融合STEM教育的小学机器人教学策略研究初探

田甜

【摘  要】随着知识经济时代的到来，我国的科学、技术、工程、数学等多方面都得到了非常大的发展。在这个背景之下对学生的要求更高，不仅要求小学生掌握书本知识，也需要培养小学生的科学素养。小学机器人教学活动是为了开化学生的思维模式，让学生不要固定在一个模式下思考。因此，在进行教学的过程中需要采用科学合理的教学方式，提升小学教育的教学效率。通过实例证明，将STEM和小学教学相融合是高效且实用的一种方法。

【关键词】STEM教育;小学;机器人教学

我国现阶段处于高速发展阶段，对人才的需求非常迫切，而STEM人才更是紧缺，因此，现阶段各个层次的教育都会积极融入STEM的教学模式。STEM具有很高的应用价值，主要体现在工程、数学、科学、技术方面，虽然在短期之内学生可能对这些知识不会用到很多，但是从长远发展来看，STEM教学模式带给学生的思维模式可以让学生受用一生。

一、STEM教育的概念和发展背景

STEM是集科学、技术、工程、数学四个学科的特点和学习方法于一体的教学模式。STEM的核心是跨学科应用，把零碎的知识和实际操作的过程转化为实际生活中解决问题的能力，也就是将知识变得可以灵活运用，不再只是书上的死板知识，并将原本互相独立的学科联系成为一个整体。STEM除了具有跨学科性，还具备其他很多特点。进入21世纪以来，科学和工程成为各个国家创造财富、发展经济的重要渠道。在这个背景之下，社会各界对STEM人才的需求越来越多。美国由于发展一直处于世界领先地位，很早就意识到了STEM相关学科的重要性，所以在很长一段时间内，投入大量的资金、人力、物力对国内的STEM相关专业进行建设和发展，在之后取得了一定的进展，为美国培养了很多该方面的人才。我国对这个问题的认识较晚，在2016年才开始大力发展STEM相关的教育，运用新型的教育模式，提升学生的创新意识和各项能力。

二、机器人教学的发展现状及存在的问题

（一）发展过程

随着在世界范围内兴起的机器人教学狂潮，我国也出版了相关的机器人教育书籍，并开始逐渐发展机器人教育。机器人教育也逐渐被很多小学引入，以选修课或必修课的形式，成为大多数小学中不可缺少的一门课程。同时，机器人教育的知识也可以在其他的学科中得到应用，如数学、物理等学科，让学生在这些学科的学习中也得到了很大的发展。

现在的教育和传统教育的区别在于传统教育注重学生的“听说读写”，而机器人教育在很大程度上提升了学生的实际操作能力。重视学生动手能力的提升是现阶段教育的工作重点。传统教育的短板在于纯粹的知识灌输让学生失去了对学习的兴趣，逐漸缺少学习的主动性。缺少实践的教育只能是纸上谈兵，从长远来看不利于学生的全方位发展。机器人教育让孩子自己动手，将理论结合实践，可以培养孩子跨学科知识的应用能力，同时也能培养学生的学习兴趣，让学生在轻松愉悦的环境中取得进步。

（二）机器人教育现阶段存在的问题

1.教师形成性教育意识的缺失

中国教育一直采用“老师讲，学生听”的这种模式，学校重视的是学生的升学率以及考试中获得高分，学校热衷于将更多学习好的孩子送入名校进行学习，以此来提升学校的地位。在这种应试教育大环境下，很多老师就算有了新的想法、新的教学方式，迫于压力也不敢轻易尝试。而且在小学教育中，各个科目的老师也只是将自己的学科作为重点，完全不将其他学科的教育教学放在心上，各自为政。机器人教育是近些年才得到广泛开展的一门新兴的学科，由于机器人学科是集中了很多学科的教学方式，而每个学科的老师将自己的学科作为独立的教学整体，所以学生在学习机器人学科的过程中只是了解了一些基础的理论知识，并没有和其他学科建立联系，学习过程比较枯燥，逐渐就失去了对机器人学科的兴趣。学校和老师也只是关心学生的主要学科学习成绩，这样就形成了一个恶性循环，中国的小学机器人教育学科才一直没有得到很大的发展。

2.学生教育主体地位的缺失

“教育树人成才”，学生在整个教学活动中应该处于主体地位。在教育过程中，学生的学习是不可取代的，只有学生全面参与教育教学活动，并在这个过程中真正理解和体会，才能使教育具有意义，确保教育活动高效开展。在课上课下，将老师的教和学生的学结合起来，才是培养人才的正确途径。但是就目前的机器人教育而言，很多老师将教育教学活动的过程完全由自己掌控，并不在乎学生的参与程度。在很多的机器人教育活动中，老师在提前计划好流程之后，活动的走向完全就不会发生任何改变，甚至一些活动给人一种走过场的形式主义感。机器人教育的形式过于单一，学生的自主学习和互相评价的过程完全没有展现出来，学生的主体地位在教育教学活动中没有得到体现。这种情况下的机器人教育活动并没有起到作用，反而让学生对机器人教育的目的产生了一些错误的理解。

三、学科融合的意义

学科融合便于形成知识体系，加深对知识点的理解。融合过程中，两个学科的学习方法和思想都会得到挖掘，之后在一次次的教学过程中逐渐产生更加高效的新型学习方法。这对学生学习这些学科的知识具有推进作用，也让学习更加高效，有利于学生的全面发展，从而提升学生的核心素养。此外，在教学过程中，不同学科之间会有交叉的知识内容，因此，促使学科融合的进一步发展，对学生基础知识能力的提升有极高的价值。教师应当不断提升学生对学科融合重要性的认识，同时在教学过程中加强对学科融合措施的改进和提升。

