育过程中应具备的意识与能力，主要包括机器人创客意识、机器人知识与技能、设计与准备、管理与评价等四个方面。

创客意识  作为机器人创客教师，必须要具备机器人创客意识。创客意识包括道德意识、安全意识、责任意识、崇尚科学意识、创新意识以及终身学习意识。机器人创客教师应该有较强的道德意识，在传授知识和技能的过程中要注意言行的表达，引导学生自觉遵守道德规范。机器人创客教师掌握计算机的网络安全知识是必要的条件，除此之外，在机器人组装实践过程中，要了解机器人安全常识，从而很好地引导学生在安全的环境下完成机器人实践活动。机器人创客教师要有耐心，要有不怕苦的品质，要对学生的学习负责，引导学生学习，成为学生学习的指导者和引导者。不仅如此，机器人创客教师要对机器人课堂教学负责，按时完成教学任务，认真对待每一节课堂教学，努力提高机器人教学质量。因此，树立责任意识是机器人创客教师在机器人教育过程中必不可少的。崇尚科学意识是指热爱科学、积极探索科学，试着把科学融入实际的学习和生活中。

随着科学的发展，机器人教育也发生变革。因此，机器人创客教师要实时关注先进的理念和技术，对机器人教学目标、教学方法、教学内容、教学评价不断创新，树立创新意识是机器人创客教师必要的素养之一。终身学习意识是指机器人创客教师要关注教育改革，不断学习机器人的知识和技能，探索研究机器人。通过学习，提高自身的知识水平和各项技能，成为优秀的机器人创客教师。

知识与技能  有关机器人的知识和技能是机器人创客教师应该具备的最基本的能力。知识与技能维度包含机器人基础知识、机器人组装技能以及编写调试程序。机器人基础知识是对机器人的初步认识，要理解机器人的相关定义，机器人的发展、分类、结构特点，机器人的工作原理等。机器人组装技能具体指进行机器人组装、卸装以及改装的技巧和能力。机器人创客教师不仅要掌握理论知识，也要熟练掌握机器人组装等操作技能。熟练掌握这些技能，才能很好地指导学生进行机器人组装等操作。不仅如此，还应了解Arduino等软件编程平台，要了解编程语言，掌握程序设计原理，能够编写程序、调试程序。

设计与准备  设计与准备模块包含机器人教学设计、获取资源的能力、分析与解决问题的能力等三个方面。

机器人教学设计主要是指学情分析、教学目标分析、教学内容分析、教学方法选择、教学过程组织、教学评价等。机器人创客教师能够独立完成每一堂课的机器人教学设计，并能够通过实际教学，发现问题、分析问题，完善机器人教学设计。机器人创客教学必须具有创新点，机器人创客教师根据学生的学情特点，合理安排教学内容，采用先进的教学方法和教学模式，设计出具有独特创新的教学设计。

获取资源的能力是指机器人创客教师能够对大量的机器人学习资源进行分析、鉴别、评价，选择有用的学习资源，并在此基础上进行加工，使学习资源更加有效精致。

机器人创客教师应具备分析与解决问题的能力。在机器人教学和参赛过程中会发生很多问题需要解决，机器人创客教师要主动发现知识或技术上的问题，分析问题，善于解决问题，也要引导学生解决学习过程中的问题。

管理与评价  管理与评价包括组织与管理学生的学习和活动、实践与创新能力、评价与判断能力以及指导参赛能力等四个方面。

组织管理学生的学习和活动，是指机器人创客教师要设计学生自主或合作学习机器人的环境与资源，设计机器人教学任务，合理安排小组，进行协作学习，并能引导学生形成良好的人际关系。机器人创客教师要引导学生在师生和生生之间不断地沟通交流，乐于倾听他人的建议和想法，也要引导学生善于与他人分享知识、技术、学习资源、经验和成果。机器人教育中，协作是至关重要的。遇到困难，机器人创客教师要成为学生之间相互沟通交流、不断磨合、形成共识的引导者，使学生的协作能力发挥到极致。

实践能力是指机器人创客教师要有较强的动手能力，机器人创客大部分是通过一系列的动手实践来完成的。创新能力是机器人创客最基本的素养，机器人创客教师要能够获取新型的教学资源，采用创新的教学方法，设计有创意的机器人教学设计，也要引导学生积极参与机器人创新比赛。

评价与判断的能力包括机器人创客教师合理地选择评价工具实施教学评价，发现机器人教学问题，提出改进方案。引导学生利用评价工具进行自评和互评，机器人创客教师也能够及时反馈，做好对机器人教育的过程性和总结性评价。

指导参赛是指机器人创客教师要指导学生参加各项机器人大赛（如州内机器人比赛、吉林省机器人大赛），知道机器人比赛的规章制度，掌握比赛流程，能够及时解决比赛过程中的突发情况，能使学生顺利完成比赛，获得优秀的成绩。

8 结语

创客教育的不断发展，对师资的要求也不断提升。师范生作为未来的机器人创客教师，不仅要具备机器人创客意识、机器人知识与各项技能，而且要能够设计出较好的机器人教学设计，具备获取机器人资源的能力、解决问题的能力、组织管理能力、实践创新能力与评价判断能力。与其他创客教育不同的是，机器人创客教育包含参加各项机器人大赛，因此，教师也必须要有指导学生参赛的能力。依据社会发展需求、国家政策、中小学课程标准内容，通过了解中小学机器人创客活动的课程内容，分析中小学生的学习特征，分析中小学机器人创客活动组织形式，了解中小学机器人创客活动评价等内容，建构出机器人创客素养模型，以期机器人创客素养模型能为师范院校的机器人教师培养提供借鉴。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部.普通高中信息技术课程标准（实验版）[S].人民教育出版社，2003.

[2]彭青青.小学创客基础课程开发与实践研究：以机器人课程为例[D].沈阳：沈阳大学，2017.

[3]朱光明，等.普通高中新课程信息技术教学与评价指导[M].广州：广东教育出版社，2006.

[4]王同聚.中小学机器人教学評价方法的探索[J].教育信息技术，2015（6）：75-78.

[5]祝智庭，雒亮.从创客运动到创客教育：培植众创文化[J].电化教育研究，2015（7）：5-13.