VEX机器人教育课程体系及其现实启示

机器人教育作为STEM教育、人工智能教育和创客教育的重要内容和有效途径，对培养和提高学生的综合素质和核心素养具有重要意义。VEX机器人竞赛作为开展机器人教育的平台，由众多团体和大学科研机构联合设计开发了配套课程，强调机器人教育与STEM课程的整合，以工程问题为引领，应用多种教学方法、丰富的教学资源开展教学，注重学生综合能力的培养。本文通过分析VEX机器人教育的课程设置与教学策略，提出对我国中小学开展机器人教育的一些具体途径和措施。

一、VEX机器人教育的课程体系与教学模式

（一）VEX机器人教育课程的设计理念

VEX机器人教育课程注重通过工程设计激发和培养學生解决问题的能力，强调机器人教育与STEM教育的整合。机器人技术本身具有多学科整合的特性，在教学过程中，学生围绕工程设计问题，在设计、搭建、编程和完善机器人的过程中，学习和探索STEM领域，特别是机械结构、传动系统以及计算机编程等方面在解决实际问题时的应用能力，能够有效提高学生的STEM素养。

（二）VEX IQ 机器人教育的课程体系

VEX IQ课程有12个模块三个模块类型：A-C模块为基础类，以学习基础理论、控制和搭建机器人为主；D-H模块工程和机械类，以学习和应用工程设计、机械原理和装置为主；I-L模块为编程类，以学习和应用传感和编程的知识和技能为主。通过机器人的设计、搭建、编程和完善将各个课程模块串联在一起，前期以机械为主，后期侧重机器人编程，并在学习过程中穿插实践操作课程，各课程模块内容如表1所示，实际操作过程中，每个课程模块又具体分为多个课程单元。

（三）VEX机器人教学策略与模式

VEX机器人教育主要采用抛锚式教学策略，课程教学以工程设计问题为核心。在教学过程中，围绕具体的工程问题串联起机器人教育的相关知识，开展机器人教育教学活动。通过将“改变齿轮比”“提高代码的效率”等复杂的工程概念与机器人竞赛情境联系起来，具有较强的可实践操作性，不仅利于学生对知识的理解和应用，而且利于充分激发学生的创造力和积极性。在课程结束时需要完成机器人的设计和搭建，并分组进行模拟VEX机器人竞赛。与传统课程强调对学生对知识的建构相比，该课程可以有效提高学生的课堂参与度，充分激发学生的主动性和创造性，培养和锻炼学生的动手操作和实践能力。

课程主要采用PBL（Project Based Learning）教学模式。课程情境放置在机器人竞赛背景下，学生通过小组合作探究的学习方式，基于机器人竞赛的主题和项目，学习和探索机器人技术相关的STEM和计算机科学领域的知识和技能，并通过穿插在学习过程中的机器人设计和搭建项目，不断优化工程设计问题，有效培养和锻炼学生在团队精神、批判思维、项目管理、合作交流、冲突解决等各方面的能力，充分激发学生的潜能。在具体的教学过程中，则灵活选用多种教学模式，对于理解性的基础知识主要应用传授型教学模式，机器人搭建和操作等部分则主要应用自主活动型教学模式，对于较高层次的编程教学等非必要教学内容则主要利用微课视频，采用远程学习、翻转课堂、混合学习等模式。

VEX机器人教育课程运用了多种媒体和工具辅助课程的实施，除VEX机器人套件、ROBOTC等搭建和编程机器人所必需的工具和软件外，课程设计团队还将工程设计中常用的软件和技术应用于机器人教学中。学生通过学习和应用计算机辅助设计软件（CAD）进行机器人3D模型的设计，并利用3D打印技术将其应用于现实中，充分激发了学生的创造力。在机器人编程部分的课程中则主要利用RVW平台，以及卡耐基梅隆大学机器人学院、VEX机器人公司等课程研发组织提供的微课视频开展教学，打破了时间和空间的局限，还可以让学生根据个性化的学习需要自行选择相应的学习内容。

