基于Micro:bit开源硬件的创客课程设计研究

展鲲

关键词：机器人；创客教育；课程设计

中图分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2023）21-0159-03

1 相关概念界定

1.1 创客教育

就概念上来讲，学术领域关于创客教育的界定有着不同的理解。如杂志Make，其创始人就以经验学习对创客教育进行了定义，他认为这种教育的宗旨在于引导学生在学习过程中对创造力进行总结与发挥。

1.2 机器人教育

从概念上来讲，通常可以将机器人教育划分为两类，就广义上而言，张爽提出机器人教育是对机器人知识与技能的学习，并发挥机器人的辅助作用来掌握理论与实践知识[1]。根据这一理念，在教学中可以根据机器人的功能将其划分为几种形式，如管理类、学科类、辅助类等。

2 理论基础

2.1 建构主义学习理论

建构主义理论是由瑞士著名儿童心理学家皮亚杰提出的。建构主义认为，知识不是对已有现实的客观反映，学生对知识的理解是以学习者自身的学习经验为基础，通过参与具体的学习活动从而实现的。同时，建构主义强调学习不是教师简单地向学生传授知识的过程，而是学生建立自己知识的过程，在这个过程中，教师作为协助者，为学生搭建支架，促进学生对知识的构建，保证学习的顺利进行[2]。

2.2 TPACK教育理念

TPACK 是整合技术的学科教学知识的简称，是由美国学者 Kohler 和 Mishra 在 2005 年基于 PCK 的基础上提出的。

2.3 态势分析法

本文借助态势分析法在课程设计前先对试点学校的各项影响因素进行分析整理，从而更加直观地了解试点学校的实际情况，并在之后的课程开发中结合这些因素进行设计，确保设计出来的课程能更好地体现出学校的办学理念和文化[3]。

3 机器人教育领域国内研究现状

3.1 机器人教育领域国内发文量趋势

2002 年—2006 年间，机器人教育的发展表现出一定的滞后性，在教育领域中应用新型技术与方法需要一定的时间积累与沉淀。自 2014 年起，关于机器人教育的整体趋势有所上升，尤其是在被称作“AI 元年”的 2017 年，其文献发表数量猛增，这也非常符合时代发展的背景。

3.2 国内机器人教育关键词可视化分析

在 CiteSpace 软件中对摘要中的主要内容进行提取和分析，包括Term和Keyword，近 20 年来机器人教育研究中主要关注内容的可视化结果如图2所示。

按照节点在所有文献中出现的频率高低排序，依次为机器人教育（407）、机器人（168）、中小学（79）、机器人教学（44）、人工智能（43）、教育机器人（40）、创客教育（39）等。

4 创客教育国内研究现状

在全球范围内，关于创客教育的看法不尽相同。国外学者对创客教育的理解更多的是在于学生利用工具进行创造的培养[4]。

4.1 创客教育国内发文量趋势

2013年起，创客教育研究在国内开始真正兴起，截至今日，在教育领域中关于创客教育的探讨也在不断发酵。在本文研究中，笔者统计了相关文献及其类别，发现总计有超过3300 余篇主题关键词为“创客教育”的文献，这些文献在期刊文献中有 3000 余篇，其余则在报纸、硕博士论文以及国内外会议文献中有所涉及。

4.2 创客教育关键词可视化分析

在CiteSpace软件中对摘要中的主要内容进行提取和分析，包括Term和Keyword，图3是近十年来创客教育研究中主要关注内容的可视化结果。

5 传统创客课程构建模式分析

学校在开发课程的过程中会受到诸多因素的影响，如学校资金、师资力量、教学环境、学生兴趣等。为了更好地归纳出课程的开发模式，这里通过其影响因素将课程的开发模式归类为如下三种：

5.1 以满足学生需求为导向的课程开发模式

虽然这种模式理论上能促进学生的个性化发展，但在现实生活中较难实行，一方面，这种模式对学校的资金设备要求较高，另一方面，师资力量也是限制这种模式的一个关键因素。此外，不同年龄段的学生其知识和身心发展水平存在显著差异，这就造成老师们设计的教学目标大相径庭，针对低年级的学生主要培养他们的学习习惯和生活中兴趣的全方位发展，而针对高年级的学生则要训练他们的操作能力和初步的逻辑思维能力，不同的教学目标也让课程内容的开发受到诸多的限制。

