新課標理念下機器人校本課程教學策略

摘要：作者以《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》為引領，從跨學科主題活動的載體、課程內容結構關聯的紐帶、合作探究創新學習的抓手三個維度出發，探討了開設機器人校本課程的必要性，同時對機器人教學現狀做了具體分析，并提出以項目為載體的機器人校本課程教學策略：發展問題意識、想象能力、質疑能力，促進思維生成；注重傾聽表達、小組協作、多元評價，記錄思維痕跡；倡導真實情境、批判思維、深度交流，激活深度思維。

關鍵詞：新課標；機器人；校本課程；教學策略

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2024）01-0077-04

教育機器人融合了計算機、工程、電子等多種學科知識，是跨學科知識內容整合的集大成者，帶有開放性、綜合性、趣味性等特點，被越來越多的師生和家長所接受，校內校外開展機器人教育教學的相關活動屢見不鮮。但不管是何種形式的機器人教育教學，尤其是在校內開展的機器人教學，都要在教學實施中強化素養立意，與時俱進適應數字時代的發展變化，為培育和發展學生核心素養奠基。因此，本文以《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）為引領，探討新課標理念下機器人校本課程教學策略。

新課標理念下機器人教學的新思考

1.機器人可作為跨學科主題活動的載體

新課標倡導跨學科主題活動，在每個學段都明確設置了跨學科主題內容，旨在融合不同學科的知識與技能，從而提升學生的綜合素養和實踐能力。而機器人涉及信息科技、科學、數學等學科知識，是開展跨學科主題活動的絕佳載體。要想利用好這個載體不能只注重結果導向，過分強調機器人結構拼搭、程序編寫以及最后的功能實現，還要注重過程導向，如機器結構背后蘊藏的齒輪、杠桿等科學原理，程序編寫中蘊藏的算法思想等。

2.機器人可作為課程內容結構關聯的紐帶

新課標明確指出，義務教育階段信息科技課程以數據、算法、網絡、信息處理、信息安全、人工智能為六大邏輯主線。其中，算法和人工智能這兩條主線之間可以通過機器人建立起關聯紐帶。機器人是算法學習的載體，機器人拼搭、程序設計都會涉及算法學習，小學低段可以通過搭建簡易結構、設計簡單程序引導學生體驗算法，中高學段可以通過綜合任務分析、復雜程序設計學習算法等。機器人也是人工智能學習的載體，它能夠模擬、拓展和延伸人類智能，小學生可以在玩中學、做中學、創中學，從而認識、感受和體驗人工智能。

3.機器人可作為合作探究創新學習的抓手

教育機器人具有綜合性、開放性、趣味性等特點，是學生合作探究、創新學習的有力抓手，深受中小學生喜愛。其中，小學低段主要是認識、探究和體驗機器人，以個人自主探究學習為主；小學中高段主要是借助機器人解決學習和生活中的問題，問題是趨于真實的，往往也是較為復雜的，需要集思廣益、多人合作，以小組合作探究、任務式驅動為主，在合作學習和任務解決中可以提升學生的合作探究能力、數字化學習與創新能力。

新課標理念下機器人教學問題淺析

近年來，全國各地越來越多的學校開設了機器人課程，有的作為基礎必修課，有的作為拓展選修課，還有的作為競賽集訓課。筆者所在學校也以新課標為根本遵循，每周一下午社團活動時間開設機器人校本課程，教學內容來自校本自編教材，課程周期以學期為單位共5期，按照內容難易第1～5期分別為初級班（上、下）、中級班（上、下）、高級班，每期15次課，每次課80分鐘，每期2個平行班，每班30名左右學生，來自3～6年級，按照已有知識水平混合編班。此外，各級各類官方和非官方機器人賽事、校外機器人培訓機構也在一定程度上助推了機器人教育的快速普及。在普及過程中，有一種教學現象逐步開始顯現，就是把機器人教學簡單地視為技能培訓，以賽定教、追求速成、側重獎牌，這顯然和新課標的理念不符。因此，機器人教育理念需要不斷更新，機器人教學方法需要不斷優化，機器人教學模式需要不斷創新。

