基于创客教育理念的机器人教学设计框架建构

李燕飞+杨延+郑建双+侯德强

摘要：本文从创客教育的特征及内涵入手，通过分析、设计、开发、实施、评价等环节探索框架以及框架结构各要素间的内在关系，以期增强其实践指导能力，力图使基于创客教育的机器人教学设计框架能真正服务于具体教学实践。

关键词：创客教育；机器人教学；教学设计

中图分类号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2017）24-0080-03

● 引言

机器人教育作为一种新的教学载体，在教学设计、课程教学资源开发、教学模式等方面仍处于摸索阶段。已有的文献大多也只是从经验层面进行探讨和反思，缺乏丰富的案例与理论支撑，相关研究还相当薄弱，亟待深入挖掘。创客教育作为一种新的教育形态，虽未形成较为统一的概念界定，但它所潜藏的教育价值已经获得了教育工作者的高度认同。笔者将创客教育理念引入机器人教育就是希望学生能通过机器人套装和编程来快速展现自己的想法，实现所想即所得的效果，大大缩减其从想法到实际作品之间的时间周期。与以往机器人教学不同，它更注重学生发挥自己的想象，主动去创造，而不是通过解决某个他人提出的挑战而展开探索。目前，国内已有相关实践及探索研究，不过这些研究基本属于探讨和反思型，基于创客教育理念的教学设计模型、评价策略等的研究较少。

● 创客教育的特征及内涵

创客教育强调体验和实践，是一种融入信息技术，秉承“开放创新、探究体验”的教育理念，是以“创造中学”为主要学习方式和以培养各类创新型人才为目的的新型教育模式。[1]创客教育旨在创设为学生发挥创意提供公平的机会和自由的环境，以问题和项目化的方式引导学生“做中学”，培养他们的创新思维、动手能力、参与分享意识、工程思维等创客素养。[2]

● 基于创客教育理念的机器人教学设计框架建构

1.创客教育机器人教学主题活动的前期分析

为了增加学生对主题的可选择性，教师须根据知识点的吻合度、所用器材的相似度及主题内容的关联度这三个方面综合确立主题。

（1）教学目标分析

教学目标是教学活动要达到的效果，在教学过程中既要关注显性的“知识与技能目标 ”，也要重视“态度与价值观目标”等隐性目标，更关键的是要能将这些显性和隐性的教学目标转化为可操作的教學行为，能让学生在过程中亲历设计过程。

（2）学习者分析

学习者分析重点需要关注学生积木结构搭建及简单的动力机械的基础及其他知识基础，同时需要分析学生的阅读能力、理解能力及信息素养。教师只有通过对这几个方面进行考察，才能设计出更符合学生实际能力水平的学习活动。

（3）教学活动环境分析

教学活动环境需考虑是否有白板、电脑、投影仪等多媒体教学设施。活动台、长桌、材料柜等物品可方便在活动过程中开展面对面的协作与交流及存放教学器材。教学材料需根据实际教学环境中所提供材料的可重复利用度及扩展度来设计作品等的复杂度。

（4）教师情况分析

活动中需要考虑是否有助教，在主题活动中主讲教师负责主要活动的组织、知识讲解及疑难解答，助教主要职责是课前协助主讲教师策划活动，在活动中观察、引导学生顺利完成机器人创作。

2.创客教育机器人教学主题活动的设计

创客教育理念指导下的教学活动设计既关注学生的设计过程体验，又重视学生的创作能力培养。基本能力的培养是表达想法的基础，而创新思维又是基本能力的升华。教师要在活动过程中引导学生按照“观察—模仿—微创新—原创”的方式梯度发展。

（1）创设问题情境，确定并进入主题

创客教育中强调问题来源于生活，学生通过教师提供的情境提出问题，学生基于需求问题体验设计的过程。教师要在选择媒体资源的时候，设立一些拟定好的问题作为学生所提问题的补充，问题要尽可能有针对性，与后期设计过程相关。

（2）以模仿为起点，梯度推进学生创新

在主题活动中，教师要引导学生基于效果图开始制作，最终将二维的平面图转变为三维的立体模型。必要时，教师再提供详细的步骤图，避免限制学生思考的情况发生。在设计过程中，教师要根据学生的差异机动调整指导策略，当基础薄弱的学生遇到问题时，教师要启发学生查找资料或互相讨论找到化解问题的方法，并引导他们将问题记录在机器人制作记录卡上。对模仿能力较强的学生，教师要增设问题促使他们思考。搭建完成后，学生可以利用作品自由活动。最后，教师需要引导学生对作品进行再设计，这个过程是学生知识和能力的升华阶段。

