STEAM教育理念下初中机器人课程教学模式

马淑兰

【摘要】    从上世纪迄今，至今短短的十几年的時间，智能机器人课堂教学以其不同寻常的内容特性迅速发展趋势起来，并在全世界范畴内刮起了一股智能机器人课堂教学的浪潮。STEM教学理念作为当今国际上颇具知名度的教育思想之一，也是我国近年来探寻信息技术推动各学科课堂教学内容、模式转型的重要方向之一。伴随着信息技术教育课程与教材内容改革创新的不断深入，以及人工智能技术的迅速发展，在中小学教育中融合STEM等新颖教学理念的机器人学科教育刻不容缓。

【关键词】    初中机器人教育    自主创新教学    教学措施

引言：

伴随着时代的发展和进步，创新意识和自主创新能力早已变成决定一个国家发展和前进的主要因素，这就要求当代的青年志士应有高度的创新精神和自主创新能力。因此在初中机器人课堂教学中，应该高度重视学生思维和实际操作能力的开发，通过自主创新教育理念和教学策略充分培养学生的创新思维能力，将学生培养成时代所需要的自主创新实践型人才，文章重点研究初中机器人自主创新课堂教学的开展策略。

一、STEAM教学理念与金字塔学习理论

2008年专家学者YaKman在STEM教学理念基础上增加了造型艺术（Art）元素，由此形成了更加系统的STEAM理念。研究人员运用不一样的学习的方法来测算两个星期后学生对学习内容的记忆力程度。

金字塔学习是一种被动学习，较低的一部分是主动学习，与本人学习或处于被动学习相比，学习效率较高。主动学习和参加式学习比传统式的学习方法更有效。金字塔式学习基础理论表明，中学生的主动学习能够明显提升学生的学习效果。

教师应研究下列课题：在当下缓解压力、提高素质的情况下，怎样根据金字塔学习理论提升教师个人行为，提高学生的学习效率。

二、STEAM教学理念下机器人教育各国现状

在机器人教育领域，发展处于前面的国家中，欧美国家以美国、波兰和俄罗斯为代表，东亚地区以日本、韩和马来西亚为代表。

海外的智能机器人教育技术性技术领先在我国的教育，国外的STEAM教育理念最初是由美国政府部门明确提出的教育倡导，为加强美国K12相关科研、技术性、工程项目、造型艺术及其数学课的教育。

STEAM教育国外的重要性不逊于在我国的品德教育教育，在国外绝大多数中小学校都设立了STEAM教育的经费预算，在2015年，美政府专项拨款2.4亿用于推广STEAM教育的发展。

在短短的几年内，机器人教育培训机构如雨后春笋般陆续创立，市场量体已经达到了千亿级别，在中国教育自主创新政策支持与机器人概念比赛的情况下，展示出慢慢升高的发展趋向。

尽管在我国发展比较晚，但伴随着消费能力的以及有关比赛的盛行，机器人文化教育近几年来在我国快速地发展起来。

从国务院的宏观经济教育政策法规具体指导方面上也明确指出：即日起，从幼儿教育，初中学科，到高校学院，全都逐渐增加人工智能课程，建设全国各地人才队伍。

从中国的机器人足球比赛、机器人救火比赛到国际上的机器人奥林匹克运动会、FLL机器人世界锦标赛、VEX机器人世界锦标赛等项目上面都能够看得出全球赛事对青少年儿童的培养的决心。而在我国青少年儿童不断在国际比赛上获得荣誉称号和奖项则证实了我国对机器人教育的高度重视。

三、STEAM教学理念

STEAM教育是提倡学科学（Science）、技术性（Technology）、工程项目（Engineering）、造型艺术（Art）、数学课（Mathematics）这五个综合应用能力的融合。STEAM文化教育可用学生以课程结合的方法掌握了解全球，以综合自主创新的方式改造世界，鼓励孩子解决问题的自主创新能力。

STEAM教育具备新的主要特点：学科交叉性、参与性、情景性、团队协作性、设计性、艺术性。STEAM有别于传统式的单课程内容、重教材专业知识的教育方法，它是一种重社会实践活动的超课程教育核心理念。任何事情取得成功都不仅依靠某一种能力的体现，而是必须介于多种多样的能力之间，例如科技电子设备的修建过程中，不但需要科技创新，应用高新科技方式产品创新作用，还必须好看的外观设计，也就是造型艺术等层面的综合性才可以，因此单一技能的应用早已没法支撑未来优秀人才的发展。让小朋友们亲自动手完成他们感兴趣的，而且和他们日常生活有关的项目，从这个过程中了解到各种各样课程及跨学科的专业知识，让他们变成综合性的优秀人才。

四、STEAM教学理念下机器人课程教学的对策和方法

4.1激起中学機器人课程兴趣，培养创新意识

兴趣爱好是影响学生学习效率的第一因素，拥有了兴趣才会出现学习探究的动力，怎样激起学生学习兴趣是每一个教师值得关心的问题，使学生想要积极主动地去思索和学习，对教学书评的提升具备十分深远的意义。

因而在实际的课堂教学开始时，大家必须让学生掌握到究竟什么是机器人、机器人种类和主要用途有哪些、现阶段的发展现状是如何的、将来的发展趋势是什么呢，让学生对机器人有一个更全名、更科学的了解，而不是只滞留在卡通片、影片里的“变形金刚”，同时为进一步学习机器人技术的相关知识奠定基础。