四、融合STEM教育模式的小学机器人教学如何高效开展

（一）加强教学的实践性

小学的机器人教育也是一门实践性较强的课程，所以在与STEM教育进行融合的时候也需要注意加强学科的实践性。在小学的教学过程中主要是利用STEM教育的思想和方法，促进机器人教育的发展。如信息技术老师联合美术老师组织学生进行创客活动——奇思妙想护平安。由学生提供创意和想法，信息技术老师指导学生利用奥斯坦丁套件完成硬件搭建和程序编写，构建“智能疗养院”模型，其中包括根据室内温度智能通风、调节温度、健全的安防报警系统、智能送餐等多种功能。再由美术老师组织学生用积木、橡皮泥等工具搭建主体模型、完善周边设施和场景布置，之后用各种颜料进行上色，最终完成创作。再比如联合信息技术与科学，构建智能植物成长园，让每个学生挑选自己喜欢的植物在成长园中进行培养，由科学老师为学生讲解适合各种植物生长的日照时间、生长土壤、浇水的时间间隔和浇水量的多少。学生根据科学知识找来植物的生存土壤，将水管预埋在土壤中，学生再根据每种植物的需水量和浇水时间间隔，在信息技术老师的指导下编写程序控制阀门，实现多学科的融合过程，让学生在实际操作中学习知识。通过具体的实践措施，能够促使学生将学习到的理论知识应用于实践过程中，促使理论知识的掌握更加有效。同时实践过程本身是对学生积极性调动的有效措施，学生在小学阶段往往动手能力较强，且好奇心较重，因此，利用实践操作可以有效激发学生的积极性，让学生在具体操作过程中真正掌握知识。

（二）开展趣味性强的教学环节

兴趣是激发小学生对这门学科进行深入学习和了解的关键因素，开展趣味性强的教学环节是培养学生学科兴趣的关键措施。例如，学习机器人课程就需要了解机器人的编程语言，老师可以鼓励学生利用“图形化编程”对机器人进行操作，让学生通过拖动图标和加入一些简单的参数来操控机器人完成一系列操作，如操作机器人拿起桌子上的苹果、用笔写一个字。在这种实际的趣味教学中，学生不会在枯燥乏味的程序语言中摸不着头脑，同时他们初步了解了程序设计的原理和思想，提高了学生的思维能力和创新能力。这种实际操作的过程赋予了学生自信和学习机器人的动力、兴趣，有利于今后相关的教学活动开展。兴趣是调动学生学习积极性，以及促使学生更加主动地进行知识学习的重要基础。因此，教师在小学机器人的教育过程中就应当注重学生的兴趣点，并在教学过程中有效地利用学生兴趣点进行着重开发和管理，将学生的兴趣转换为实践活动。在具体的应用过程中，教师可以借助情境模拟、实践操作、案例讲解，以及游戏等教育形式，将理论知识与实践活动充分融入，使学生能够真正实现在游戏中学习，在学习中游戏，达到寓教于乐的重要目标。为了切实提高学生的兴趣，还可以在教学过程中进行留白设计，让学生自己进行思考和实践活动。当学生通过自己的实践操作，最终达成学习目的之后，学生也能提升学习的积极性，以及增强个人的自信心，这种教学措施有利于激发学生对小学机器人学习的兴致，也有利于教学后期的

开展。

（三）根据学生的个体差异开展教学

每个学生都是不同的个体，他们都有自己的特长和缺点，教师在开展教学活动时不能以统一标准来安排任务，需要根据每个人的具体情况进行分析。例如，教师在教学一些较难的程序语言或者比较复杂的机器人构件，给学生布置具体的操作任务时，可以让理解能力和动手能力较强的同学自己独立完成操作，对能力较弱的同学，教师在旁边进行指导，确保让每个学生在接受一节机器人课程之后都能将收获最大化，都能达成本节课的教学目标。因此，教师在教学过程中应切实关注不同学生之间存在的差异，对学生实施差异化教学，促使每个学生都能在学习过程中真正发挥个人能力，并提升集体的专业知识能力。此外，教师不仅需要关注学生之间的差异，还应针对不同学生之间的差异，以小组合作学习的方式，让表现较好、能力较强的学生对后进生进行帮助，最终才能促使小学机器人教学效果更好。此外，在教学过程中，教师还应注重循序渐进地进行教学，只有让学生一步步掌握基础知识，才能在此基础上完成更高层次的教学活动。

五、结束语

STEM教育是一种跨学科的教育模式，结合STEM 教育的机器人教育是向機器人领域输送人才的重要渠道。在小学机器人教育中融合STEM教育可以提升教学效率，更好地实现教学目标。在具体的教学过程中，教师应该努力设计出具有趣味性、实践性和教育意义的环节，让每位学生都对学习充满兴趣，在学习过程中提升实际操作能力，促进学生的综合能力得到发展和提升。

【参考文献】

[1]杜娟，臧晶晶.STEM教育视野下小学低年级智能机器人教学模式研究[J].中小学信息技术教育，2014（5）：52-54.

[2]李强.STEM教育理念下普及人工智能教育实践研究——以智能机器人为例[J].教育信息技术，2019（11）：16-19.

（基金项目：本文系南京市2020年度“十三五”教育科学研究规划课题“融合STEM教育的小学机器人教学策略研究”的研究成果，课题立项编号：L/2020/222）