STEAM教育理念下师范院校机器人教学实践研究

【摘要】：拥有最新知识和先进技术的创新型人才是当今社会生产的决定性要素。人工智能代表科技发展的高端,全球各行各业都在关注着这一引领科技发展的技术。当然在教育领域也不例外,许多高校和科研机构将机器人技术与平台用于开展机器人课程相关的教学和研究。希望通过开展机器人教育,促进学生的全面发展,从而培养21世纪需要的创新型人才。我国自2000年起因世界机器人大赛开始关注机器人教育的这十五六年以来,从基础教育领域到高等教育领域,已经开展了多种形式的机器人教育活动。然而成效并不显著,主要原因在于国内的机器人教育只是理念上的普遍强调,而未真正的落实于教学层面。虽然也有很多的一线教师马不停蹄的积极探索基于机器人技术的教学模式,但依然受限于各种功利性的目的中,使教学仍陷于“学习机器人”而非“用机器人促进学习”的传统教学模式中。机器人教育因其学科的交叉融合性和实践操作性,被认为是融合STEAM(科学、技术、工程、艺术、数学)教育的一条有效途径,它帮助教师将科学过程、技术素养、工程设计、艺术情操和数学素养置于可让学生投身并理解的情境中,因此具有教育研究与教育实践价值。因此在STEAM教育理念的框架下重新审视机器人教育,将教育机器人作为培养STEAM素养的技术平台,可以是解决我国当前机器人教育教学发展中所存在问题的一条新途径。基于此背景,本研究在文献研究的基础上充分利用STEAM教育理念及其优势,结合机器人教育理念;以《人工智能》机器人实验课的知识体系为基础,满足学生学习需求为前提,对实验课进行教学设计;之后根据教学设计开展实验课教学实践,分析总结STEAM教育理念在机器人课程中的应用效果。以期为开展STEAM教育理念下的机器人课程教学研究提供借鉴与依据。本研究的主要研究内容包括四个部分:一是文献综述。通过对国内外机器人教育、STEAM教育已有的研究进行文献综述,详细梳理并分析了机器人教育、STEAM教育的应用现状,总结了机器人教育中存在的问题,并借鉴STEAM教育的优势梳理研究思路,接着通过文献研究对本研究的理论基础和相关概念进行梳理,从而为本研究的开展与实施提供了扎实的基础保障。二是开展了融入STEAM教育理念的机器人教育研究。依据机器人教育、STEAM教育在目前教育及研究领域的现状,从STEAM教育的角度提出机器人教学项目的设计策略,设计与开发了机器人教学项目。三是设计并实施了基于STEAM教育理念的机器人课程教学实践。首先根据研究对象的学习需求、《人工智能》机器人实验课程的学习目标与学习内容,将已设计与开发的机器人教学项目进行教学设计;其次依据相应理论,设计与开发学习资源、建构STEAM教育理念下的机器人知识学习过程;最后按照教学设计开展教学活动。最后分析了融合STEAM教育理念的机器人课程教学效果并得出研究结论。在设计与实施《人工智能》机器人实验课后,首先利用收集到的课程数据进行课程前后对比分析;接着进行教学满意度分析、反思日记内容分析与访谈结果分析;然后分析了 STEAM教育理念对机器人课程的指导作用,并检验STEAM教育理念下的机器人课程的教学效果;最终得出研究结论并尝试构建了融入STEAM教育理念的机器人课程教学模型。本研究得出的研究结论为:研究对象在学习了一学期的融合STEAM教育理念的机器人课程后,学习者学习兴趣显著提高,学习技能进一步增强,积极参与课堂活动且参与性显著提高,小组协作学习的过程中合作意识有所提升,反思总结能力大大提升,并且培养了创造创新意识,动手实践能力也显著提高;与此同时,研究对象满意并认同融入STEAM教育理念的机器人课程的教学方式与教学效果。