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師范專業(yè)機(jī)器人課程改革初探論文
�。壅菰凇按蟊妱�(chuàng)業(yè)、萬(wàn)眾創(chuàng)新”的背景之下，創(chuàng)客理念得到了越來(lái)越多教育者的關(guān)注。這一理念也為日前存在諸多問(wèn)題的師范專業(yè)機(jī)器人課程改革提供了新的思路。師范專業(yè)機(jī)器人課程改革可引入創(chuàng)客教育:設(shè)計(jì)以創(chuàng)客理念為指導(dǎo)的課程改革方案，進(jìn)行課程內(nèi)容重構(gòu)，打破傳統(tǒng)課堂壁壘的校企合作;校企合作，實(shí)踐課程外延;分層開(kāi)放，創(chuàng)新實(shí)踐;充分發(fā)揮語(yǔ)言優(yōu)勢(shì)，線上線下混合學(xué)習(xí)。以創(chuàng)客思想為指導(dǎo)不僅能夠鼓勵(lì)學(xué)生多動(dòng)手、勤動(dòng)手，還能提高學(xué)生解決問(wèn)題的實(shí)踐創(chuàng)新能力，為創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)打下基礎(chǔ)。
�。坳P(guān)鍵詞］創(chuàng)客教育;師范專業(yè);機(jī)器人課程;教學(xué)改革
一、創(chuàng)客和機(jī)器人課程
(一)創(chuàng)客及創(chuàng)客教育
“創(chuàng)客”一詞來(lái)源于英文單詞“Maker”，是指樂(lè)于動(dòng)手和實(shí)踐，努力把各種創(chuàng)意轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的人。［1］創(chuàng)客教育是一種貫穿終身的面向全人發(fā)展的培養(yǎng)個(gè)體DIY、創(chuàng)造能力與分享精神的教育理念和取向。［2］創(chuàng)客教育秉承“開(kāi)放創(chuàng)新、探究體驗(yàn)”，以“創(chuàng)造中學(xué)”為主要學(xué)習(xí)方式，［3］其核心在于培養(yǎng)各式各類的創(chuàng)新型人才。創(chuàng)客的載體非常豐富，可以是智能機(jī)器人設(shè)計(jì)制作、3D打印技術(shù)、開(kāi)源軟硬件、Scratch創(chuàng)意設(shè)計(jì)、AppInventor創(chuàng)新設(shè)計(jì)、虛擬與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)、無(wú)人機(jī)、數(shù)控機(jī)床、激光切割機(jī)、可穿戴設(shè)備、陶藝、藝術(shù)剪紙、木工雕刻等基于STEAM教育的多種學(xué)科知識(shí)的匯聚與融合。［4］可見(jiàn)，機(jī)器人課程是非常好的創(chuàng)客教育載體。
(二)師范專業(yè)機(jī)器人課程現(xiàn)狀
應(yīng)用型本科院校培養(yǎng)的師范生將從事中小學(xué)教學(xué)，這決定了師范專業(yè)機(jī)器人課程定位應(yīng)該有自己的特色，既有別于高職高專院校培養(yǎng)的技能型人才，又區(qū)別于傳統(tǒng)研究型本科院校培養(yǎng)的學(xué)術(shù)型人才。目前，師范專業(yè)機(jī)器人課程教學(xué)中存在以下問(wèn)題:第一，課程以人工智能等原理性介紹為主，學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐機(jī)會(huì)少。課程學(xué)習(xí)不能很好地培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力。實(shí)踐器材更新快，價(jià)格相對(duì)較高，也是導(dǎo)致學(xué)生實(shí)踐缺乏的原因之一。第二，重技術(shù)講授，忽略實(shí)際問(wèn)題的跨學(xué)科性。目前，師范院校的機(jī)器人課程僅針對(duì)計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生開(kāi)展，課程主要還是機(jī)器人原理、人工智能等的介紹，不僅教學(xué)內(nèi)容單一，而且課程實(shí)驗(yàn)以模擬實(shí)驗(yàn)為主，學(xué)生的作品往往缺乏個(gè)性，談不上創(chuàng)新。第三，與中小學(xué)教學(xué)脫節(jié)。目前，我國(guó)的中小學(xué)機(jī)器人教育主要以校內(nèi)第二課堂以及校外機(jī)器人教育培訓(xùn)機(jī)構(gòu)等的形式開(kāi)展，隨著人工智能技術(shù)及STEAM教育的日益興起，中小學(xué)機(jī)器人教育發(fā)展迅猛。中小學(xué)機(jī)器人課程設(shè)計(jì)主要依據(jù)創(chuàng)客和STEAM教學(xué)理念，依托特定器材和機(jī)器人賽事活動(dòng)廣泛開(kāi)展。筆者曾在浙江省中小學(xué)教師繼續(xù)教育培訓(xùn)中了解到，多數(shù)中小學(xué)校已開(kāi)展Scratch等與機(jī)器人的結(jié)合教學(xué)，但這類內(nèi)容在高校師范生培養(yǎng)中卻很少涉及。鑒于以上存在的問(wèn)題，師范專業(yè)機(jī)器人課程教學(xué)的改革勢(shì)在必行。
