機(jī)器人課外教學(xué)設(shè)計(jì)策略的實(shí)踐研究

1、機(jī)器人課外教學(xué)設(shè)計(jì)策略的實(shí)踐研究機(jī)器人教育是時(shí)代和社會(huì)發(fā)展的必然， 是學(xué)校培養(yǎng)科技創(chuàng)新 型人才的重要載體， 對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)和創(chuàng)新精神有著至關(guān) 重要的作用。 機(jī)器人課程日益受到重視， 在各類機(jī)器人競賽的推 動(dòng)下，機(jī)器人課外教學(xué)也在如火如荼地開展。但是，為競賽而競 賽、學(xué)生管理的自主狀態(tài)、師資配置不足、缺乏系統(tǒng)管理等問題 在機(jī)器人課外教學(xué)中也是客觀存在。 因此， 機(jī)器人課外教學(xué)迫切 需要重新審視， 堅(jiān)持以培養(yǎng)人為中心， 認(rèn)真分析機(jī)器人課外教學(xué) 的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)組織、教學(xué)評(píng)價(jià)等，系統(tǒng)研究機(jī)器 人課外教學(xué)設(shè)計(jì)策略。概念界定關(guān)于課外教學(xué)的概念 國際教育界對(duì)“課外”的英文詞語不 外乎兩種：

2、 “extra -curricular （課程之外） ”或“ extra -class （課堂之外）”。教學(xué)是教育目的規(guī)范下的、教師的教與學(xué)生的 學(xué)共同組成的一種教育活動(dòng)。 從系統(tǒng)性和完整性的角度， 本研究 將“課外”界定于 extra-class ，同時(shí)把課外教學(xué)納入課程范疇。 根據(jù)教學(xué)定義， 進(jìn)一步明確： 課外教學(xué)應(yīng)該包括“教 （ teach ）” 和“學(xué)（ learn ）”兩種不同性質(zhì)的活動(dòng)，教學(xué)實(shí)施過程中的行 為主體包括教師和學(xué)生， 課外教學(xué)是在教學(xué)目標(biāo)指引下， 由教師 的教與學(xué)生的學(xué)系統(tǒng)組成的一種教育活動(dòng)。關(guān)于教學(xué)設(shè)計(jì)策略的概念 策略是為達(dá)到某種目的使用的手 段或方法。所謂教學(xué)策略，

3、是在教學(xué)目標(biāo)確定以后，根據(jù)已定的 教學(xué)任務(wù)和學(xué)生的特征，有針對(duì)性地選擇與組合相關(guān)的教學(xué)內(nèi) 容、教學(xué)組織形式、教學(xué)方法和技術(shù)，形成的具有效率意義的特 定教學(xué)方案。教學(xué)策略根據(jù)教學(xué)活動(dòng)的內(nèi)容分為教學(xué)設(shè)計(jì)策略、 教學(xué)實(shí)施策略和教學(xué)反思策略。教學(xué)設(shè)計(jì)是教學(xué)的首要環(huán)節(jié)，主 要包括教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)組織、教學(xué)評(píng)價(jià)四個(gè)方面的內(nèi) 容。機(jī)器人課外教學(xué)的教學(xué)目標(biāo)與教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)確定機(jī)器人課外教學(xué)目標(biāo)首先要確定機(jī)器人教育目的和意 義。從學(xué)生能力結(jié)構(gòu)上，可以將“機(jī)器人教育目的”理解為：推 進(jìn)素質(zhì)教育，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力、 團(tuán)體意識(shí)和合作 精神、設(shè)計(jì)能力和研究能力以及跨專業(yè)綜合應(yīng)用能力。教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)是對(duì)教

