袁加欣,孔新梅,杜东燕,方海光.中小学人工智能机器人课程教学模式研究[J].中国教育信息化,2022,28(10):123-128.
应用实践
中小学人工智能机器人课程
教学模式研究
袁加欣1孔新梅2杜东燕1方海光2*
（1.首都师范大学教师教育学院，北京100048；2.首都师范大学教育学院，北京100048）
摘要：
关键词：AI机器人课程；体验学习；教学模式；教学活动设计
作者简介：
一、问题的提出
近年来，国家对创新人才的重视程度不断提高。2010年，中共中央、国务院在《国家中长期人才发展规划纲要（2010—2020年）》中明确提出人才队伍建设的主要工作，着力培养创新人才。[1]2016年，中共中央、国务院印发的《国家创新驱动发展战略纲要》中提出，科技创新是提高国家综合实力的战略支撑，必须摆在国家战略发展的核心位置，要不断推动创新教育方式，改善人才培养的教学模式，提升学生信息意识，培养学生的创新性思想、创造力，以及社会责任心。而机器人教学，是我国培育创新型人才的重要途径之一。[2]国外学者研究显示，机器人教育能调动学生的好奇心和创造力，[3]能引起儿童对科学技术的兴趣，并提升他们的问题解决能力，培养他们的合作交流能力。[4]所以，开展机器人教育能满足国家对创新型人才的需要。
国外对机器人教育的研究较早，尤其是美国、英国、日本等国家。一般认为教育机器人来自麻省理工学院人工智能实验室。[5]1994年，为了提高工程设计学生的设计能力和创造力，MIT开设机器人课程。[6]在教学方法上美国的中小学机器人课程并没有统一设置课程标准。[7]国外使用的方法是项目教学法和实验方法，尤其是项目教学法，被许多教育工作者认为是适合机器人课程的教学法。[8]日本在大学设立专门研究机器人的学科，将编程列为中学必修内容，持续以机器人竞赛的形式出现在中小学的机器人教育中。[9]可以看出，机器人教育已在高校、中小学普及。
二、教学模式设计
在传统课堂中，教师总是以灌输的方式将知识传递给学生。然而，没有亲身经历的学生无法理解知识背后的深层含义，所以，拥有体验非常重要。中小学智能机器人课程应该拥有的主要特点是创新性、综合性、开放性、发展性、实践性、探究性。大卫·库伯提出的体验学习是“把学习看成是体验的转换并创造知识的过程”。首先，学习不是一个结果，而是一个过程。其次，学习者通过体验完成感知和领悟的统一，进而实现真正意义上的学习。最后，知识在体验学习的过程中被创造。[15]基于此，本研究将体验教学模式运用于该课程当中，设计出一套AI机器人课程的教学模式，力求提升学生的创新能力，如图1所示。
图1基于“体验学习模型”的机器人课程教学流程设计
（一）体验情境
体验情境是让学生对真实环境进行感知，进而激发学生的兴趣、调动学生的积极性，从而自发地参与到体验活动中。具体体验是机器人课程的开始阶段，也是进行反思、概括、检验的基础。在这个阶段，教师的主要任务是设置体验活动和体验情境，充分调动学生眼睛、耳朵、嘴巴、鼻子、双手等各个感官参与，让学生全身心融入情境当中。同时，教师要注意，情境的设计要指向教学目标，而不是以游戏的态度去对待教学内容。
（二）反思观察
反思是学生在体验情境的基础上，通过反思来提升自己思考问题、解决问题的能力，建立一种将经验转化为系统知识的倾向。在这个阶段，教师不能直接将知识点呈现给学生，而是充当“引导者”的角色，通过提问和对话的方式来引导学生反思，培养学生主动思考问题的意识，激发学生主动探索解决问题的方法。
（三）总结内化
三、案例应用
（一）Micro:bit智能小车
1.教学内容
本节课教学内容为：掌握红外遥控器的使用方法与智能小车接受遥控信号的原理，熟练组装智能小车，利用Micro:bit图形化编程平台编写积木脚本，让遥控器可以控制机器人小车前进、后退、左转、右转、停止。
2.教学实施过程
（二）Micro:bit机械臂机器人
（三）LegoEV3机器人
四、应用效果分析
为了调查学生的学习情况，根据学生的课堂表现情况、学习效果、教师的访谈观察，以及对调查问卷的分析，得出以下结论：
（一）学生的学习积极性提升
（二）学生的学习兴趣提升
问卷调查显示，72.73%的学生在学习机器人课程前对机器人完全不感兴趣，但通过课程的学习，90%的学生认为他们对机器人的学习很感兴趣，认为课堂设计的教学活动能显著提升他们的合作交流能力，并且很喜欢这样的教学方式和教学节奏。这表明，基于体验学习的机器人教学模式能有效提升学生的学习兴趣。
（三）学生的动手能力提升
通过教师在课堂上的观察，第一节课的时候，很多学生完成作品的速度较慢，只能完成一个作品。然而，到最后一节课时，大部分学生都可以完成2～3个作品，速度显著加快。这表明，基于体验学习的机器人教学模式使学生的动手能力得到提升。
（四）学生的创新能力提升
五、讨论
六、结语
通过研究可见，智能机器人课程是中小学培养创新人才的有效途径之一，基于体验学习的教学模式有益于培养学生的信息素养、创新精神、实践能力，这能为教师提供全新的教学方式、开辟新的教学方向。
同时，本研究也存在一些不足之处。一是机器人课程对教师的教学实践经验要求较高，由于教学经验不足，基于体验学习的教学模式没有很好地运用到机器人课堂当中。在学生的具体体验环节，有一部分学生被机器人套件所吸引而忽视知识的学习；在讨论环节中，有一部分学生由于性格孤僻，没有积极参与其中。二是基于体验学习的教学模式只在某市S学校的初一学生当中应用，样本较少，不一定适用于所有学段的学生。
下一阶段将针对机器人课程案例展开深入研究，包括教育机器人与机器人课程的整合、教师与课堂环境的相互配合。从而提高机器人课程的教学质量，提升学生的创新能力和实践动手能力。
参考文献：
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[14]钟柏昌.中小学机器人教育的困境与突围[J].人民教育,2016(12):52-55.
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[16]严奕峰,谢利民.体验教学如何进行——基于体验学习圈的视角[J].课程·教材·教法,2012,32(6):21-25.
ResearchontheTeachingModeofAIRobotCoursesinElementaryandSecondarySchools
JiaxinYUAN1,XinmeiKONG2,DongyanDU1,HaiguangFANG2*
(1.CollegeofTeacherEducation,CapitalNormalUniversity,Beijing100048;2.CollegeofEducation,CapitalNormalUniversity,Beijing100048)
Keywords:AIrobotcourse;Experientiallearning;Teachingmode;Teachingactivitydesign
编辑：王天鹏校对：王晓明
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