(三)創(chuàng)客理念與機(jī)器人課程結(jié)合的優(yōu)勢(shì)
創(chuàng)客教育是創(chuàng)客文化與教育的結(jié)合體，它基于學(xué)生的興趣，以項(xiàng)目學(xué)習(xí)的方式，使用數(shù)字化工具，倡導(dǎo)造物，鼓勵(lì)分享，是培養(yǎng)跨學(xué)科解決問(wèn)題能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和創(chuàng)新能力的一種素質(zhì)教育。［5］在信息技術(shù)教育這一創(chuàng)新教育的具體實(shí)施方式中，機(jī)器人課程無(wú)疑是最好的實(shí)施模式，這也為機(jī)器人課程的改革提供了新的思路。同時(shí)，計(jì)算機(jī)專業(yè)師范生培養(yǎng)的首要目標(biāo)是將學(xué)生培養(yǎng)成為優(yōu)秀的中小學(xué)信息技術(shù)教師，其次是鼓勵(lì)選拔創(chuàng)客人才�；趧�(chuàng)客理念的機(jī)器人教育可以通過(guò)理論學(xué)習(xí)、實(shí)踐操作、協(xié)同探究等多種方式，讓學(xué)生在創(chuàng)造中學(xué)習(xí)，更好地發(fā)展創(chuàng)新能力。課程中貫穿的創(chuàng)客理念和思想，會(huì)讓師范生在今后走向工作崗位時(shí)擁有創(chuàng)客思維。
二、創(chuàng)客理念下的師范專業(yè)機(jī)器人課程教學(xué)模式
根據(jù)創(chuàng)客教育的理念，在開(kāi)設(shè)的機(jī)器人課程中，教師需要使用一些工具(硬件開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)工具、開(kāi)源硬件、手工工具等)，運(yùn)用一些方法，為學(xué)生搭建一個(gè)良好的實(shí)踐環(huán)境。因此，我們?cè)谡n程改革中提出了以問(wèn)題學(xué)習(xí)(problembasedlearning)和項(xiàng)目學(xué)習(xí)(projectbasedlearning)為導(dǎo)向的“模塊課程"眾創(chuàng)空間"校企合作”三位一體互相結(jié)合的創(chuàng)客教育實(shí)踐育人模式。根據(jù)中小學(xué)機(jī)器人課程發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合師范生機(jī)器人課程具體要求，融入創(chuàng)客教育的多種載體，我們首先將原來(lái)單一化的機(jī)器人課程模塊化。具體模塊如圖1所示。在硬件開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)模塊，主要介紹基礎(chǔ)硬件開(kāi)發(fā)工具電路板數(shù)字傳感器、開(kāi)源硬件Arduino、手工加工工具等。Scratch編程與機(jī)器人模塊，主要介紹Scratch工具以及它與機(jī)器人的互連控制。虛擬機(jī)器人模塊則主要利用蘿卜圈虛擬機(jī)器人平臺(tái)為學(xué)生介紹機(jī)器人的相關(guān)知識(shí)。AppInventor手機(jī)控制機(jī)器人模塊主要講授利用AppInventor平臺(tái)進(jìn)行手機(jī)應(yīng)用創(chuàng)意開(kāi)發(fā)，以及如何利用手機(jī)上的各種傳感器對(duì)實(shí)際獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行建模、應(yīng)用等�；�(dòng)媒體技術(shù)則教授如何利用視頻甚至VR、AR等新技術(shù)、新媒體工具展示創(chuàng)意作品。所有的教學(xué)環(huán)節(jié)都以問(wèn)題學(xué)習(xí)和項(xiàng)目學(xué)習(xí)為導(dǎo)向，如教師從“垃圾分類問(wèn)題”出發(fā)，要求學(xué)生以此為主題，設(shè)計(jì)機(jī)器人，自主創(chuàng)意完成作品并拍攝演示視頻。在實(shí)踐環(huán)節(jié)教師可以充分利用校企合作解決資金短板問(wèn)題，根據(jù)學(xué)生的不同層次，利用開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室及眾創(chuàng)空間發(fā)揮學(xué)生的個(gè)性及特長(zhǎng)。
