基于创客教育理念的农村中小学机器人教学研究

随着课程改革的推进与深化，科技教育在学校教育中的功效逐渐凸显。白银区武川新村学校在科技教育实践中，将创客教育理念同学校机器人教学进行深度融合，尝试将创客教育理念融入学校机器人课程教学体系。基于创客教育理念的机器人教学，集信息技术中的传感技术、计算机技术和通信技术为一身，综合了众多领域的科学和技术知识。学生在学习机器人的过程中，可以充分培养其动手能力、创新能力、综合能力和协作能力。机器人课程的开设给科技教学带来新的活力，学生学习机器人过程，也是学校开展科技教育的最有效途径之一，机器人将会成为培养青少年能力与素质的智能平台。但许多科技教师在接触机器人课堂制作后，往往会感到茫然或无从下手，鉴于此，《创客机器人》教学项目研究，着力解决机器人教学中遇到的问题。

一、研究本质特征 明确教学流程

创客机器人教学是一种创新性的素养教育，是将“创客文化”与“基于创客教育理念的中小学机器人教学研究”进行有机整合，“创客”引申之意是从自己的爱好出发将创意变为现实，因此“创客机器人”教学是一种源于学生爱好，引导学生动手实践的教学方式，通过让学生自主完成某个项目进而获得学问，从而提高学生的制造思维与制造能力[1]。

机器人课堂要教什么，怎么教往往是困扰许多老师的一个问题，实际上，机器人课堂教学和文化课程教学一样，也需要教师认真的思考每节课的教学内容，制定教学目标，教学重难点，教学方法和学情分析等常规的教学环节。教师不仅要提前备课，还要同时要备“机器人制作”，备“机器人编程”，因为教师在教学生制作机器人前，自己必须对所制作的机器人了如指掌，教师只有对每个零件的安装，每个程序的编写准确掌握的前提下，才能顺利指导学生的制作过程，同时，在整个机器人的教学过程中，学生对机器人学习的深入程度和学生的生活经验关系密切，学生在课堂制作、编程、调试机器人的过程，也是学生体验科学实验的一个完整过程。

教学中会遇到以下问题：一是课程内容可能不够吸引学生的兴趣，教学目标可能不够明确或难以达成，教学活动可能未能有效覆盖所有学习目标。二是学生可能在课堂上不够积极或参与度低，部分学生可能因为个人问题而缺乏学习动力。三是教学资源可能不足或分配不均，数字资源和技术工具可能未能充分利用。四是学生之间的能力差异可能导致教学难以满足每个人的需求，不同学习风格的学生可能需要不同的教学方法。五是评估方法可能不够全面或不能准确反映学生的学习情况，反馈可能不够及时或具有指导性[2]。

具体对策：

1.针对可能由于课程内容与学生实际生活脱节，或教学目标过于抽象问题，要更新课程内容，确保与学生经验和兴趣相关联；明确具体可衡量的教学目标。

2.针对学生可能对课程内容不感兴趣，或课堂活动缺乏互动性问题，要设计更多互动和参与性强的活动；运用多样化教学方法以适应不同学习风格，如使用投票、问答软件等技术工具激发学生的即时参与。

3.针对资源可能分配不均或未能充分利用现有资源问题，要公平分配资源，探索开源教育工具和平台；提高教师和学生对现有资源的利用效率，如开放课程和教育工具，弥补资源不足。

4.针对学生能力水平和学习风格差异导致一刀切的教学方法不适用问题，要实施差异化教学，提供个性化的学习路径和支持。

5. 针对评估方法可能单一，反馈可能不及时或不具体问题，要采用多元化评估方法，包括自评、互评等；提供及时、具体、建设性的反馈。

在项目研究中，我们通过培训，运用数字技术，引导教师充分把握这个过程，掌控每一个教学环节，在教学过程中适当启发学生，顺利完成课堂教学的重难点。教师在教学中把自己设计的任务和教学情境反复的对比，找个别差异学生问问他们的感受，进行课堂教学前对学生进行摸底，进行提前的学情分析，观察学生活动情况，了解学生在学习机器人时遇到的问题和障碍，然后确定教学目标、教学策略和实施方法，结合课堂教学完成一堂课的教学评价和教学反思，形成完整的教学流程[3]。

二、探究教学模式 鼓励学生实践

机器人教学是指通过对机器人进行组装、搭建及运行从而培育学生综合力气的一种教学方式。是多学科技术(如：机械原理技术、电子传感技术、人工智能技术)的有机融合。学校机器人教学的教学目标有三点：一是让同学能够简洁了解一些关于机器人软硬件结构学问；二是让同学在亲自拼装中了解机器人的程序设计与编写，利于将来可自主开发不同功能的机器人；三是使同学在机器人学问的学习过程中期望对人工智能产生爱好，熟识机器人的不凡作用。机器人教学对学生的全面发展有着极为重要的作用。在项目研究中，充分利用“做中学”的教学模式鼓励学生开展“试-想-练”的机器人教学实践。

