中国现代教育装备
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 期刊导读  
基于STEAM理论的中学机器人课程教学研究设计*
来源:《中国现代教育装备》杂志 时间:2019-9-26 14:48:45
  [导读]在项目式学习理论的指导下,采用基于STEAM理论的教学模式设计机器人教学活动,能更有效地实施机器人教育,并有利于推进高科技人才的培养及综合发展。

  一、研究背景

  STEAM是科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)、艺术(Arts)和数学(Mathematics)的英文单词的首字母,是多学科交叉融合的领域。STEAM一词来源于美国,被称为美国的“素质教育”,可以提高学生的总体竞争力,缓解就业压力。STEAM教育理论的发表和研究符合时代的发展,在21世纪被提升为一项针对K12的国家教育战略,其目的在于创新人才的培养。STEAM教育不仅仅是多门学科的叠加,更代表着一种跨学科的整合教育模式。而机器人教育作为跨学科教育的领头羊,正逐渐走进中小学课堂。2017年,由国务院发布的《新一代人工智能发展规划》,更是将中小学人工智能教育的重要性提升到一个新的高度。各级教育相关部门、学校和社会各界学者,也以不同的形式支持并开展有关机器人教育的活动。在机器人的实际教学过程中,教育工作者结合各种内容进行教学,使学生加强机器人技术的学习,促进多学科的知识学习。同时,通过学生自己的动手操作,培养其创新意识和能力[1]。由此可见,机器人教育符合STEAM教育理念,是基于这一理念的教学实践和探索。

  1.STEAM理论下的机器人教育

  国内对机器人教育缺乏系统性研究,特别是在一线教学过程中,存在许多问题与疑惑。因此,在STEAM教育的视角下看机器人教育问题变得十分有意义。

  2.核心特征

  STEAM 教育具备的核心特征有:体验性、情境性、跨学科性、趣味性、技术增强性、艺术性、实证性、协作性、设计性等[2],都能体现在机器人教育中。机器人教育是素质教育的载体,涉及领域范围广,涉及科学、技术、工程、数学和艺术等。它打破了各个学科之间的壁垒,强调跨学科内容的整合。机器人课堂以学生的兴趣为基础开展活动,符合学生的认知规律和特点,游戏化的课堂相较于传统课堂更具有趣味性;在搭建机器人的过程中,学生不仅要动手,还要积极开动脑筋思考,使自己沉浸在整个学习过程中。学生在体验课堂的过程中自然而然地了解并接受知识; 机器人课程把抽象、枯燥的理论转变为实际操作,使学生在真实情境下进行学习,解决实际问题;学生面对不同的问题进行分工与合作,在团队中互相启发,解决困难;机器人课堂环节包含设计作品,同时强调设计性与艺术性,将学习的结果外化,丰富学生的创造力。

  我国《教育信息化“十三五”规划》明确指出:“积极探索信息技术的应用,特别是在跨学科学习(STEAM 教育)教育模式中,要培养学生的创新意识,提升学生的综合素养、促进学生的全面成长。”基于 STEAM 教育理念开展中学机器人课程教学研究,能够给教师的教育研究提供一个新的视野,在“教师主导,学生主体”的支持下,充分拓展学生的知识广度,提升学生的综合素质,培养全面发展的人才。

  二、基于项目的学习模式

  三、基于STEAM理论的机器人课程教学设计

  四、以乐高EV3为例的中学机器人教育课程简介

  五、基于STEAM理论的EV3机器人教学活动设计案例

  六、结语

  科技推动教育,知识改变命运。随着智能教育机器人的不断更新换代,中小学生有了更多机会接触和学习机器人的相关技术和知识。在中小学的信息技术课堂以及社团活动中,越来越多地出现了机器人和编程的身影。本研究中所提及的丹麦乐高机器人(LEGO Mindstorms EV3),既是针对中小学生开发的学习型教育机器人代表,也是机器人行业与产品中的领头羊。针对这一产品所开发的校本课程,对于国内的中小学智能机器人教育的持续发展具有重大意义[7]。该课程的教学内容涉猎广泛,综合了多学科知识,趣味性高,实践性强。同时,课程结合了最新、最前沿的科学成果,将STEAM教育中提倡的素质教育也涵盖其中,值得大范围应用与推广。

  参考文献

  [1] 刘玮松,刘海东,焦晓武,等.中学机器人教育与STEAM教育融合探索[J].中国教育技术装备,2017(20):11-13.

  [2] 余胜泉,胡翔.STEM教育理念与跨学科整合模式[J].开放教育究,2015,21(4):13-22.

  [3] 刘景福,钟志贤.基于项目的学习(PBL)模式研究[J].外国教育研究,2002(11):18-22.

  [4] 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,2016,37(12):87-92.

  [5] 赵呈领,赵文君,蒋志辉.面向STEM教育的5E探究式教学模式设计[J].现代教育技术,2018,28(3):106-112.

  [6] 姚懿轩. 浅析乐高机器人对高中生信息素养培养的意义[J].电子世界,2018(3):62,64.

  [7] 李红波.中小学机器人教育问题及策略的研究[J].中国信息技术教育,2011(19):14-16.

丁方仪 蔡孟秋 陈曙光 湖南大学


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