新課標倡導營造開放、自主、探究的學習氛圍，理念要從注重技能培養轉化為注重能力培養，從注重能力培養轉化為注重素養培養，因此，在機器人校本課程教學中要避免、克服和糾正以下問題傾向：①在機器人學習中，學生有時急于求成而不假思索。例如，在搭建機械結構的過程中過度依賴圖紙或者范例作品，導致思考和分析問題不深，經常停留在問題表面，缺乏進一步的思維碰撞，不利于發展計算思維。②在機器人教學實施中容易造成結果導向，特別是在以賽促學、追求獲獎的驅動下，師生往往更多地關注機器人的功能是否實現、任務是否成功，教師在教學過程中不重視、不關注過程性評價，更多關注和在意終結性評價，不利于發展學生的計算思維。③在機器人教學任務驅動下，學生結果導向明顯，在目標任務達成后，不愿整改和優化方案，不愿尋找解決問題的不同方法和路徑，不斷嘗試、反復論證、科學批判的精神不足，開放、深度的學習交流還不夠，不利于高階思維的養成。

新課標理念下機器人校本課程教學策略分析

新課標強調，教學中要系統設計學習活動，突出利用信息科技來解決學生生活和學習中的問題。因此，在教學實施中需要有效的載體、有力的抓手作為支撐。機器人作為跨學科主題活動的載體、信息科技課程內容結構關聯的紐帶、合作探究創新學習的抓手，尤其是本身兼具綜合性、整合性、開放性等特點，更加適合以項目為載體開展項目化學習，逐步從“小”任務驅動轉向“大”項目學習。學生在項目化學習中自主探究、合作學習，從而發展計算思維，培育信息科技學科核心素養。因此，新課標理念下機器人校本課程教學應以項目化教學為主導，教學策略結構如圖1所示。

1.促進思維生成的機器人項目化“深學定位”策略

新課標強調通過課程學習要讓學生具備解決問題的能力，發展計算思維。計算思維是學生的必備品格、關鍵能力，為促進計算思維的生成，機器人教學應著重在容易被忽視的問題意識、想象能力、質疑能力上使力。

（1）發展問題意識

問題是學習實踐的開始，有了問題才能產生解決問題的動力，才會促成思考、發展思維。在機器人項目活動中，教師應引導學生根據項目主題分析任務、分解任務、執行任務，在設計搭建、編程調試機器人時及時發現問題、歸納問題，幫助學生強化問題導向，促成深層次思考，形成問題解決方案。通過解決問題，不斷優化方案，培育學生“發現問題—分析問題—解決問題”的思維品質和學習習慣。

（2）發展想象能力

想象力對小學生來說至關重要。為了發展想象力，在機器人項目主題上教師應采用“全開放主題+半開放主題”的形式，課時比例遵循二八原則。半開放的形式是教師主導項目主題，提供必要的學習資源，學生圍繞主題設計、制作、改進機器人；全開放的形式是引導學生立足日常生活和學習需要，自主設計項目方案，鼓勵天馬行空式地設計智能機器人。

（3）發展質疑能力

質疑是思維碰撞的開始，機器人學習具有復雜性和挑戰性，而機器人項目實施活動是開放性的。因此，在設計制作過程中教師需要鼓勵學生破除心理障礙、大膽質疑，敢于對別人的設計方案、問題解決過程提出質疑，并通過動手搭建測試、計算機編程調試驗證自己的質疑。

例如，在機器人校本課程第1期第10課“機器人快遞員”中，通過創設情境確立“運送貨物”項目主題，活動流程如圖2所示。課堂教學以問題為線索，組織學生分析問題，如：“運送貨物”要解決哪些任務？怎么實現？為什么這樣做？還有沒有更好的辦法？在協作探究過程中引導學生先確定思路，然后設計方案，再進行機器人搭建、編寫程序代碼等實踐操作，最后通過調試修改、思考改進從而解決問題。學生通過猜測想象、協作探究、問題解決、質疑反思，自主完成項目并拓展項目。機器人快遞員不僅能把貨物從A地送到B，還能實現自動返回。整堂課不僅順利完成了機器人快遞員項目，還實現了遷移、拓展和鞏固解決問題的一般過程和方法。