机器人制作一门实践性很强的学科，需要鼓励学生多动手，多动脑。因此在教学实践中教师要充分调动学生制作机器人的积极性，在课堂教学中充分发挥“做中学”的优势，每节课开始教师可以布置给学生一个具体的任务，以任务为驱动，和学生一起讨论可能遇到的问题，然后学生主动的去完成任务，老师在教学过程中加强小组指导，给学生出主意、激励学生、组织学生，制作任务完成后还要进行交流和分享。然后再请同学一起总结在制作或编程过程中遇到的问题[4]。

教学中会遇到以下问题：一是课堂纪律可能影响教学和学习效果，时间管理和教学节奏可能需要调整。二是学生可能缺乏内在动机去深入学习，学生的情感态度可能影响他们的学习态度和行为。三是家长和教师之间可能缺乏有效的沟通渠道，家长可能对学校的教学方法和课程内容了解不足，家校教育没有合力。

具体对策

1.针对课堂规则不明确或执行不力，时间管理不当问题，要明确课堂规则并一致执行；合理规划课堂时间，确保每个环节都有足够的时间。具体措施是明确课堂规则：制定并公示课堂规则，确保所有学生都清楚期望的行为。时间管理技巧：使用计时器、时间表等工具，优化课堂时间分配。

2.针对学生可能缺乏学习动机，或对某些课程内容感到挫败问题，要通过相关和有趣的内容提高学习动机；鼓励学生，建立积极的学习环境。具体措施是增强学习相关性：展示学习内容与学生未来目标的联系。建立正面激励：使用奖励和认可系统来增强学生的积极行为和成就。

3.针对家校沟通渠道不畅或信息传递不充分问题，要建立有效的沟通机制，如定期家长会、通讯简报等。具体措施是通过家长会、通讯和应用程序更新等方式，保持与家长的定期沟通。邀请家长参与学校活动，如工作坊和展览会，形成有效的家校协作模式。

学生由于受到制作的任务驱动，积极性很高，思维活跃，学习效率提高。教学过程中鼓励学生多多思考并实践自己的想法，所以当学生询问是否能换一种做法时，教师要鼓励他们“试一试”；当学生一筹莫展时，教师要与他们一起探讨任务的要求，换一个思路“想一想”；当学生踌躇满志胜利在握时，教师抓住时机激励学生是否再做改进“练一练”，通过一段时间辅导小学生机器人社团，利用数字技术开展“做中学”的教学后，学生的实践能力和创新能力得到了明显提高。

三、结合场地比赛 练就学生技能

程序是每一个学生制作机器人的灵魂，对于初学程序设计的小学生来说兴趣是学习的动力，而利用以往的信息技术课程，程序设计媒介很难使初学者看到程序设计应用的效果、体验成功的乐趣，这是目前程序设计教学中经常出现困扰的原因。我们在常年组织学生参加省、市以及全国青少年机器人的过程中总结出，教师在辅导学生参与机器人比赛的过程就是促使学生进行程序设计的最佳时机，因为学生往往为了完成一个场地比赛任务，会不断地思考和设计程序的最佳方案，这个时间段也在培养学生分析问题、解决问题的能力以及培养学生创造性思维上起着至关重要的作用。

教学中会遇到以下问题：一是教学可能未能适应学生个性化的学习路径和速度，个性化学习资源和支持可能不足。二是教学可能过于依赖传统方法，限制了学生的创新和创造力发展，学生可能缺乏展示和实践创意的机会。

针对这些问题，一是提供个性化的学习资源和活动，使用技术工具支持个性化学习路径。二是鼓励开放性问题和探索性学习，为学生提供创新和创造的机会，创建一个允许学生自由表达和实践创意的环境，并记录学生实施过程、效果评估和学到的经验。

在机器人编程中，我们以各类机器人的图标模块化编程的形式进行编译，学生比较容易掌握，同时在机器人编写程序的过程中学生会看到实际效果。比如：教师在辅导学生利用机器人在场地中完成机器人的前进和后退、行走转弯角度、行走三角形、正方形、圆形、连续循环和无限循环时等等，教师应该深入浅出的向学生讲解角度编程的要点，结合本校学生特点和进度，边讲解，边示范编程。训练学生利用场地比赛促进其完成这些程序，通过这种学习方法，让他们建立起编程的信心，学生能够独立完成编辑各类小程序，获得成功的喜悦、大大激发了学生的程序学习的兴趣。