4、學(xué)活動(dòng)預(yù)期所要達(dá)到的結(jié)果的規(guī)劃，是教學(xué)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。合理的教學(xué)目標(biāo)是保證教學(xué)活動(dòng)順利進(jìn)行 的必要條件。教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)應(yīng)與教學(xué)內(nèi)容緊密相連，應(yīng)以教學(xué)內(nèi)容為基礎(chǔ)，教學(xué)內(nèi)容的組織和實(shí)施應(yīng)能促進(jìn)教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。教學(xué)內(nèi)容是學(xué)生所系統(tǒng)學(xué)習(xí)內(nèi)化的間接經(jīng)驗(yàn)和直接經(jīng)驗(yàn)的總和。根據(jù)建構(gòu)主義教學(xué)理論，教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)應(yīng)促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)而不是 被動(dòng)接收，應(yīng)激發(fā)學(xué)生思維，促進(jìn)知識(shí)內(nèi)化為技能，促進(jìn)學(xué)生建 構(gòu)自己的知識(shí)體系。因此，機(jī)器人課外教學(xué)內(nèi)容需要教師認(rèn)真進(jìn)行選擇、加工、 組織，遵循連續(xù)性、遞進(jìn)性和整合性的原則，同時(shí)教學(xué)內(nèi)容組織要考慮邏輯順序和心理順序。 根據(jù)實(shí)踐， 現(xiàn)將機(jī)器人課外教學(xué)的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)形式加以總結(jié)

5、，如表1 所示。機(jī)器人課外教學(xué)組織模式 教學(xué)組織形式，就是教學(xué)活動(dòng)中教師與學(xué)生的組合結(jié)構(gòu)形 式，或者說是教師與學(xué)生共同活動(dòng)在人員、程序、時(shí)空關(guān)系上的 組合結(jié)構(gòu)形式。機(jī)器人課外教學(xué)因其靈活性、開放性、綜合性的 特點(diǎn)，給課外教學(xué)的組織增加了難度。但通過實(shí)踐，逐步形成了 以科技社團(tuán)為載體、 以社團(tuán)組織課外教學(xué)活動(dòng)開展為主線、 以充 分盤活資源為核心、 以科技競賽為動(dòng)力的師生互聯(lián)全員互動(dòng)的機(jī) 器人課外教學(xué)組織模式。機(jī)器人課外教學(xué)組織模式如圖 1 所示。（一）機(jī)器人課外教學(xué)組織模式發(fā)展溯源 我們的研究最早從 1996 年開始，引進(jìn)了日本機(jī)器人教育的 先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國的具體國情， 在機(jī)器人教育方面進(jìn)行了

6、探索， 并取得了一定的經(jīng)驗(yàn)， 成功地組織了多屆大學(xué)生小型機(jī)器人設(shè)計(jì) 和制作比賽。 將機(jī)器人教育與教學(xué)改革相結(jié)合， 完成了全國職業(yè) 技術(shù)師范教育委員會(huì)“九五”教育科學(xué)研究課題“電類專業(yè)現(xiàn) 代職業(yè)技能開發(fā)一增設(shè)小型機(jī)器人設(shè)計(jì)和制作的教學(xué)內(nèi) 容”項(xiàng)目的研究工作。我們以“小型機(jī)器人設(shè)計(jì)與制作”為課題， 組織自控、機(jī)械、 電子、計(jì)算機(jī)、 工業(yè)設(shè)計(jì)等專業(yè)的教師組成跨學(xué)科的指導(dǎo)教師小 組，吸收以上專業(yè)大學(xué)三年級(jí)以上的學(xué)生參加， 進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)改 革試點(diǎn)。 同時(shí)，在制作多臺(tái)不同結(jié)構(gòu)和功能的教學(xué)用智能機(jī)器人 的基礎(chǔ)上，按照低成本、模塊化、系統(tǒng)集成的設(shè)計(jì)思想，研制了 多種通用機(jī)器人設(shè)計(jì)和制作的標(biāo)準(zhǔn)化模塊及多種傳感器

