Day 48/100 STEAM机器人课程设计的思路及课堂实践—

STEAM机器人课程，作为一门新型的综合实践课程，被引入学校基础课程中，是一个很大的挑战和创新，对学生而言，在小学阶段接触机器人、编程可以为初高中的计算机编程奠定基础，对教师而言，机器人课程也是教师紧跟时代步伐，为未来而教的窗口。

一、机器人课程的三维目标

机器人课程作为学科教学，在知识目标上，是为了让学生了解智能机器人的概念和工作方式，掌握机器人相应的软、硬件知识和应用基础知识；在技能目标上，是让学生能够进行机器人的编程，理解体会程序时智能机器人的灵魂，并能简单维护机器人；在情感目标上，是培养学生对人工智能的兴趣，培养学生逻辑思考能力、规划能力，提高学生的分析问题和解决问题的能力。

由于小学生接受能力和知识基础的局限性，在各目标层面上，都需要降低难度，因此，在课程设计之初，侧重点放在技能和情感两个维度，对知识简单理解即可。在本学期的目标达成上：知识层面，能够简单理解小灯点亮、光敏传感器、声音传感器、避障传感器、电机的工作原理；在技能层面，能使用编程软件，让小车有序亮灯、走直线、转弯、后退、听到声音或未感受到光时点亮小灯、遇到障碍停止等简单的程序，并能在此基础上完成较复杂的自由设计及主题创意；在情感层面，在小组活动中，提高小组合作、理解倾听、分工合作等能力，同时培养学生的抗挫折能力、坚持的品质以及创造力。

Day 48/100 STEAM机器人课程设计的思路及课堂实践——以《救援机器人》为例

二、课程设计的基本思路

1、在知识技能学习阶段：重场景设计，品多重体验，培养合作意识

我以“像科学家一样工作”为出发点，以实验探究、学习中心等教学方式，主要培养学生的知识和技能，让学生在多种真实情境下，尝试不同角色，达到教学目的，学习基本的理论知识，如“实验室场景”、“爱因斯坦研究室”、“东方明珠建筑工地”。在体验角色的过程中，学生通过动手、实验、小组合作学习等方式，学习如何学习新知识，并运用到实践中；学生通过小组合作，体会不同角色的不可孤立性。

Day 48/100 STEAM机器人课程设计的思路及课堂实践——以《救援机器人》为例

2、在知识应用提升阶段：重任务驱动，践学习成果，激发学习潜能

这个阶段是，在做中继续学习知识的高阶应用，包括如何编写更简单的程序、如何执行更符合活动要求、如何让小车行走更符合规则等，因此需要学生掌握基本技能，并能简单运用。通过任务驱动的教学方法，以任务为明线，以培养学生的技能和情感为主，以教师为主导、学生为主体，在有意义的情境中，让学生完成具体真实地“任务”，熟练掌握基本的技能，同时在解决问题达成目标任务的过程中培养抗挫折能力、坚持的品质，以及成就感，从而激发学生形成一个认知、情感活动的良性循环，培养勇于探索，不断创新，持续迭代的精神。

Day 48/100 STEAM机器人课程设计的思路及课堂实践——以《救援机器人》为例

任务驱动中的情境，是一个有意义的真实生活中的情境，能够激发学生的兴趣，提高学生的积极性的，如在机器人走迷宫课程中，结合万圣节设计了万圣节迷宫活动，小车在迷宫中需要找到智慧南瓜并离开迷宫。

在任务情境之下，教师需要设计多层次的活动，为学生搭建脚手架，学生能够如登山一样，即使有难度有挑战，但有拐杖可以借助。所以任务可以从“半封闭式”出发，发展到“开放式”。“半封闭式”活动是指，学生能够通过和教师一起解决一个小问题，找到一定解决问题的方法和思维路径，并能借助这种思维路径，过渡到“开放性”活动中，更开放、更独立、更多元地去完成任务，达成目标。

Day 48/100 STEAM机器人课程设计的思路及课堂实践——以《救援机器人》为例

3、课程资源开发

机器人课程的基本教材，以技能为主，学生手拿教材，即可照本宣科；课程的指导手册，根据学生的实际需要和学习进度，总结基本的知识和技能点，学生翻看手册，即可找到遗忘的知识；角色说明手册，根据学生的体验总结的不同角色需要达到的工作职能及要求，保证每位学生看完后，都能进入流程化工作。

