中小学机器人教育现状研究

李春艳

摘   要：机器人教育具有无可比拟的教育价值和发展前景，但我国中小学机器人教育仍未成熟。通过调查发现，中小学机器人教育在教学目标、教学内容、教学方法、教学组织形式、教学评价等方面仍有提升空间。可从机器人硬件选择、师资队伍培养、机器人教材开发、机器人教育评价标准、教学方法选用等方面着手，提升中小学机器人教育效果。

关键词：机器人教育;机器人教学;机器人课程

中图分类号：G434    文献标识码：A    文章编号：1009-010X（2022）12-0004-03

一、中小学机器人教育的重要性

随着计算机网络、人工智能等技术的不断发展，机器人教育逐渐成为社会各界关注的重点，并且也走进了中小学校。2017年，教育部印发《中小学生综合实践活动课程指导纲要》明确规定：从小学三年级开始要在综合实践活动课程中开设包括趣味编程入门、开源机器人初步体验等在内的计算机教育课程。所谓机器人教育，是指以机器人的相关知识和技能为教学内容而开展的教学活动。机器人教育需要在“做”中“学”，以有效培养学生的动手能力和实践能力。完成机器人需要从设计到组装、从编程到调试，这一过程有助于提高学生分析问题、解决问题的能力和创新能力。机器人教育一般采用小组合作形式，成员之间密切配合，通过讨论和反复尝试，合作解决问题，这个过程可以提高学生的团队协作能力。因此，机器人教育对于提升学生的综合素养具有重要意义。

二、中小学机器人教育的现状

（一）教学目标方面

目标是人们对活动结果的一种设想，教学目标对教学活动有着重要的引导、激励和评价作用。从教学目标定位角度来看，多数教师认可机器人教育可以提高学生的动手能力、解决问题的能力、合作和交流能力、創新能力，部分教师还认可机器人教育可培养学生的计算思维能力。由此可以看出，大多数教师已认识到机器人教育的价值和目标，但对于教学目标达成度来说，调查结果表明：动手能力、合作交流能力培养维度的目标达成度较高，解决问题能力和计算思维能力培养两个维度的目标达成度为50%，而创新能力培养的目标达成度较低。由此可以看出，虽然大多数教师已认识到机器人教育的价值和目标，但各维度的目标达成度差异较大，这和教师采用的教学方法、教学评价有一定的关系。

（二）教学内容方面

教学内容是实现教学目标、培养人才的基本保证。对于教师来说，教学内容的具体载体是课程标准和教材。伹调查发现，所有教师都没有机器人教育的课程标准，而在教材方面，一部分教师使用的教材是自己从网络平台上挑选购买的，具有较强的主观性和随意性;一部分教师在教学中只使用机器人搭建的使用说明书。与此同时，教师对于书籍和使用说明书中的内容，多数是直接照搬，没有进行二次加工，未针对不同年龄段的学习对象进行内容上的设计，导致了教学内容与学生认知发展不相符，以及与学生日常生活联系不紧密等问题。在具体的内容设置上，大部分教师都是围绕熟悉机器人硬件、掌握机器人编程、机器人实例制作这三个模块进行教学，而对机器人基础知识的普及、机器人运动原理涉及较少。教材是教师在传授知识时的重要参考，对机器人教育有着至关重要的作用，所以，在中小学普及机器人教育，教材是急需解决的首要问题。

（三）教学方法方面

在进行机器人教学中，大多数教师基本采用讲练结合法和任务驱动法。讲练结合法主要是教师在讲解演示制作步骤之后，由学生完成预定机器人的制作;任务驱动法主要是模仿和再现一些科技作品。由于机器人教育是以学生动手操作为主，上述两种方法可为学生实践提供机会，但也存在重模仿轻创造、重基础轻设计的问题，不能更好地培养学生的计算思维能力，让机器人教育变成简单的技能操作，从而让创新能力的培养流于表面，这也是导致机器人教学目标达成度不高的原因之一。当前，项目教学法被很多教师运用到机器人教育中，因为其需要学生合作设计、构造、编写程序来操控机器人作品，但在笔者的调查中发现，还有部分教师尚未采用项目教学法，主要原因是教师对自己独立完成机器人作品的不确定以及项目教学法使用不熟练。