三、教學(xué)改革及實(shí)踐探索
根據(jù)創(chuàng)客理念，我們從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了具體的教學(xué)改革實(shí)踐。
(一)教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)，打破傳統(tǒng)課堂壁壘
考慮到機(jī)器人課程的特點(diǎn)和社會(huì)需求，我們一方面對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行重構(gòu)，打破傳統(tǒng)課堂壁壘，一方面邀請(qǐng)中小學(xué)相關(guān)課程專家進(jìn)課堂。在課程內(nèi)容中，我們?cè)黾恿藱C(jī)器開(kāi)發(fā)硬件基礎(chǔ)、Arduino創(chuàng)意機(jī)器人、Scratch編程與機(jī)器人、虛擬機(jī)器人、AppInventor手機(jī)控制機(jī)器人、互動(dòng)媒體技術(shù)等模塊內(nèi)容。同時(shí)，我們也利用浙江省中小學(xué)教師繼續(xù)教育發(fā)展培訓(xùn)項(xiàng)目等途徑，打破傳統(tǒng)課堂壁壘，邀請(qǐng)來(lái)自中小學(xué)、蘿卜圈公司、樂(lè)高培訓(xùn)基地、杭州市青少年宮的名師和機(jī)器人領(lǐng)域的專家走進(jìn)大學(xué)課堂，開(kāi)展講座和輔導(dǎo)活動(dòng)。這不僅大大開(kāi)拓了師范生的視野，而且也讓他們有機(jī)會(huì)更快更早地了解社會(huì)及中小學(xué)校的需求、現(xiàn)狀，在教學(xué)見(jiàn)習(xí)和實(shí)習(xí)階段更好地適應(yīng)中小學(xué)的具體要求。
(二)校企合作，延展實(shí)踐課程
機(jī)器人課程，實(shí)踐是關(guān)鍵。但目前的部分主流器材，如樂(lè)高機(jī)器人，價(jià)格高昂。我們通過(guò)與杭州維動(dòng)教育咨詢有限公司旗下的樂(lè)高文三中心建立校企合作關(guān)系，搭建了良好的師資行業(yè)交流平臺(tái)。在機(jī)器人課程中，我們采用邀請(qǐng)企業(yè)導(dǎo)師來(lái)校講座以及實(shí)踐課程課堂延展外移等手段進(jìn)行合作。校企合作的優(yōu)勢(shì)如下:一方面讓學(xué)生接觸到一線高端器材，開(kāi)闊眼界，直接實(shí)踐，節(jié)省器材開(kāi)支，一定程度上解決課程實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)不足的問(wèn)題;另一方面，學(xué)校為合作企業(yè)輸出實(shí)習(xí)生，幫助企業(yè)解決用人困難，為學(xué)生的實(shí)踐實(shí)習(xí)提供很好的平臺(tái)，避免了以往實(shí)習(xí)參與度不夠的情況。圖2、圖3為學(xué)生在樂(lè)高中心學(xué)習(xí)小車拼接及控制巡線的實(shí)踐。
(三)分層開(kāi)放，創(chuàng)新實(shí)踐
創(chuàng)客教育重在動(dòng)手創(chuàng)造，其理念指導(dǎo)下的機(jī)器人課程重在實(shí)踐。因此，在實(shí)踐環(huán)節(jié)我們采用了“創(chuàng)設(shè)環(huán)境，分層開(kāi)放，鼓勵(lì)創(chuàng)新”的方略。在實(shí)踐環(huán)節(jié)，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況、差異和學(xué)習(xí)意愿，我們對(duì)學(xué)生進(jìn)行了分層教學(xué)，將學(xué)生分為基礎(chǔ)、提高、創(chuàng)新三個(gè)層次，并采取不同的實(shí)踐創(chuàng)新模式。對(duì)于基礎(chǔ)類的學(xué)生，要求他們?cè)趯?shí)踐課程中完成課程必做的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容;對(duì)于學(xué)有余力、愿意提高的學(xué)生，實(shí)驗(yàn)室在平時(shí)的一、三、五晚上和暑假特定時(shí)間對(duì)他們開(kāi)放，讓他們完成提高類的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。