在中職計(jì)算機(jī)專業(yè)中基于STEM的機(jī)器人創(chuàng)客教育的研究

在中職計(jì)算機(jī)專業(yè)中基于STEM的機(jī)器人創(chuàng)客教育的研究〔〕:

摘要：隨著信息技術(shù)在教育中的應(yīng)用與普及，創(chuàng)客的學(xué)習(xí)理論變得越來越容易，進(jìn)展機(jī)器人創(chuàng)客教育可以進(jìn)步學(xué)生的動手創(chuàng)新思維。本文從實(shí)訓(xùn)室建立、課程設(shè)計(jì)、教學(xué)內(nèi)容和設(shè)計(jì)方面進(jìn)展基于STEM的機(jī)器人創(chuàng)客教育的研究，并找出適宜的考核評價(jià)方式。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人教育；創(chuàng)客教育；STEM；中職計(jì)算機(jī)專業(yè)

本文引用格式：周偉.在中職計(jì)算機(jī)專業(yè)中基于STEM的機(jī)器人創(chuàng)客教育的研究[J].教育現(xiàn)代化,2022,6(81):298-299+336.

伴隨著挪動互聯(lián)網(wǎng)、開源硬件、傳感器、3D打印機(jī)、機(jī)器人等新技術(shù)在教育中的應(yīng)用與普及，創(chuàng)客運(yùn)動在國內(nèi)外風(fēng)起云涌，越來越多人開始關(guān)注人工智能，使用機(jī)器人去替代簡單重復(fù)的勞動力，將來企業(yè)對簡單重復(fù)的技能人才需求也將逐漸減少，將來的人才將趨向于有創(chuàng)新思維和動手理論。進(jìn)步學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造思維和動手理論才能在學(xué)校里就尤為重要。

由于計(jì)算機(jī)及新一代信息技術(shù)的開展，中職計(jì)算機(jī)專業(yè)為了更好的適應(yīng)時代的變化，不僅需要培養(yǎng)學(xué)生拔尖的專業(yè)技能，還需要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，學(xué)會考慮。我們通過在中職計(jì)算機(jī)專業(yè)中基于STEM的機(jī)器人創(chuàng)客教育，可以有效激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)造的學(xué)習(xí)熱情，進(jìn)步學(xué)生的動手理論才能，為今后相關(guān)信息新技術(shù)的學(xué)習(xí)理論打下根底。

一教育理念

創(chuàng)客是指出于興趣愛好，根據(jù)自己的想法，努力把理想轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的人。創(chuàng)客精神和教育的碰撞，出現(xiàn)了創(chuàng)客教育的概念，創(chuàng)客教育是創(chuàng)客文化與教育的結(jié)合，基于學(xué)生興趣，以工程學(xué)習(xí)的方式開展，培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科解決問題才能、團(tuán)隊(duì)協(xié)作才能和創(chuàng)新才能的教育。

STEM是科學(xué)〔Science〕，技術(shù)〔Technology〕，工程〔Engineering〕，數(shù)學(xué)〔Mathematics〕四門學(xué)科英文首字母的縮寫。STEM教育是科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)的教育，培養(yǎng)學(xué)生的綜合才能，進(jìn)步學(xué)生將來的競爭力。

〔一〕基于STEM的機(jī)器人創(chuàng)客教育

我們在中職計(jì)算機(jī)專業(yè)進(jìn)展機(jī)器人創(chuàng)客教育研究，以模塊化課程來進(jìn)展理論，采用工程教學(xué)法，主要是激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，讓學(xué)生能理解多學(xué)科的知識技能，更好的效勞專業(yè)學(xué)習(xí)【1】。

我們利用第二課堂〔選修課〕的形式進(jìn)展教學(xué)理論，用課余時間讓學(xué)生進(jìn)展機(jī)器人創(chuàng)客教育學(xué)習(xí)，通過對學(xué)生學(xué)習(xí)情況理解，我們發(fā)如今第二課堂學(xué)習(xí)過機(jī)器人創(chuàng)客教育的學(xué)生中，學(xué)習(xí)專業(yè)技術(shù)的熱情很高，邏輯思維有較大進(jìn)步，針對信息技術(shù)的綜合工程理論能較快完成，參加信息技術(shù)類多學(xué)科的技能比賽成績優(yōu)異?？梢?，機(jī)器人創(chuàng)客教育對學(xué)生的素質(zhì)和才能有很大的提升，能有效進(jìn)步學(xué)生的競爭力。我們?nèi)绾伟鸦赟TEM的機(jī)器人創(chuàng)客教育引入中職計(jì)算機(jī)專業(yè)普通學(xué)生的教學(xué)中，下面我們從實(shí)訓(xùn)室建立、課程設(shè)計(jì)、教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)和考核評價(jià)四個方面進(jìn)展研究。

