融合STEAM教育理念的交互型机器人教学模式探究

摘要：本文参考趣味交互型教学模式的项目式教学流程，另将STEAM教育的理念融入其中，以助学生更好地建构知识，并将项目题材由单纯的联机交互机器人扩大到人机交互机器人，得到融合STEAM教育理念的交互型机器人教学模式。

关键词：STEAM;交互型机器人;教学模式

1.引言

當今世界科技发展日新月异，有高度细化和融合的发展趋势。很多重大问题需要灵活运用各学科知识才能得以解决。因此，跨学科课程资源的建设是学校学科建设的重要一环。虽然各大机器人赛事正如火如荼展开，但普遍以实验模拟型教学为主。这种以教师为主体、以模拟和再现现成机器人为教学目标的讲授教学法，即便在巩固学习者掌握机器人基本知识方面有一定优势，却不利于学生融会贯通各学科知识、培养学习机器人的兴趣。

融合STEAM教育理念的交互型教学模式强调学生的直接经验和亲身经历，鼓励学生积极参与到机器人教学过程中，结合各学科背景知识、综合性地设计交互型机器人，与机器人交流互动，激发其自主性，开拓解决问题的眼界和思路。

2.理论基础

无处不在的机器人在为我们提供优质服务的同时，也要求人类进一步提高驾驭机器人的能力。在《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》中，教育部提出“机器人技术对教育的影响日益明显，学校要探索跨学科融合的 STEAM 教育、创新思维训练的创客教育等新的教育模式，使学生具有较强的创新能力和信息素养”[1]。这种融合STEAM教育理念的机器人课程是通过项目式学习方式，让学生懂得在信息爆炸的时代综合运用所需、所学、所搜集的科学、技术、工程、艺术以及数学等学科知识，借助开源硬件、软件以及各种材料解决智能化时代的新问题。

趣味交互型教学模式是钟柏昌教授[2]针对我国中小学机器人教育中因过多采用讲授演示法和任务驱动法教学而导致的一系列问题，结合项目式教学法而提出的三种新型教学模式之一。这种趣味交互型教学模式是围绕机器人联机交互系统的设计与实现展开，并以开发有趣、好玩的机器人联机交互系统为主要任务的教学模式[3]。

3.融合STEAM教育理念的交互型机器人教学模式

融合STEAM教育理念的交互型机器人教学模型，其教学过程分为需求分析、方案设计、项目准备、方案实施、测试与调试以及分享与评价六个阶段，如图1所示。

①需求分析阶段：学生在任课教师引导下，开展对某一现实问题的讨论，明确项目主题，并进一步分析机器人所需要实现的主要功能有哪些。学生在教师的引领下，一起探究“现实中遇到的问题是什么？”“为什么会出现这一问题？”等问题。

②方案设计阶段：根据需求分析出的机器人需要实现的功能，确定交互方式和子系统功能，进而确定实现机器人输入、输出信号类型和内容，最后，再确定需要的传感器类型和输出设备类型。在此阶段，师生共同探究“怎么才能实现所需功能？”等问题。

③项目准备阶段：依据第二阶段方案设计的子系统功能，学生在教师带领下针对性地从科学、技术、工程、艺术、数学五个方面搜集、整理、巩固背景知识，为第四阶段方案的实施做好知识储备工作，实现STEAM教育理念的融合;依照方案设计阶段所确定的传感器和输出设备类型，准备好相应的材料和设备。这一阶段，尤其是知识准备方面，相比其他阶段，教师需要起到更多的帮助作用，帮助学生将旧的学科知识内容与新遇到的问题和需求联系起来，并由STEAM背景知识构筑新的、综合性的机器人知识。

④方案实施阶段：按照之前所设计的项目方案，在为项目做好充分的知识储备和材料准备后，学生自主完成程序的编写和硬件的搭建;教师从旁监督，并适时地给予指导。

⑤测试、调试阶段：在完成项目作品的雏形后，学生应反复多次地对其功能进行测试，若效果不如预期，可与教师及同学从硬件、软件两方面探讨和分析问题所在，在排除实施过程的失误因素后，针对性地调整设计方案，并观察效果。

⑥分享、评价阶段：学生在成功实现机器人的预期功能后，经过完善，将自己项目作品通过多种方式与他人分享、讨论、共同进步，并通过教师评价和学生互评等方式得到作品在实用性、创新性、趣味性、交互型、完整性等五方面的评价结果。

4.结语

通过融合STEAM教育理念，将科学、技术、工程、艺术以及数学等背景学科知识有机地融合到交互型机器人教学模式中，进而加强学生在面对实际问题时灵活运用各科知识的能力，使机器人成为学生认识和改造世界的一个平台。

参考文献：

[1] 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[J]. 山西电教，2015（3）：5-9.

[2] 钟柏昌. 中小学机器人教育的核心理论研究——机器人教学模式的新分类[J]. 电化教育研究，2016（12）：89-94.

[3] 钟柏昌，韩蕾. 中小学机器人教育的核心理论研究——论趣味交互型教学模式[J]. 电化教育研究，2018，v.39;No.305（09）：90-97.

作者简介：夏扬（1990—），男（汉族），重庆人，硕士研究生，助教，研究方向为计算机教育。

（作者单位：重庆工业职业技术学院）