（3）创作故事，赋予作品以意义

在微创新过程中，学生的想法差异较大，作品只是学生表达想法的一个媒介，学生能阐述作品的价值极其创作的意义也至关重要。

（4）展示与分享

在这个阶段，每个学生或小组分别展示作品，并介绍自己的机器人的优点在哪里，最喜欢的地方……教师可以依据作品标准对学生的作品做出点评，并展示拍照存入档案。

3.创客教育机器人教学主题活动的资源开发

在教学活动中，学生要能借助机器人和编程等信息技术手段将想法迅速转变为原型或模型。因此，教师需要为学生的学习提供支持，辅助他们的想法和创意顺利转化。

（1）主题学习资源的开发

为了激发学生的兴趣，教师需要准备与主题相关的多媒体资料，方便学生快速融入学习情境；在学习过程中，教师需要提供搭建教程和搭建动画，以便学生在遇到困难时参照；在原创作品搭建阶段，教师需要准备与主题相关的案例库，激发学生产生更多新的想法和创意，对作品进行修改和重新设计。

（2）学习支架资源的开发

基于创客教育理念的机器人教学期望学生能完整地体验设计和制作的全过程，亲历设计和创造，用机器人套装和程序对接现实世界里的各种真实的功能。考虑到学生不熟悉设计的一般流程及设计进程的管理，教师需准备设计记录表，这一方面能辅助学生按设计记录表的引导推进设计过程，另一方面可培养学生及时记录想法的习惯，学会将积累的经验转变为团队共享的文本资源。endprint

（3）学习活动环境的创设

在學习活动中，桌椅的摆放需考虑组内成员间的交流、学习。计算机及资料区的位置应以方便为原则，从而使学生查找资料更加便捷，节省跑动的时间。多媒体设施应最大化满足教师的教学与学生作品的展示。教师在计算机上提供并安装乐高搭建软件（LEGO Digital Designer），以便学生借助计算机设计效果图。

4.创客教育机器人教学主题活动效果评价的设计

在主题活动评价的设计中，教师需依据知识与技能测试结果、作品评价结果、展示与汇报表现以及机器人设计记录表对学生和教学做出综合评估。评估维度主要包括团队合作、创新、动机、问题解决、多学科综合应用等五个指标。其中创新、动机、问题解决、团队合作这四个指标很难通过量化的方式来评价，主要依据上述的记录表进行定性评价，而多学科综合应用这一指标则可以通过作品等量化手段进行评价。评价的目的主要是检验学生是否达到了预期的教学目标，活动的实施是否达到了预期的效果等。

学生作品的评价主要参照了Steve Coxon的作品评价量表[3]，从结构、功能、美观性和创新性四个方面来综合评估学生是否能应用基本技能，多学科突破来实现自己的想法和创意；教师课堂记录表记录了教师在课堂上对学生的观察结果，主要包括学生的问题解决能力、团队合作、创新能力和动机等方面的表现；三维目标评定表主要衡量教学活动是否达到了预期的目标，学生能否在课堂上达到之前所预设的学习目标。评价不仅仅是针对学生，也是教师对自己教学的一个重要反馈。

● 结语

基于创客理念的机器人教学设计为教师开展创客教育提供了有效的理论支撑，但在实施过程中会受到活动时间、器材、学生知识和技能水平等方面的约束，以至于学生的创意无法顺利落地。因此，教师需根据实际条件，创造性地应用该框架，合理设置主题难度，扶持学生完成作品。当学生的想法和创意较为复杂时，教师最好能提供适当的网络平台和交流手段，辅助学生自己在课后完成，做好课内和课外的连接。

参考文献：

[1]祝智庭，孙妍妍.创客教育：信息技术使能的创新教育实践场[J].中国电化教育，2015（1）：14-21.

[2]王佑镁，王晓静，包雪.创客教育连续统：激活众创时代的创新基因[J].现代远程教育研究，2015（5）：38-46.

[3]Papert. S. （1980）.Mindstorms： Children， Computers and Powerful Ideas[M].New York： Basic Books.endprint