STEM背景下初中机器人课程设计与实践研究 ——以J校为例

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机器人技术在21世纪发展迅猛,受到各行业甚至国家层面的高度重视,教育领域尤甚。根据国务院发布的《新一代人工智能发展规划》,提出要在中小学阶段设置人工智能相关课程、逐步推广编程教育、建设人工智能学科,培养跨学科复合型人才。各地区学校积极相应号召,积极探索机器人教育发展道路。然而,当真正着手时,却存在一些问题:如机器人教育教学资源缺乏,教师在具体教学活动中不知如何下手,缺乏可供参考的组织活动模式等……无独有偶,J校新建的机器人社团也同样存在上述问题:社团开展期间缺乏与VEX IQ教育机器人相匹配的教学资源、缺少合适的机器人课堂活动模式流程……这些问题是需要重点关注与解决的问题,研究便由此展开。研究以J校作为实验依托,以该校参加机器人社团的学生为研究对象,结合学校所引进的教育机器人具体情况,在STEM教育理念、项目式学习理念、做中学及建构主义理念的指导下,设计出“以项目挑战为主题,以任务活动为落点”的机器人社团课并进行教学实施,根据教学观察与记录、对存在的问题进行分析、总结和反思,以期对机器人课程教学领域的发展起到积极的推动作用。具体研究内容如下:在研究方法层面,文中应用了文献研究法、问卷调查法、行动研究法和课堂观察法。(1)在使用文献研究法时,对STEM教育、机器人教育国内外现状进行了阅读与梳理,并对国内外现状的不同特点作了对比分析。(2)在使用问卷调查法时,通过在研究实施前后向学生发放不同主题的问卷,了解学生学习特点与初始能力,并以此作参考为后续课程设计与实践提供参考。(3)本研究在实施过程中使用了行动研究法。以J校机器人社团学生为研究对象,将所设计的机器人课程内容与课堂教学框架应用于实际教学中时,期间共采取了三轮行动研究,并针对每轮教学实施过程中出现的问题进行了分析改善,力求形成较为合理的机器人课堂教学模式框架。(4)在课程实施中应用了课堂观察法。在教学实施的过程中,通过对各组学生在课堂活动中的表现进行观察分析,记录各组学生活动情况调整策略,为课堂活动设计提供参考借鉴。在研究结果层面,根据所设计的机器人课程进行了为期一学期的教学实践和检验,提取其中三个典型教学案例分别从教学计划、教学过程实施、教学活动观察、总结和反思几个方面做了具体分析。针对每轮教学中存在的问题做合理化分析和解决,对所设计的机器人课程内容进行了实践验证和修改,并形成了较为合理的机器人教学活动组织框架。在研究结论层面,在经过一学期的教学实践与不断完善后,发现学生对机器人课程较为满意,且学生在任务实施中的顺利度也表现出各难度梯度分布较均匀的特点。另外借助问卷调查与软件分析,发现在研究进行前后,社团学生在创造力、沟通交流、团队合作、批判性思维、问题解决五个能力维度上均有提升;通过师生访谈,发现学生喜欢社团氛围、学会了如何发现问题并解决问题、不断创新自我、乐于讨论交流、表达观点、意识到团队合作的重要性等,表明一学期的教学实施受到了学生的喜爱和肯定。在研究独特性层面,主要体现在两方面:一是设计了面向初中生的项目式学习的IQ教育机器人课程。相较于中小学阶段,项目式教学理念在高等教育、职业教育等方面应用更广,且项目式教学在少数的初中课程中,也多见于科学、数学等学科,因此本研究进行了新的尝试;二是构建了初中IQ教育机器人社团教学活动模式框架。对于机器人课堂教学在实施中的一些问题,文中给出了可参考的案例和课堂活动模式。机器人教育作为人才培养的一个新领域,它对学生能力的培养逐渐表现出巨大的教育意义和发展前景。机器人教育的研究仍在继续,还需要更多的一线教师、专家学者共同深入研究,一起为我国机器人教育事业的发展做出更大贡献。
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