将机器人场地比赛作为程序设计学习的载体，能够解决目前程序设计教学中存在的问题。通过完成场地比赛项目、任务，使学生对枯燥的程序设计学起来变得清松、乐学，受益非浅。

四、编写训练教材 提升教师素养

目前许多教师反映机器人课堂教学没有合适的教材，手中的教材质量不高，大多属于“产品说明书”或“用户指南”等，缺少能适应现在小学生的连贯性机器人课程教材。我们结合本校的实际，根据所教学生的年龄、接受能力等情况编写校本教材，既考虑到教材的通用性、启发性，同时还考虑到教学可操作性。每节课采用可实现的小任务，将机器人的知识分解到任务中去，让学生在完成任务的过程中掌握相关的知识即可。我们在实践经验的基础上总结了课堂教学模式，并完成了训练教材的编写，为农村学校开展机器人教学提供了有力支持。可以说，适合自己的教材就是好教材。

同时，负责机器人教学的老师与信息科技老师相比，需要付出大量的时间和精力，对自身素质要求更高，主要体现在求知欲强，对机器人学科有强烈的兴趣，有奉献精神，动手能力强，否则难以持续。我校为机器人教师创造各种学习和交流的机会，促进和提高自身技术水平，特别是在区域性比赛中锻炼师生，比如安排教师每年参加全省中小学生机器人大赛，这些比赛都是锻炼学生，提高教师专业技能的好机会。我校还邀请市内专家名师来指导课堂教学和开展教师培训，促进科技教育团队专业发展。

可能遇到的教学问题：一是学生或教师可能对使用新技术感到不适应或有抵触情绪，技术问题可能干扰教学流程。二是课程可能未能充分整合不同学科的知识点，学生可能未能看到不同学科知识之间的联系。

解决方法：

一是为教师和学生提供定期的技术培训，选择易于使用的教育技术工具，如不断开发校本教材，减少技术障碍。二是鼓励学科间协作，组建跨学科教师团队，共同设计和实施课程，开发跨学科项目，与其他教师或学校分享成功经验和学习成果，让学生在实践中整合不同学科知识。

五、不断积累经验，总结教研特色

本课例的教研创新点包含以下几个方面：

1.跨学科融合：

创新点在于将创客教育的理念融入课程设计，实现科学、信息技术、工程和数学等学科的有机结合。

2.项目式学习（PBL）：

通过项目式学习方法，让学生在解决实际问题的过程中学习，增强学习的实践性和应用性。

3.个性化学习路径：

创新点在于根据学生的学习风格和能力水平，提供个性化的学习计划和资源，满足不同学生的需求。

4. 技术与教学的深度整合：

利用最新的教育技术，如编程软件、模拟工具和在线协作平台，与教学内容深度融合，提高教学互动性和效率。

5.学生中心的教学设计：

创新点在于将学生的兴趣、需求和反馈置于教学设计的核心，提高学生的参与度和学习动机。

6多元化评估体系：

建立了一个包含自评、互评、过程评价和结果评价的多元化评估体系，更全面地评价学生的学习成果。

7.智力资源共享平台：

建立了一个开放的智力资源共享平台，鼓励教师和学生分享教学资源和学习成果，促进知识传播和创新。

总之，基于创客教育理念的小学机器人教学这项新兴的科技活动不仅能让学生在动手实践过程中获取很多科技知识，而且可以帮助他们培养良好的心理素质，提高动手、观察、思考等多方面的能力，为将来走上社会，面对新的挑战做好充分的准备。同时，机器人创新教育也是进行信息技术教育的最佳载体，全面培养学生信息素质提高其创新精神和综合实践能力的良好平台。这样，不仅能培养学生的创新精神和综合实践能力，给学生一个开放的平台，让学生在快乐中学习，而且能让学生在尝试中创新。相信我们的机器人教学会走入中小学信息技术和科学课堂，必将在培育创新人才方面呈现一个崭新的亮点。

参考文献：

[1]  陈静漪,肖娜.基于卷积神经网络的教育机器人智能AR教学系统与人机交互[J].自动化与仪器仪表,2024,(11):88-91+95.

[2]卢世玲.任务链在小学信息技术机器人教学中的应用分析[J].智力,2024,(24):57-60.

[3]黄燕燕.微能力引领小学AI教育——以“循迹机器人”教学为例[J].第二课堂(D),2023,(10):7.

[4]陈斌.创客教育理念下中小学机器人教学[J].贵州教育,2021,(16):39-40.

（ 本论文为甘肃省白银市2023年第二批科技计划自筹经费项目《农村中小学创客教育之机器人项目训练实践体系研究》结项成果，项目编号为2023-2-34R）