5.2 以条件为导向的课程开发模式

这种模式从实际情况出发，更为踏实可行，但也存在诸多弊端。一方面，这种模式忽视了学生们是否对该课程感兴趣，所教内容学生能否掌握等问题，学生才是学习的主体，如果课程内容无法有效促进学生的全方面发展，这种课程自然是失败的。另一方面，开发者为了适应学校情况，突出学校特色，极有可能造成课程内容单一、教学方法死板等问题，这些都是影响课堂效率的不利因素。

5.3 以教学目标为导向的课程开发模式

这种模式优点较为明显，比如其避免了条件导向模式忽视学生学习兴趣这一问题，同时由于教学目标的确立本身就需要以学校条件为基础，也就解决了需求导向模式的弊病。但是这种模式也存在着一些问题，如在开发过程中容易因教学目标变化造成教师间的矛盾，若是课程内容难度设计不合理会打击学生们的学习积极性，影响课堂学习氛围。

6 机器人创客课程设计思路与模式的构建

6.1 機器人创客课程的设计思路应考虑多方面因素

课程的设计开发要结合多方面因素，要尽量做到周全。学生层面，课程内容的设计上要符合学生们的学习兴趣，同时在教学时要着重培养他们的学习习惯、自主学习能力以及团队合作能力等方面。教师层面，则要突出教师作为学习活动的组织者以及学生学习的引导者这一角色，确保课程的开发完成。因此，本文借助 SWOT 法对以上提及的满足学生需求、学校条件以及教学目标这三个导向进行具体分析，得出影响课程开发的各项因素，形成基于Micro：bit 的机器人创客课程设计的思路，如图4所示。

6.2 形成思路的基础上构建开发模式

课程具有一定的特殊性，其开发以学校为主要阵地，教师在课程开发中发挥主体作用，主要目的在于实现对学生的全方位培养。课程对于现阶段正在实行的教育内容和教育模式革新有着重大意义[5]。本文在目前存在的常用课程开发模式的基础上，基于此前利用态势分析法分析出的外部影响因素，形成了基于Micro：bit的机器人创客课程开发模式。

6.2.1 学习者特征分析

开发设计的课程的内容、教学策略设计以及采用的教学方法等都要符合教学对象的身心发展特点和智力发展水平，不得脱离学生实际发展水平实施教学，只有这样才能确保教学效果的最大化。因此，在课程开发前需要对教学目标群体的心智发展水平、认知结构等进行调查分析，在此基礎上选择教学内容并设计教学策略，从而确保课程的有效开展[6]。

6.2.2 设立教学目标

课程教学目标的设立是课程开发的重要环节，有了既定的目标，才能让接下来采取何种教学手段和呈现的教学内容有一个基本的方向。教学目标应该从知识与技能、过程与方法、情感和态度这三个维度设立，同时要注意制定的教学目标不得脱离现实，目标的确定要结合试点学校的教学理念[7]。

6.2.3 设计课程内容

课程的内容设计方面主要包括教学内容的选择以及选择教学内容的表现方式。设计出未来的课程内容要符合授课对象所处年龄段的身心发展特点，确保课程效果的最大化，此外不能偏离国家针对该年龄段的学生制定的课程标准。

6.2.4 课程的具体实施

这是课程开发环节的重中之重，是发挥课程教学功能的核心环节，课程的具体实施也就是努力实现教学目标的过程，各年龄段的学生根据自己的实际需求和学习爱好挑选适合自己参与的课程，任课教师结合学校硬件设施、师资力量等因素开展教学。

6.2.5 课程评价

课程评价包括学生对自己参与课程学习效果的评价、学生对授课教师的评价、听课教师对授课教师的评价、家长对授课教师的评价等。各方评价的结果应当相互流通，这样有助于多方建议相互融合，促进课程的发展。具体的评价结果也将会作为校方评估该课程的教育教学质量的重要指标，同时为本校积累课程开发的经验，为以后开设课程提供指导性意见，促进课程的不断发展和完善。

7 结束语

伴随着科技的日新月异，前沿技术正在逐渐与教育领域相融合，机器人教育作为近几年教育界的新星，也将会在未来的时间里继续蓬勃发展。目前，在各种新型技术的加持下，我国正在迈向教育信息化3.0 时代，国家对结合高新技术的教育将会越发重视，这自然也包括机器人教育在中小学教育中的推广普及，让所有义务教育阶段的学生都能够参与到机器人教育当中，感受先进技术带来的学习体验。可以预见，未来在机器人普遍走进中小学的过程中必然会存在着诸多的问题，这就向教育工作者们提出了更高的要求，在维持教学质量的基础上不断完善配套措施，让机器人教育的校园前景呈现一个可持续发展的趋势。