STEM教育背景下的机器人教学模式探究

王源

摘 要：机器人课程是近些年被引入学校教育的一门课程，机器人教学能够让学生在操作过程中提高创新能力、合作能力和逻辑思维能力。文章结合STEM教育理念，分析机器人教学的意义與现状及机器人课程教学方法。

关键词：STEM教育；机器人教学；智能机器人；体验学习；探究学习

中图分类号：G623.58；TP242.6 文献标志码：A 文章编号：1008-3561（2018）31-0026-01

随着科技进步与社会发展，机器人教学已经开始在学校普及，这是提高学生创新能力、合作能力和逻辑思维能力的重要方式。机器人教学课程标准明确要求：学生要通过机器人学科的学习，掌握编程知识与机器人组装能力，提高动手操作能力及创新能力。机器人教学仍在起步阶段，有许多问题需要解决。本文主要对STEM教育背景下的机器人教学模式进行探讨。

一、STEM教育概述

STEM是科学、技术、工程、数学四门学科英文首字母的缩写。STEM教育源于美国，最初的目的是实现科学、技术、工程和数学的统一，以应用多种学科知识来共同解决问题。科学素养是STEM教育的重点，能够帮助学生认识客观规律，打好科学研究的基础；技术素养和工程素养能够帮助学生在尊重自然规律的基础上改造世界、解决遇到的难题；数学则是技术与工程学科的基础工具，不论是科学建模、科学推理，还是工程论证、技术研究，都需要数学素养的支持。

二、机器人教学的意义与现状

机器人教育是一门涉及机械、电子、计算机软硬件及人工智能等众多先进技术的综合性实践学科。机器人教学的初衷是让学生能够在了解机器人构造、功能、应用的基础上，完成机器人的设计、组装、编程及运行。机器人教育涉及很多先进技术和学科知识，能够提高学生的综合能力，包括分析问题、解决问题、逻辑思维等多种能力，为学生的创造能力、合作能力、动手能力提供了良好的实践平台。如今，越来越多的学校将机器人教学纳入课程之中，旨在通过机器人教学培养新时代高素质人才。

三、STEM教育背景下智能机器人教学策略

STEM四要素在机器人教学中皆有所体现，因此，机器人教学有着很高的应用价值。下面，从两个方面对STEM教育背景下智能机器人教学策略进行探讨。

1.引导学生进行体验式学习

在智能机器人教学中，教师要从学生的认知规律与发展角度出发，引导学生在观察的过程中完成对知识的理解和感悟。在学生的体验学习环节，教师应为学生设计具有趣味性、逻辑性的活动，让学生在情境中学习与反思，更好地掌握知识和技能。首先，教师要创设合适的教学情境，提出相关问题，让学生带着问题进入体验环节。其次，要指导学生利用教师准备的工具与资源完成教师设计的活动。要让学生通过观察与反思，发掘对后续学习有价值的资源与信息，并将之前观察所获得的知识转化为新的观点，在脑海中生成对新知的理解。例如，在教学“FLL机器人前进、爬坡、摘取果实”时，教师可以让学生先通过观察分析FLL机器人在爬坡过程中需要完成几个任务，如何才能用时最短。然后，教师可以让学生先尝试进行流程图设计，之后通过测试与分析找出问题，调整方案，提高机器人运行效率。在体验式学习过程中，学生的科学素养、技术素养、工程素养、数学素养能够得到有效的锻炼。

2.指导学生进行探究式学习

以设计竞速小车为例进行说明。首先，教师应分析学生的特征。学生年龄较小，抽象思维较弱，有时课堂注意力不集中，但对未知的事物有着浓厚的探索欲望。在课前导学案中，学生已经了解小车的传动方式，也在课前使用乐高材料拼接过小汽车。因此，教师不妨在课堂教学中先播放赛车的比赛视频，让学生加入赛车的讨论之中，并提出“你们知道最快的赛车速度能达到多少吗”等问题激发学生的探究兴趣。之后，为了确保学生能够顺利设计出合理的竞速小车，教师可以提出“机械设备为什么能够实现速度变化”等问题引导学生探究。通过分析与探究，学生能够了解到“是因为机械设备有齿轮、滑轮以及动能支持”。此时，教师要让学生了解齿轮的传动形式与特点，让学生明白机器人运动和加速的原理。在学生的探究过程中，教师要帮助学生结合实践更好地理解书本上的理论知识。最后，教师应为学生准备充足的实践工具，让学生在实践的过程中掌握齿轮传动的规律。要引导学生通过合作完成竞速小车的设计，并通过检验了解小车设计的不足问题，在小组合作探究中找出问题的解决方法，从而培养学生的动手操作能力和创新能力。

综上所述，在学习机器人知识的过程中，学生通过数据搜集、探索发现、关注问题、推理筛选，掌握了正确的学习方法，提高了自身的科学素养、技术素养、工程素养、数学素养。这些素养与能力，将为学生今后的成长提供重要的帮助。STEM的应用实现了设计与艺术的融合，能够为学生的作品赋予更具个性的生命力。因此，教师应当深入研究STEM教育，将其作为机器人教学的核心，这对提高学生创新意识、设计能力、艺术素养有着重要的促进作用。

参考文献：

[1]韩语嫣.小学机器人课程教学策略探究[J].小学科学，2018（01）.

[2]王伟，冯鲜.机器人教学中培养学生创新、实践能力的方式探索[J].现代职业教育，2018（01）.

[3]秦换鱼.STEM理念下的简易机器人教学研究[J].中国信息技术教育，2016（09）.