三、以《救援机器人》为例，实践课程设计的思路

1、围绕“救援”情境，关注德育教育。

通过车祸作为情境导入，原因有三，第一是随着私家车拥有率的增加，交通事故也是频频发生，光2017年就发生超过800万起交通事故，而其中近2万青少年丧生于车轮之下，因此交通安全教育尤为重要；第二，本学期五年级引入了机器人小车编程课程，围绕小车展开了一系列教学，学生对“车”非常熟悉，但学生对小车的好奇玩乐兴趣多过规则行车，如何驾驶好自己的“小车”，学生既没有亲身体会，又不知其中危险；第三，在本节课前，学生已经学习过小车中的亮灯、前后左右运动、传感器使用及Mixly软件的操作学习，具备一定的编程能力，但是对综合性的实践活动课还没有很好地学习和应用。所以，设计此次活动，将学生带入救灾第一现场，希望学生在活动中，不仅学习到知识，熟练运用已学的知识技能，同时对规则驾驶有更深刻的理解。

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2、关注学情问题，筛选课程重难点。

在本节课前，学生已学习了板载LED灯、左右LED灯、小车电机、声音传感器和光敏传感器的基本原理，学习了各元件对应的语句、延时语句、条件语句、逻辑判断语句等，能够使用Mixly软件，完成简单的程序搭建，让小车实现亮灯、前后左右运动的功能，但学生对于如何直线更直、转弯角度更精确、直线走出具体的长度等还非常欠缺。因此，今天课程的重点是，学生能够通过小组合作，完成小车“直行前往救援中心并停止2秒”，其中对学生挑战最大的是如何让小车直行及如何控制小车正好走到救援中心。

在课程设置上，我校的STEAM课在70-80分钟之间，学生有足够的时间进行每一次活动的学习、实践，而对于小学生来说，时间的合理分配和管理能力还有所欠缺，因此本节课的难点是，学生需要在有限时间内，合理合作或分工，高效地完成活动。

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除此以外，在本节课前，学生对不同角色的工作属性有了初步了解，并具有一定的规则意识；初步学会了计划先行；具备一定的知识产权意识；能开展团队合作活动和分工合作。

3、基于课程重点，设计活动形式。

本节课中的重点为“走直线”和“走80厘米”。

“走直线”问题，学生需要进行不断调整左右电机转速，匹配出小车直行的左右电机转速；

“走80厘米”问题，能够达成重点的方法有许多，在仔细思考后发现，这是一个结合了路程、速度、时间等元素的数学问题，因此将活动的形式定为计算，但发现，计算时数据不足，因此加入了实验测试的活动，组合在一起，即通过实验测试，获得数据，将数据转化为数学问题，解决 “走80厘米”的课程重点。而这个实验方法和计算过程也能够为第二个活动带来思路，正好符合了“为学生搭建脚手架”这一要求，将学生从一个由教师引导出发的“半封闭式”活动，过渡到“开放式”的活动中，让学生能够自主探索、实践一种方法，并总结方法和合适性，最终二次运用合适的方法，达到方法的熟练巩固，同时解决新的问题。

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4、升华课程意义，回归计算思维。

除任务驱动下设计情境、活动过程中为教学重点设计的实验方法外，本节课中还设计了包含“计算思维”的模型。卡耐基美隆大学教授Jeannette Wing 定义计算思维是：利用计算机科学的基本概念解决问题, 设计系统和理解人类行为的一种思维方式。Looi Chee Kit教授认为，计算思维最核心的元素，是四个部分，分为“分解，模式识别，抽象，算法”，具备了这四个能力，人们就能为问题找到解决的方案，以程序的表现形式，则可以在计算机上执行，以流程或者规章制度的表现形式，则可以由人遵照执行。本节课的模型，是基于任务驱动，总结提炼出的解决问题的模型，对任务进行分解，识别困难，抽象出解决方法，提炼出计算模型，总结为“任务-困难-方法-实践-反思”，除了本节课外，在不同任务之下，都可以按照“任务-困难-方法-实践-反思”五个步骤，对任务进行分解、识别、抽象、算法，最终达成任务的目标。

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