STEAM教育理念下中小学机器人课程评价方法研究

吴丽华 曾慧莹 冯建平

[摘 要] 随着创客和STEAM教育的发展，机器人教育逐渐进入中小学课堂。但是机器人教学内容跨学科性不足，教学中评价方式单一，缺乏有效的过程性、形成性评价来促进学生能力的全面发展。结合STEAM跨学科教育的特点，针对小学机器人课程教学提出表现性评价、发展性评价和总结性评价三者相结合的多元化综合评价模型及方法，并进行教学实践验证。研究成果可以为学校开展机器人教学实践提供参考。

[关键词] 机器人课程;STEAM理念;评价模型;发展性评价

[基金项目] 2019年度国家自然科学基金项目“基于云模型的在线学习者隐形学习行为挖掘与情感倾向计算方法研究”（61867001）;2019年度海南省自然科学基金项目“基于不确定认知云模型的在线学习者隐形学习行为特征聚类方法研究”（619MS053）

[作者简介] 吴丽华（1963—），女，辽宁沈阳人，硕士，海南师范大学信息科学技术学院教授，硕士生导师，主要从事人工智能与智慧教育研究;曾慧莹（1998—），女，广东珠海人，海南师范大学信息科学技术学院2020级现代教育技術专业在读硕士，研究方向为机器人编程教育;冯建平（1963—），男，宁夏银川人，海南师范大学信息科学技术学院教授，硕士生导师，主要从事STEAM与机器人编程教育研究。

[中图分类号] G633.67 [文献标识码] A [文章编号] 1674-9324（2022）01-0123-04 [收稿日期] 2021-08-02

一、问题的提出

STEAM教育是培养综合性人才的一种创新教育模式，对学生的计算思维、创新思维和合作学习等都具有积极作用。STEAM是科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Arts）、数学（Mathematics）的综合，其目的是为了打破学科边界培养学生的综合科学素养。STEAM教育对促进教育教学改革具有重要意义，其本质是跨学科的综合素质教育，主要有三个特点：一是注重跨学科融合;二是注重学习与现实世界的联系;三是注重学习的过程。STEAM教育提倡让学生自己动手，从实践过程中学习跨学科知识，是培养综合性人才的一种创新教育模式。

本文通过对国内机器人课程教学研究现状的梳理分析，发现目前我国中小学的机器人教育存在教学内容跨学科性不足、教学评价形式单一，缺乏有效地形成性评价来促进学生能力的全面发展。

二、中小学机器人课程的设计

（一）课程目标

K-12课标核心素养的建立基于学生终身发展和适应未来社会的基本素养，因此，中小学机器人教学要根据K-12课标进行设计。根据机器人课程的特点，将STEAM理念与多学科教育融合，着重培养学生的核心素养。在教学理念上要实现三个转变：一是由“以教师为中心”转向“以学生为中心”，促进学生主动学习和合作学习的意识;二是由“抽象知识”转向“具体情境”，注重营造学习情境的真实性，解决实际问题的能力;三是由“以知识为中心”转向“以能力素质为中心”，强调人的整体性发展，为综合能力素养的生成提供学科支持。

（二）课程设计框架

课程设计以泰勒模式为依据，从课程目标和任务、学习活动、课程评估与实践、专家二轮评估的有效组织，系统地设计并进行校本课程开发，课程设计的框架如图1所示。

（三）主题情景式教学模式

本研究设计的教学模式是5E学习环教学法，分为“创设情境、问题导入”“探究活动、设计调研”“作品制作、实践分析”“延伸创造、优化作品”和“分享交流、反思评价”五个阶段。各个阶段分别有相应教师和学生活动。

在机器人教学过程中，先是教师课堂“情境导入”，然后通过跨学科知识讲解和布置学习任务，让学生自主完成项目作品搭建、代码编写的“合作探究”活动，并对项目成果作品进行“展示交流”与反思改进，最终促进学生学科素养与STEAM素养的共同提升。在教学中两个关键环节：一是教师对讲解的知识进行主题情境创设，导入“故事情境”“问题情境”来激发学生的学习兴趣和热情，同时教师要做好课堂观察评估和评价“证据”采集。二是学习任务要符合学生的认知发展水平，采用“小组合作探究学习”的活动形式。

（四）教学评价模型及方法

机器人课堂的教学评价贯穿学生的整个学习过程阶段，对学生合作探究、创意改造和展示作品的学习行为全过程表现进行观察评估和学习过程形成性评价，并根据STEAM教育理念的五个维度（跨学科融合、动手实践、问题解决、创新创造和合作学习）对学生完成作品进行总结性评价。本研究根据机器人课程的整体框架设计，提出了机器人教学评价模型及方法，主要包括评价原则、评价方法和策略、评价标准及量表等四个部分。