7、模塊。 系 統(tǒng)采用開放式結(jié)構(gòu)， 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)需要， 學(xué)生也可進(jìn)行特定的模 塊設(shè)計(jì)。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行系統(tǒng)模塊配置，模塊設(shè)計(jì)，機(jī) 器人結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安裝、制作、調(diào)試、模塊軟件編程等環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)， 設(shè)計(jì)并制作小型機(jī)器人進(jìn)行比賽。此項(xiàng)教育改革將機(jī)器人教學(xué)與第二課堂相結(jié)合， 利用學(xué)生的 課余時(shí)間延長畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間， 提高了畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的綜合性。 該 項(xiàng)學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)的研究成果在第五屆“挑戰(zhàn)杯”天津市大學(xué)生 課外學(xué)術(shù)科技競賽中獲科技制作類一等獎(jiǎng)。1997年，我們成立了電子工程師搖籃協(xié)會(huì)，組織開展電子 競賽等科技活動(dòng)； 1999 年，成立了機(jī)器人俱樂部，自主研制機(jī) 器人模塊化設(shè)計(jì)開發(fā)平臺(tái)和各種機(jī)器人功能模塊， 致

8、力于機(jī)器人 開發(fā)和研究， 同時(shí)不斷研究和設(shè)計(jì)適合中國國情的比賽規(guī)劃。 在 星火創(chuàng)業(yè)協(xié)會(huì)成立后， 以上三個(gè)學(xué)生科技社團(tuán)合并成立了大學(xué)生 科技實(shí)踐中心，開展各項(xiàng)課外科技活動(dòng)。（二）機(jī)器人課外教學(xué)組織模式的形成 層層選拔，循序漸進(jìn) 課外科技活動(dòng)的實(shí)踐證明，科技社團(tuán) 是機(jī)器人課外教學(xué)實(shí)踐的重要載體。 科技社團(tuán)與活動(dòng)開展的思路 逐步形成：電子工程師搖籃協(xié)會(huì)負(fù)責(zé)組織機(jī)器人相關(guān)培訓(xùn)、 講座、 參觀等，進(jìn)行機(jī)器人現(xiàn)成產(chǎn)品研究（包括實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證等），并通 過小型科技競賽選拔學(xué)生到機(jī)器人俱樂部， 開發(fā)機(jī)器人模塊化設(shè)計(jì)平臺(tái)，自主設(shè)計(jì)與制作機(jī)器人。同時(shí)選拔學(xué)生到專家實(shí)驗(yàn)室、 研究所參與機(jī)器人相關(guān)課題研發(fā)，并參加全國的機(jī)

9、器人大賽。 堅(jiān)持循序漸進(jìn)的教學(xué)原則，如模式圖中的主線自下而上， 對(duì)應(yīng)的機(jī) 器人課外教學(xué)的難度從低到高設(shè)置，為不同專業(yè)、不同年級(jí)、不 同興趣和特長的學(xué)生提供了多層面的選擇空間和學(xué)習(xí)平臺(tái)?？萍几傎惓蔀檫x拔、培養(yǎng)學(xué)生的重要手段。在教師的全面指導(dǎo)下，學(xué) 生通過活動(dòng)、競賽等進(jìn)階選拔，接觸到從社團(tuán)骨干到科技輔導(dǎo)員、 從研究生到專家教授等多層面的輔導(dǎo)和培訓(xùn)，專業(yè)技能和綜合能力逐步提高。全員參與，分工協(xié)作 資源是機(jī)器人課外教學(xué)實(shí)施的重要保證。盤活資源能有效保證機(jī)器人課外教學(xué)質(zhì)量， 有力提升資源效能，推動(dòng)機(jī)器人課外教學(xué)的各項(xiàng)實(shí)踐活動(dòng)。 人是 影響教學(xué)質(zhì)量的根本因素，教師在機(jī)器人課外教學(xué)中具有不可替 代的作用。充