二、VEX机器人教育对我国机器人教育的启示

（一）推广教育类机器人竞赛，在竞赛背景下开展机器人教育

我国中小学机器人教育是在机器人竞赛的推动下逐步发展起来的，中小学生参与机器人竞赛多以竞赛为导向，即以培养学生参加机器人竞赛所需的知识和技能为主要教学任务，以使学生在机器人竞赛中取得良好成绩为教学目标。国外中小学则以机器人教育为导向，多将教育类机器人竞赛作为开展机器人教育的平台，利用其竞赛的背景和各类教育资源，服务于机器人教育，推动机器人教育的发展普及。教育类机器人竞赛已发展较为完善，在机器人竞赛背景下开展机器人教育有利于增加参赛学生的自我效能感，增强参赛学生的团队协作能力，激发学生的积极性激励学生挑战极限等。

（二）转变机器人教育理念，促进学生跨学科应用能力和核心素养的发展

我国基础教育课程强调学科本位、缺乏学科整合的意识，且在教学过程中重理论轻实践。中小学教师在开展机器人教育时，教育理念多受自身知识储备和传统课程的影响，集中在计算机编程、机械原理等某一领域，重视对学生基础知识的教授，缺乏对学生应用能力的培养，不能在宏观上培养学生的综合素质和核心素养。机器人教育的内容具有多学科交叉的特点，且注重考察学生的综合素质。国外中小学大多将机器人教育作为学科整合教育的途径，培养学生STEM素养和解决问题的能力，并通过开展机器人教育推动学生综合素质的提高。因此，应该充分认识到机器人教育促进学生跨学科应用能力发展的教育价值，将机器人教育作为工具和手段，培养学生的跨学科应用能力及综合素质，实现与中小学生核心素养相适应的教育目标。

（三）组建课程开发团队，完善机器人教育课程资源库

我国的机器人教育课程资源多为中小学自行开发的校本课程和课外兴趣辅导机构所推出的课程产品，课程资源的科学性、系统性得不到保证，且由于开发成本较高，多参考国外的课程资料，不能同我国中小学的实际情况相符合。国外中小学的机器人教育课程资源多与高校和课程研发组织共同设计开发，其课程资源较为系统、科学和丰富，并为教师开展中小学机器人教育提供了指导和帮助，能够与大学的相关专业和课程有效衔接。因此，集合高校专家、培训机构及中小学教师的力量，组建课程开发团队，设计开发科学系统的课程及必要资源，建立适用于多种教学媒体的优质课程资源库，为中小学开展机器人教育提供优质的课程资源，并根据教学实践的反馈和技术的发展不断更新和完善，将在很大程度上提高我国中小学机器人教育的在“质”和“量”上的提高。

（四）建立模块化的机器人教育课程体系

我国机器人教育未被独立纳入到中小学中，在各学段中均作为其他学科课程中的一个模块，缺乏完整的课程体系。有待于在宏观层面规划各学段机器人教育，建立相应的模块化课程体系，融入到中小学的学生培养中，促进中小学生核心素养的提高。

（五）灵活选择机器人教育的教学模式，充分利用多种教学媒体

中小学机器人教育强调问题或项目导向，对具体的教学模式和教学方法的选用关注较少。在教学媒体的应用上，多采用传统的课本、课件等教学媒体，微课等的应用较少；多采用实体机器人，教学的成本较高，许多中小学不具备大量引进实体机器人开展机器人普及教育的条件。机器人教育强调对学生工程设计能力、动手实践能力、创新能力等多方面综合素质的培养，在教学过程中很难使用某一种教学模式或教学方法。

（六）开展机器人教育师资认证，建设专业教师队伍

国外中小学机器人教育的教师多由大学相关专业的毕业生及通过在职培训的教师担任，并由卡耐基梅隆大学等高校和社会组织对从事中小学机器人教育的工作者提供专业系统的培训和师资认证，保证了师资队伍的专业性。目前，我国已有85所本科院校先后开设了机器人工程专业，在此基础上建立了机器人教育师范类专业，为中小学开展机器人教育培养专职教师，同时建立了我国机器人教育师资认证制度，并为在职教师提供系统的培训，将为我国中小学机器人教育提供专业化的师资保证。

（七）建立中小学机器人教育评价体系，引导其规范化科学化发展

于2015年推出的“全国青少年机器人技术等级考试标准”，适用于对青少年机器人综合技术素养的考评，对我国开展青少年科技教育与科普教育有着重要的指导意义。将来应建立更加健全的中小学机器人教育评价体系，以引导中小学机器人教育规范化科学化发展。