根據(jù)學(xué)有余力學(xué)生的情況，鼓勵(lì)他們分組參加學(xué)校和省里的電子設(shè)計(jì)、機(jī)器人、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等競(jìng)賽。在學(xué)有余力的學(xué)生中選拔創(chuàng)新類的學(xué)生，為他們配備導(dǎo)師，用實(shí)驗(yàn)室全方位的開(kāi)放模式，利用一切可能的資源，幫助他們搭建創(chuàng)客環(huán)境、申請(qǐng)大學(xué)生科研項(xiàng)目，入駐眾創(chuàng)空間;鼓勵(lì)他們自主創(chuàng)新，甚至提前創(chuàng)業(yè)，成為真正的創(chuàng)客。圖4為開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室小型創(chuàng)客空間一角，圖5為新建成的眾創(chuàng)空間，里面已經(jīng)規(guī)劃有小型攝影空間，圓桌創(chuàng)客空間等，可以進(jìn)行創(chuàng)客實(shí)踐活動(dòng)。
(四)充分發(fā)揮語(yǔ)言優(yōu)勢(shì)，線上線下混合教學(xué)
考慮到學(xué)生的個(gè)體差異，基于課堂課外，線上線下混合學(xué)習(xí)的理念，我們還在課程中融入了新技術(shù)新理念的課外線上自學(xué)模塊。創(chuàng)客運(yùn)動(dòng)發(fā)源于美國(guó)，目前的開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)資源的通用語(yǔ)言也是英語(yǔ)。學(xué)習(xí)者雖然可以借助翻譯軟件進(jìn)行翻譯閱讀，但效果遠(yuǎn)不及原版閱讀。而浙江外國(guó)語(yǔ)學(xué)院的學(xué)生，因?yàn)槿胄r(shí)有高考英語(yǔ)成績(jī)的最低要求，相比其他高校的學(xué)生，他們?cè)诖髮W(xué)期間也會(huì)接受更多更全面的英語(yǔ)基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)，學(xué)生的英語(yǔ)基礎(chǔ)相對(duì)較好。這就為課外新技術(shù)的自主學(xué)習(xí)提供了條件，有助于原版學(xué)習(xí)內(nèi)容的學(xué)習(xí)和落實(shí)。我們通過(guò)為學(xué)生提供Introduction－to－Autonomous－Robots等經(jīng)典原版機(jī)器人入門教材，以及Coursera、edX、Udacity、TED演講等開(kāi)放課程資源，讓學(xué)生根據(jù)自身的實(shí)際情況選擇不同程度的內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)，并且以兩周一次的小組Seminar形式進(jìn)行分享交流。這在一定程度上拓展了學(xué)生的知識(shí)面，有效地幫助學(xué)生提高了學(xué)習(xí)的能力。
四、結(jié)語(yǔ)
本文結(jié)合學(xué)校實(shí)際，在分析機(jī)器人課程教學(xué)實(shí)際問(wèn)題的基礎(chǔ)上，以創(chuàng)客思想為指導(dǎo)對(duì)師范專業(yè)機(jī)器人課程進(jìn)行了改革實(shí)踐。通過(guò)課程內(nèi)容重構(gòu)、校企合作走出去請(qǐng)進(jìn)來(lái)、實(shí)踐課堂延展、實(shí)驗(yàn)室分層開(kāi)放、利用開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)造實(shí)驗(yàn)環(huán)境及眾創(chuàng)空間、利用語(yǔ)言優(yōu)勢(shì)的混合教學(xué)實(shí)踐等方式，為學(xué)生提供了接觸真實(shí)環(huán)境和案例的機(jī)會(huì)。課程改革實(shí)效證明，以創(chuàng)客思想為指導(dǎo)不僅鼓勵(lì)了學(xué)生多動(dòng)手、勤動(dòng)手，提高了學(xué)生解決問(wèn)題的實(shí)踐創(chuàng)新能力，還能為創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)打下一定的基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn):
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