2.記錄思維痕跡的機器人項目化“慧學在線”策略

（1）注重傾聽表達

在機器人項目活動中，特別是在學生協作學習的過程中，教師應有意識地幫助學生養成傾聽他人觀點、表達自己想法的習慣，提供一些表達范式，如“這個問題我是這樣想的……大家怎么看？”“你的觀點我不認同，我認為……”等，并使用活動情況反饋單記錄活動情況，活動反饋單中的內容包括遇到了哪些困難、是怎么解決的、我采納了同伴的哪些建議、同伴采納了我的哪些建議等。

（2）注重小組協作

教師按照項目大小和難易來確定小組規模，一般2～4人為宜，在小組協作下共同完成項目活動的設計與實施，使用評價量規記錄小組學習情況，評價維度包括成員的“參與程度”“任務分工”“協作程度”三個維度，每個維度均分為A、B、C、D四個等級，每個等級都有量化指標的具體行為描述，分別代表對應維度的不同量化程度。

（3）注重多元評價

機器人項目評價采用“自我+同伴+教師”評價相結合的辦法，評價維度包括“態度”“思維”“協作”“創新”四個維度，每個維度均有A、B、C、D四個等級，每個等級分別有具體的量化水平和具體行為描述，學生依據量表進行評價。

3.激活深度思維的機器人項目化“智學進階”策略

（1）倡導真實情境

在機器人項目活動實施過程中，可以通過器材道具、圖紙噴繪、場地布置等途徑，模擬再現真實的任務活動場景，以激發學生興趣，引發共鳴。在情境中引導學生設身處地地思考問題、研究問題，聯系生活經驗設計適當的方案解決問題。在解決問題的過程中，情境有助于將抽象的表述轉化為具象的體驗，有益于引發深層次的思維碰撞。

（2）倡導批判思維

機器人項目活動是開放性的，需要學生進行創造，活動過程可采用小組合作的方式展開。在實施過程中，教師應引導學生公正地評判他人的觀點，大膽提出自己的見解，闡述解決問題的優化方案，并借助計算機編程語言等工具，通過反復論證加以實現。

（3）倡導深度交流

每一個機器人項目的成功完成，都需要有一個比較成熟的解決方案，而每一個成熟的解決方案背后，必定要經歷不斷改進、反復優化的過程。在小組討論交流中，教師應努力將無序的爭吵轉化為有序的辯論，讓每一個觀點、想法都能得到表達，讓學生經過深入的交流、反復的對比后再進行取舍擇優。

例如，在機器人校本課程第2期第5課“機器人向導員”中，在學生學習轉彎的原理時，教師從學生生活經驗出發創設情境，用常見的自行車、汽車等轉彎做聯想和類比，引出問題：在場地圖A-B-C-D區域中，機器人向導員如何實現轉彎？隨后，教師組織學生充分討論交流，引導學生發散思考、提出假設，大膽批判、深度交流，最后通過現場機器人演示加以驗證，幫助學生認識和理解機器人并不能像生活中的小汽車一樣通過旋轉方向盤轉彎，而是通過控制左右兩側的輪子來實現轉彎，進而幫助學生歸納總結出多種不同的轉彎策略。具體策略如上表所示。

結束語

新課標理念下的機器人校本課程教育教學以實踐為教學主線，培養學生合作探究能力，力爭把課堂時間盡可能多地留給學生，讓學生在動手操作和活動體驗中學會分析、解決問題，并通過實踐掌握原理、得出結論，體現“科”與“技”并重；以方法為教學核心，提高學生思維水平，力爭以問題為主導，幫助學生思考提煉解決問題的方法，并將方法遷移應用到解決其他問題中，體現素養立意；以評價為教學抓手，夯實學生知識結構，主張強化過程性評價，用明確的評價量規進行教學反饋，以評促學，幫助學生通過評價及時地形成和完善知識體系，體現教學評一致性。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.義務教育信息科技課程標準（2022年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2022.

[2]劉朋飛.STEAM理念下機器人拓展性課程主題學習活動的設計與實施[J].中國教育信息化，2019（02）：39-42.

[3]劉朋飛，袁久婕，張婤.STEAM理念下小學生機器人項目式學習實踐研究[J].中國教育信息化，2021（14）：26-29.

作者簡介：劉朋飛，一級教師，碩士研究生，浙江省機器人競技活動優秀指導教師、杭州市教壇新秀、杭州市拱墅區運河名師。