〔二〕機(jī)器人創(chuàng)客教育實(shí)訓(xùn)室建立

機(jī)器人創(chuàng)客是一項(xiàng)集多門學(xué)科交織一起，涉及到電子、安裝、接線、編程、測試等，實(shí)訓(xùn)室建立上要提供相關(guān)設(shè)備以及實(shí)訓(xùn)耗材，既要有統(tǒng)一機(jī)器人設(shè)備用于教學(xué)，又要能提供讓學(xué)生可以創(chuàng)新理論的元器件和零配件【2】。

在實(shí)訓(xùn)室環(huán)境上要進(jìn)展設(shè)計(jì)，以科技感來吸引學(xué)生，同時要有利于學(xué)生進(jìn)展交流和分享。在教學(xué)中，我們以5-6人一組來開展教學(xué)，在設(shè)備和場地設(shè)計(jì)上，每組最多坐6名學(xué)生，每個小組配置筆記本電腦、安裝接線工具2套、實(shí)訓(xùn)機(jī)器人設(shè)備2套，每組均配有電源和測試儀器。實(shí)訓(xùn)室工位采用島型構(gòu)造布局，在實(shí)訓(xùn)室后局部進(jìn)展創(chuàng)新工作室的建立，創(chuàng)新工作室主要提供應(yīng)比賽和創(chuàng)新理論的同學(xué)，讓同學(xué)有時機(jī)展示自己，激發(fā)學(xué)生持續(xù)學(xué)習(xí)的興趣，同時工作室同學(xué)制作相關(guān)的教學(xué)資源，可以協(xié)助教師進(jìn)展教學(xué)，開展機(jī)器人創(chuàng)客的課外活動。

〔三〕機(jī)器人創(chuàng)客教育課程設(shè)計(jì)

機(jī)器人創(chuàng)客教育課程分為兩個階段：第一個階段是普及階段，第二階段是進(jìn)階階段。第一階段主要給學(xué)生理解機(jī)器人，具備創(chuàng)客思維，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，進(jìn)步學(xué)生的邏輯思維才能，對電子安裝接線及編程的內(nèi)容有所理解。第二階段主要是讓學(xué)生進(jìn)展創(chuàng)客理論，讓學(xué)生利用所學(xué)的知識進(jìn)展創(chuàng)新理論，加深專業(yè)知識技能的理解。

第一階段安排在第一學(xué)期，學(xué)習(xí)時間為一周，采用模塊化教學(xué)形式來開展。第二階段安排在第三學(xué)期，學(xué)習(xí)時間為一周，采用工程式教學(xué)形式來開展，主要培養(yǎng)學(xué)生編程理論的意識。第一、二階段在機(jī)器人創(chuàng)客教育實(shí)訓(xùn)室來開展教學(xué)，第一階段，以小組為單位進(jìn)展理論，每組配置兩臺筆記本電腦，第二階段以個人來進(jìn)展創(chuàng)新理論，每人配置一臺筆記本電腦。

〔四〕機(jī)器人創(chuàng)客教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

在課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)上，以按需、夠用為原那么，既要讓學(xué)生掌握知識，又要讓學(xué)生學(xué)習(xí)感到輕松，進(jìn)步學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識。我們根據(jù)不同階段進(jìn)展了詳細(xì)課程教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)【3】。

第一階段按照目的設(shè)定->知識學(xué)習(xí)->開展活動->探究創(chuàng)新進(jìn)展模塊化教學(xué)，把STEM教育貫穿在教學(xué)過程中，如圖1所示機(jī)器人創(chuàng)客教學(xué)模型。第一階段教學(xué)內(nèi)容：機(jī)器人組裝、機(jī)器人接線、功能編程調(diào)試、比賽四個局部，教學(xué)內(nèi)容基于STEM理念。機(jī)器人組裝環(huán)節(jié)，讓學(xué)生根據(jù)任務(wù)指導(dǎo)書進(jìn)展機(jī)器人安裝，每個小組有兩套設(shè)備進(jìn)展安裝，主要培養(yǎng)學(xué)生的裝配才能和工程思維〔Engineering〕，進(jìn)步學(xué)生的動手意識。機(jī)器人接線環(huán)節(jié)，讓學(xué)生按照接線圖進(jìn)展接線，接線完成后，教師講授萬用表的使用，教會學(xué)生使用外用表進(jìn)展測量，通過理論檢驗(yàn)自己的接線情況，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)〔Science〕和技術(shù)〔Technology〕知識。功能編程調(diào)試環(huán)節(jié)，通過圖形化編程工具來進(jìn)展，像搭積木式進(jìn)展編程，學(xué)生可以快速上手入門，編程后可以進(jìn)展場地運(yùn)行，檢驗(yàn)自己的程序邏輯是否正確，進(jìn)步學(xué)生的數(shù)學(xué)邏輯思維〔Mathematics〕。比賽環(huán)節(jié)，學(xué)生根據(jù)教師制定比賽規(guī)那么進(jìn)展比賽，提升學(xué)生綜合才能。