中小学机器人课程的评价方法具体如下：一是将形成性评价与总结性评价相结合，这里的形成性评价主要指课堂表现性评价和能力发展性评价，改变单纯仅强调结果不关注发展变化的传统评价方法。注重学生学习过程中的表现和完成作品情况来整体评估反映学生的情感、态度、能力等方面的发展。二是将内部评价（自我评价）与外部评价（教师、同伴互评）相结合，改变过于依赖外部评价而忽视自我诊断、自我改进的做法。三是将个体增量评价（学生）与群体增量评价（小组、班级）相结合。关注学生个体发展性变化（纵向比对学习进步），以及小组群体、班级全体的发展性变化情况。

三、课程的评价标准及内容

在机器人课程实践过程中，主要采取两种评价方法：即学生自我认知评价、教师对学生课堂观察评估与作品的能力。

1.学生自我认知评价。学生自我评价内容对应课程的三个阶段，即探究活动、创意改造、合作展示，每阶段有规定的评价指标，如表1所示。

2.教师课堂观察评估。评估主要以乐高Wedo2.0课程包中提供的教师观察评估表为评估工具，评估标准以该课程包中的标准为参考，并参考《中国学生发展核心素养》中“科学精神、学会学习、实践创新”三个方面的具体内容。评价标准分为四个等级，针对每个学习阶段（探究活动、创意改造、小组合作与分享交流）进行形成性评价，教师观察评估的标准分为四个等级，即初级、中级、熟练级和高级。

3.作品评价及能力发展评价。教学实践中对学生完成作品进行总结性评价，评价标准参考青少年机器人竞赛的评分标准，结合《中小学信息技术课程标准》中“学会设计和制作简单的机器人”的具体内容，以及全国青少年机器人技术等级考试中的大纲来制定作品总结性评价的量表。本研究根据STEAM教育能力全面发展人的教学目标，将作品总结性评价分为五个评价维度，评价标准如表2所示。

四、教学实践与结果分析

本文以乐高Wedo2.0课程包为参考，以小学五年级约30名学生为实验班，开展小学机器人课程实践研究。课程采用乐高EV6智能编程机器人套件进行教学。

1.学情分析：课程面向小学10岁左右的学生。这个阶段的学生处于具体运算阶段，具有归纳逻辑，思维具有一定的弹性。通過前面课程的学习，学生基本掌握了项目搭建方法，以及图形化编程软件的使用。

2.课堂教学过程主要分为情境导入、知识讲解、合作探究、创意改造和展示《电子吉他》作品这五个阶段。

3.教学评价及结果分析：在课堂教学的过程中运用课堂观察法并收集学习过程中表现性评价的“证据”，根据本研究设计的评价标准（量表）分别进行评分。通过一个学期机器人课程的8次学习，记录每次教学单元的学生自评结果并生成自评亮点柱状图，如图2所示;通过教师观察评估学生学习阶段的表现生成学生表现变化图，如图3所示。将课程中每次小组完成的作品进行总结性评价并生成相应的评价结果变化图，如图4、图5所示。

由图2可见，在学生自评课堂亮点环节中大约25%的学生认为自己出色地完成了搭建，15%的学生认为自己很好地进行了编程。总之通过学生的自我评价和反思，可以看出学生已经具备自我认识与评价的能力。由图3教师对班上整体学习情况有一个判断，找出发展性能力维度薄弱点。同时需要把学生表现变化与学生自我评价结合起来，教师应有针对性地对学生进行学习干预和指导。

通过图4学生作品的总结性评价结果，可以发现学生的作品评分基本呈现上升趋势，学生完成机器人作品的综合能力不断提升。由图5学生发展性评价可视化图发现，学生的动手实践能力与问题解决能力较好，但是创新创造能力与合作表达能力较差仍需加强。

结语

通过一个学期的机器人课程教学，结合学生的形成性评价及总结性评价，教师能直观准确地发现学生个体、学生群体的学习进步程度、能力优势及可能存在的问题，通过教学设计、评价模型的不断完善来优化小学机器人课程的教学效果。经过8次机器人课程的系统学习，学生的跨学科融合、动手实践、问题解决、创新创造和合作学习这五个维度能力都显著提升，真正意义上实现了跨学科的综合素质教育。

参考文献

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[2]沈跃玲.创客教育视角下小学机器人教学模式的研究与实践[D].重庆：重庆师范大学，2018.

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[4]王同聚.中小学机器人教学评价方法的探索[J].教育信息技术，2015（6）：75-78.

Research on Robot Course Evaluation Method in Primary and Secondary Schools under STEAM Educational Concept

WU Li-hua， ZENG Hui-ying， FENG Jian-ping

（School of Information Science and Technology， Hainan Normal University， Haikou， Hainan 571158， China）

Abstract： With the development of Maker Education and STEAM education， Robot Education becomes more and more common in primary and secondary schools. However， the content of robotics teaching is not interdisciplinary， there is a single evaluation method in teaching， and there is a lack of effective procedural and formative evaluation to promote the overall development of students’ abilities. Based on the characteristics of STEAM interdisciplinary education， this paper proposes a diversified comprehensive evaluation mode and method that combine performance evaluation， developmental evaluation and summative evaluation for Robot course in primary schools and verify the teaching practice. The research results can provide reference for the school’s robot teaching practice.

Key words： Robot course; STEAM educational concept; evaluation mode; developmental evaluation