4.2中学机器人课程独立研究，培养创新思维

除了引起学生的学习兴趣，老师还应当在教学课堂中关键培养学生的主动性、自觉性，正确对待学生提出异议。而且积极地去研究问题。

首先教师应该通过信息化教学设备向学生详细介绍经典的教学案例，促使学生可以充分地了解和掌握机器人的原理。其次，在学生掌握了基本的原理之后，教师应该更改教学方法，不会再向学生呈现详细的作品，防止学生一味地效仿。教师能够拟订机器人将要完成的作用，接着让学生自身去思索，要想完成这类作用，实际需要什么机械零部件、磁感应器件和姿势器件，学生可以以兴趣小组为企业，于工作组同学们一同讨论计划方案，最终向教师提交一份可行的计划方案。

例如，教师制订作用——可以走动的机器人，那麼可以将机器人设计方案成用“脚”行走的机器人，还能够用坦克的“履带”协助机器人走动，还能够在机器人底部装上“车轮子”这种。只不过一个比较简单的设置，就可以造成这么多的脑洞，因而教师应当为学生预埋充足的思索室内空间，让学生能够充分利用本身的想象力去设计方案出独一无二的机器人。

最终，教师要在课堂上正确引导学生认真地发觉有实际意义的难题，正确引导学生依照恰当的思路去解决困难。除此之外，教师还要激励学生胆大提出异议，使学生能够对事儿始终保持积极身心健康的“猜疑”心理状态，而不是一味遵从教师的安排。

比如，教师可以故意在课堂上讲出不正确的方案，随后让学生来找到错误点，对更快找到错误的同学给予一定的奖赏。

4.3勤奋实践，提升自主创新能力

俗话说得好：“实践是检验真知的唯一标准”，当学生形成了创新意识，教师就应该让学生将自主创新的点子投入到实践活动之中，让学生可以在实践的过程中持续观察问题、独立思考、寻找问题的解决办法，只有让学生能够合理地将理论与实践结合在一起，才可以真实提高学生的自主创新能力。

例如，老师以“机器人避开阻碍物”为主题风格开展机器人科技创新试验主题活动，学生依据实践活动就能充足掌握到一开始设计方案的机器人在遇到阻拦物以后一直后退，只有通过有效地调节才可以让机器人在遇到阻碍后并不是倒退而是稍微转弯再继续前行;又或是学生能够在实践活动中让机器人懂得灵敏地避开好几个阻碍物;又或是学生能够设计功能，让机器人在取得成功避开阻碍物之后，用发出声响或是转圈圈的形式来展示自己取得的成功。

在“机器人躲避障碍物”的题目刚提出时，许多学生并不可以一瞬间就想到这么多有意思的点子，而是在实践过程中通过认真地思考和研究，才可以展现出新的设计灵感，因此机器人实践活动对学生自主创新能力的提升具备非常重要的意义。

除了在日常教学课堂中，让学生多多的地参与机器人实践活动之外，老师还可以让学生去参加可靠的机器人赛事，一方面机器人比赛的赛事设计风格十分有趣，同时方案设计的要求不受到限制，因此学生能够通过各种各样的渠道来完成机器人赛事的各类要求，真正的赛事可以给予学生正向的压力，促使学生可以百分之百投入到赛事之中，是一种激发学生想象力的方法。

另外在比赛的过程中，学生必须先将赛事的主题和规则转换为具体的技术问题，随后对每一个技术问题很有可能产生的结果做出多种多样的假象和预测，随后在保证机器人能够平稳运作的基础上，设计出行之有效的方案，最终根据团队的通力协作将创意转换为实际的机器人，整个过程对学生的理论基础知识、动手能力和创新思维能力都是有非常高的要求。

因此，机器人比赛对学生而言，是难能可贵的锻炼平台，教师应该积极地鼓励学生参与到比赛之中，另外从多个层面给予学生充足的协助，促使学生能够向着取得成功的方向大步迈进。

五、结束语

当今我国中学机器人课堂教学十分乏力，为了更好地推动中学机器人课堂教学，向科技文化强国迈进，教育者要意识到机器人课程引入初中课堂教学的重要性。

本科学研究试着将STEAM文化教育与中学机器人课堂教学紧密结合，搭建出STEAM核心理念下机器人课堂教学的方式，并在天津外国语大学附属滨海外国语学校开展了教育实践活动，发现此課程内容不但提高了学生对机器人科学研究的认知度，更提升了学生的想象力、创造力、动手能力和协作探究的能力。

这对学生创新思维能力的开发设计具有十分关键的实际意义;另一方面，在尝试的过程中也发生了一些新的问题，例如课题设计，教师要思考怎样能够更好地设计教学，可以让学生能够更好地进行探索和实践活动，基于发现诸多问题;还必须进行大量的理论基础研究与实践活动研究，来解决学生在具体学习和实践过程中发生的问题。

参  考  文  献

[1]迟旭，李花，费继友.基于改进A*算法与动态窗口法融合的机器人随机避障方法研究[J].仪器仪表学报，1-9.

[2]王昱，吴向东，施长城，张佳楫，李娜，马冶浩，陶亮，唐敏，左国坤.基于力跟踪的上肢康复机器人系统中视觉与触觉反馈融合技术研究[J].中国康复理论与实践，2021，（04）：478-486.