（四）教学组织形式方面

机器人教育主要有两种形式：一是常规课堂，将机器人作为独立课程或作为信息技术课、综合实践课的组成部分;二是社团活动，从学校中挑选出部分学生，组成机器人社团，每周组织一至两次社团活动课，以机器人竞赛为主。通过调查发现，几乎所有学校机器人教育的开展都是以社团形式进行的，常规课堂中机器人教育所占比例较少，主要原因是机器人设备短缺和师资力量不足。

（五）教学评价方面

评价是为了更好地促进教与学。过程性评价是在教学过程中进行的，可以调节教学活动。调查发现，机器人教育的过程性评价主要依靠的是课堂提问，不注重其他过程性评价方式。总结性评价可以检验学生是否达到了教学目标的要求，大多数教师都以获奖情况、获奖级别、获奖等级作为评价标准，也有部分教师会对机器人成品进行评价，但没有评价标准，只凭教师的主观标准来确定作品的等级。

三、提升中小学机器人教育效果的建议

（一）因地制宜，灵活选用机器人硬件

从表面上看，无法普及和发展机器人教育的原因之一是机器人设备的缺乏。但随着机器人产品的不断丰富，一些机器人品牌的价格已经有所下降。对于经济条件较好的学校来说，可以根据自己学校特色选择相应的机器人硬件;对于经费不够充裕的学校来说，开源机器人Arduino是较好的选择，价格便宜，且无需建设专门的机器人实验室，利用现有机房即可。

（二）加强机器人师资队伍的培养

师资力量是制约机器人教育发展的关键因素，因此，普及推广机器人教育，需提升一线教师的专业素养。教师要具备一定的教育教学知识与能力，能够操作示范，明确其中的原理与思维方式，最重要的是要具备一定的创新精神和创新能力。具体来说，可从以下几个方面着手培养教师的专业素养：一是加强相关专业师范生的培养。一些师范院校中的教育技术、信息技术、科学教师专业须将机器人课程纳入培养方案，课程评价注重实操和创新能力，同时在教育见习、实习和研习活动中，为学生提供观摩真实中小学机器人教学课堂的机会，储备经验。二是要通过定期培训来培养在职教师机器人教学能力，学校可从校外聘请机器人领域的专业人员和专业教师进校做讲座报告，也可以派教师前往一些机器人教育开展得好的地区、学校参观学习。三是引进师资，组建机器人教师教研共同体。学校可以引进校外机器人教育机构的培训教师、高校教师、高校相关专业师范生进入中小学课堂，让中小学教师与校外机构教师、高校教师、高校师范生进行深度交流，共同教研，组成教师学习共同体，这样既可解决机器人教师缺乏的问题，又可促进机器人教师整体水平的提升。C3B2E618-AFB3-4C8F-9A69-326244AE75BE

（三）合力开发机器人教材

在中小学，普及机器人教育，教材是急需解决的问题，因此，要积极开发地方或校本教材。可以借鉴 “产政学合作”的经验，即政府、企业、学校三方加强合作开发机器人教材，政府负责统筹，教育机器人公司人员、中小学机器人教师、高校教育类教师和机器人相关专业教师共同参与课程设计，开发出符合中小学生的机器人教育内容，使教材真正满足教与学的需要。在编制教材时应根据不同年龄阶段学生的心理和认知发展规律，内容要贴近学生生活实际，并且学段之间要衔接顺畅。

（四）构建机器人教育评价标准

过程性评价注重对学生在机器人课程学习过程中做出评价，除口头提问之外，也可以采用学生反思单、作品进度汇报、个人评价表等方式来进行过程性进度汇报。无论是学习反思单、个人评价表，还是作品评价，都要制定详细、可操作的评价标准，也可以让学生参与评价标准的制定。评价标准维度的确定，要以教学目标的维度为依据，既要考查学生的动手能力、合作沟通能力，又要考查學生的创新能力。从评价主体方面来看，既要有教师评价，又要增加自评和小组互评。

（五）灵活选择教学方法

教师应当充分考虑学生特征，灵活选择教学方法。如果学生是刚开始接触机器人，教师可以适当地使用讲练结合的方式，如果学生已经对机器人的基本操作有一定的了解，教师则需弱化自己在机器人教学中的地位，要突出学生的主体地位，可以使用项目教学等方法，培养学生问题解决能力和思维创造能力。随着信息技术与教育教学的深度融合，教师可以充分利用网络学习资源，如微课、翻转课堂等，把基础知识的学习和掌握放在课堂之外，课堂上给学生预留出动手实践、自主发展的时间，更好地完成课堂任务。

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