10、分發(fā)揮教師作用的關(guān)鍵是全員參與。全員參與需要全體教師都能圍繞“機(jī)器人課外教學(xué)”明白自己該做什么、 怎樣 做、為什么這樣做、如何做得更好。在實(shí)踐中，學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)帶頭高 度重視課外教學(xué)工作，系統(tǒng)設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)、教學(xué)模式，宏觀指導(dǎo) 機(jī)器人課外教學(xué)工作，同時(shí)提供機(jī)器人課外教學(xué)必需的專家、教授、科技輔導(dǎo)員等人力資源和實(shí)驗(yàn)室設(shè)備場地等資源的大力支 持。我們?cè)趯?shí)踐中率先設(shè)立了科技輔導(dǎo)員崗位，負(fù)責(zé)指導(dǎo)科技社團(tuán)的各項(xiàng)活動(dòng)，培養(yǎng)選拔科技人才，促進(jìn)學(xué)生科技水平提升和綜 合實(shí)踐能力提高。同時(shí)設(shè)立了班級(jí)實(shí)踐委員， 構(gòu)建了以班級(jí)為依 托的學(xué)生科技實(shí)踐環(huán)境，改變了傳統(tǒng)意義上的班干部結(jié)構(gòu)，在班 上設(shè)立了實(shí)踐委員。 實(shí)踐委員負(fù)責(zé)在班

11、里營造科技實(shí)踐氣氛， 開 展科技實(shí)踐活動(dòng)， 推薦并協(xié)助選拔學(xué)生進(jìn)入科技社團(tuán)。 實(shí)踐委員 對(duì)科技輔導(dǎo)員負(fù)責(zé)，接受科技輔導(dǎo)員的指導(dǎo)。同時(shí)，科技輔導(dǎo)員 指導(dǎo)社團(tuán)的骨干力量對(duì)班級(jí)的科技活動(dòng)給予相應(yīng)的支持和幫助。 專家、教授不僅為科技社團(tuán)做培訓(xùn)和講座、 指導(dǎo)學(xué)生參加科技競 賽，而且從科技社團(tuán)選拔挑選學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)室課題研發(fā)， 安排研 究生參與活動(dòng)中，指導(dǎo)研究生與本科生互助，快速提高、快速成 長。此外，還通過校企合作，引入西門子獎(jiǎng)學(xué)金，用于舉辦應(yīng)用 創(chuàng)新類科技活動(dòng)，并舉辦了“西門子杯”應(yīng)用創(chuàng)新類學(xué)生競賽。機(jī)器人課外教學(xué)評(píng)價(jià)教學(xué)評(píng)價(jià)， 可簡單定義為“對(duì)教學(xué)工作質(zhì)量所作的測量、 分 析和評(píng)定”。 機(jī)器人課外教學(xué)評(píng)價(jià)主要包括： 對(duì)機(jī)器人課外教學(xué) 過程的評(píng)價(jià)， 對(duì)機(jī)器人課外教學(xué)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的評(píng)價(jià)， 對(duì)機(jī)器人 課外教學(xué)質(zhì)量的評(píng)價(jià)。 機(jī)器人課外教學(xué)評(píng)價(jià)可采取的方法有調(diào)查 問卷、競賽、項(xiàng)目制作、征答、觀察提問等。機(jī)器人競賽已成為 機(jī)器人課外教學(xué)的主流方式， 競賽取得的成績能對(duì)師生及教學(xué)起 到巨大的激勵(lì)作用， 而競賽中的不足能幫助診斷分析機(jī)器人課外 教學(xué)中存在的問題，經(jīng)反饋后予以調(diào)節(jié)、修正和改進(jìn)。機(jī)器人課 外教學(xué)評(píng)價(jià)有利于機(jī)器人教學(xué)實(shí)施和教學(xué)反思， 但目前還有很多 不完善之處，比如機(jī)器人課外教學(xué)評(píng)價(jià)體系和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)尚未確 立，評(píng)價(jià)方法也需要進(jìn)一步深入探索。自 1996 年以來，我院機(jī)器人課外教學(xué) 16年的實(shí)踐成