第二階段的教學(xué)內(nèi)容主要是采用C#語言來進(jìn)展編程學(xué)習(xí)，配合物聯(lián)網(wǎng)中傳感器和控制器進(jìn)展理論。學(xué)生已具備Java編程根底，再進(jìn)展C#語言學(xué)習(xí)，可以幫助學(xué)生學(xué)會技術(shù)遷移。在教學(xué)內(nèi)容上進(jìn)展工程式教學(xué)，按照學(xué)->仿->思->創(chuàng)->享五個步驟進(jìn)展迭代學(xué)習(xí)。主要教學(xué)內(nèi)容有C#開發(fā)環(huán)境配置、C#變量與字符串、常用運(yùn)算符的使用、C#流程控制語句的知識技能，通過完成物聯(lián)網(wǎng)工程，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新理論的才能。教學(xué)內(nèi)容上結(jié)合實(shí)際物聯(lián)網(wǎng)硬件設(shè)備，讓學(xué)生脫離出枯燥的語法學(xué)習(xí)。在講解if條件語句的內(nèi)容上，布置工程：當(dāng)光照大于100時，翻開風(fēng)扇，光照小于等于100時，關(guān)閉風(fēng)扇。把物聯(lián)網(wǎng)傳感器和控制器的接口提供應(yīng)學(xué)生，學(xué)生通過任務(wù)指導(dǎo)書模擬完成工作任務(wù)，從而到達(dá)自己獨(dú)立編程進(jìn)展操作物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，進(jìn)步學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生結(jié)合硬件可以觀察到編程帶來的結(jié)果，更加容易激發(fā)學(xué)習(xí)熱情，學(xué)生利用這些硬件也可以更好的進(jìn)展創(chuàng)新，第二階段整個教學(xué)及理論貫穿STEM教育【4】。

二考核評價(jià)

機(jī)器人創(chuàng)客教育主要是激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學(xué)生探究精神。考核評價(jià)假設(shè)采用考試來進(jìn)展評價(jià)，會打擊學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和探究精神，我們針對兩個階段設(shè)計(jì)不同的考核評價(jià)。

第一階段我們采用比賽形式來進(jìn)展評價(jià)，比賽環(huán)節(jié)有兩個任務(wù)，第一個任務(wù)是根據(jù)指定要求完成比賽，第二個任務(wù)是小組之間進(jìn)展PK賽，第一個任務(wù)完成后，該門課程第一階段成績即為合格，第二個任務(wù)根據(jù)比賽結(jié)果進(jìn)展評分，比賽完畢后舉行班級的頒獎，學(xué)生無論輸贏，都可以進(jìn)步學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的探究精神，在今后的課堂上可以更認(rèn)真的專研專業(yè)技術(shù)。

第二階段我們采用工程開發(fā)來進(jìn)展評價(jià)，讓學(xué)生自己動手搭建并編程實(shí)現(xiàn)一個工程，工程中分兩個局部評價(jià)，第一局部是知識技能評價(jià)，第二局部是創(chuàng)新評價(jià)，第一局部占總評價(jià)的80%，第二局部占評價(jià)15%，平時上課表現(xiàn)及職業(yè)素養(yǎng)占5%。工程為學(xué)生自己動手設(shè)計(jì)搭建一個場景，并編程實(shí)現(xiàn)所需功能，要求學(xué)生至少使用C#編程語言的三個知識點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)。第一局部通過使用的知識技能點(diǎn)，以及選擇場景是否適宜需求進(jìn)展評價(jià)，能正確使用三個技術(shù)知識點(diǎn)，該課程第二階段成績?yōu)楹细?。第二局部根?jù)工程是否具備創(chuàng)新性和實(shí)際意義來進(jìn)展評分。最后通過學(xué)生之間互相參觀，并讓完成好的同學(xué)進(jìn)展演示介紹，進(jìn)步學(xué)生創(chuàng)客意識和溝通協(xié)調(diào)才能【5】。

三結(jié)語

基于STEM的機(jī)器人創(chuàng)客教育感覺不能給學(xué)生帶來很大的技術(shù)提升，但從學(xué)生開展來看，開展基于STEM的機(jī)器人創(chuàng)客教育是非常有必要，我們對本校軟件工作室的學(xué)生進(jìn)展理論，利用暑假時間，我們給工作室一年級的學(xué)生進(jìn)展第一階段的培訓(xùn)，學(xué)生反響好玩，我們對這批學(xué)生進(jìn)展一年的觀察，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過基于STEM的機(jī)器人創(chuàng)客教育的學(xué)生，他們專業(yè)課程的學(xué)習(xí)較好，上課教師反響他們學(xué)習(xí)主動性和探究性也要比其他同學(xué)強(qiáng)?？梢?，基于STEM的機(jī)器人創(chuàng)客教育是有助于進(jìn)步中職學(xué)生的創(chuàng)新意識、邏輯思維和專業(yè)學(xué)習(xí)興趣。

參考文獻(xiàn)

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【2】呂延會.STEM教育的核心精神[J].當(dāng)代教育科學(xué),2022(5):16-19.

【3】吳清泉.創(chuàng)客教育理念下的教學(xué)形式/r