師范專業(yè)機器人課程改革初探論文.doc

師范專業(yè)機器人課程改革初探論文 摘要在“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”的背景之下，創(chuàng)客理念得到了越來越多教育者的關注。這一理念也為日前存在諸多問題的師范專業(yè)機器人課程改革提供了新的思路。師范專業(yè)機器人課程改革可引入創(chuàng)客教育:設計以創(chuàng)客理念為指導的課程改革方案，進行課程內容重構，打破傳統(tǒng)課堂壁壘的校企合作;校企合作，實踐課程外延;分層開放，創(chuàng)新實踐;充分發(fā)揮語言優(yōu)勢，線上線下混合學習。以創(chuàng)客思想為指導不僅能夠鼓勵學生多動手、勤動手，還能提高學生解決問題的實踐創(chuàng)新能力，為創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)打下基礎。 關鍵詞創(chuàng)客教育;師范專業(yè);機器人課程;教學改革 一、創(chuàng)客和機器人課程 (一)創(chuàng)客及創(chuàng)客教育 “創(chuàng)客”一詞英文單詞“Maker”，是指樂于動手和實踐，努力把各種創(chuàng)意轉變?yōu)楝F(xiàn)實的人。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“開放創(chuàng)新、探究體驗”，以“創(chuàng)造中學”為主要學習方式，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，可以是智能機器人設計制作、3D打印技術、開源軟硬件、Scratch創(chuàng)意設計、AppInventor創(chuàng)新設計、虛擬與增強現(xiàn)實技術、無人機、數(shù)控機床、激光切割機、可穿戴設備、陶藝、藝術剪紙、木工雕刻等基于STEAM教育的多種學科知識的匯聚與融合。4可見，機器人課程是非常好的創(chuàng)客教育載體。 (二)師范專業(yè)機器人課程現(xiàn)狀 應用型本科院校培養(yǎng)的師范生將從事中小學教學，這決定了師范專業(yè)機器人課程定位應該有自己的特色，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)的學術型人才。目前，師范專業(yè)機器人課程教學中存在以下問題:第一，課程以人工智能等原理性介紹為主，學生動手實踐機會少。課程學習不能很好地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。實踐器材更新快，價格相對較高，也是導致學生實踐缺乏的原因之一。第二，重技術講授，忽略實際問題的跨學科性。目前，師范院校的機器人課程僅針對計算機專業(yè)的學生開展，課程主要還是機器人原理、人工智能等的介紹，不僅教學內容單一，而且課程實驗以模擬實驗為主，學生的作品往往缺乏個性，談不上創(chuàng)新。第三，與中小學教學脫節(jié)。目前，我國的中小學機器人教育主要以校內第二課堂以及校外機器人教育培訓機構等的形式開展，隨著人工智能技術及STEAM教育的日益興起，中小學機器人教育發(fā)展迅猛。中小學機器人課程設計主要依據創(chuàng)客和STEAM教學理念，依托特定器材和機器人賽事活動廣泛開展。筆者曾在浙江省中小學教師繼續(xù)教育培訓中了解到，多數(shù)中小學校已開展Scratch等與機器人的結合教學，但這類內容在高校師范生培養(yǎng)中卻很少涉及。鑒于以上存在的問題，師范專業(yè)機器人課程教學的改革勢在必行。 (三)創(chuàng)客理念與機器人課程結合的優(yōu)勢 創(chuàng)客教育是創(chuàng)客文化與教育的結合體，它基于學生的興趣，以項目學習的方式，使用數(shù)字化工具，倡導造物，鼓勵分享，是培養(yǎng)跨學科解決問題能力、團隊協(xié)作能力和創(chuàng)新能力的一種素質教育。5在信息技術教育這一創(chuàng)新教育的具體實施方式中，機器人課程無疑是最好的實施模式，這也為機器人課程的改革提供了新的思路。同時，計算機專業(yè)師范生培養(yǎng)的首要目標是將學生培養(yǎng)成為優(yōu)秀的中小學信息技術教師，其次是鼓勵選拔創(chuàng)客人才。基于創(chuàng)客理念的機器人教育可以通過理論學習、實踐操作、協(xié)同探究等多種方式，讓學生在創(chuàng)造中學習，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，會讓師范生在今后走向工作崗位時擁有創(chuàng)客思維。 二、創(chuàng)客理念下的師范專業(yè)機器人課程教學模式 根據創(chuàng)客教育的理念，在開設的機器人課程中，教師需要使用一些工具(硬件開發(fā)基礎工具、開源硬件、手工工具等)，運用一些方法，為學生搭建一個良好的實踐環(huán)境。因此，我們在課程改革中提出了以問題學習(problembasedlearning)和項目學習(projectbasedlearning)為導向的“模塊課程眾創(chuàng)空間校企合作”三位一體互相結合的創(chuàng)客教育實踐育人模式。根據中小學機器人課程發(fā)展現(xiàn)狀，結合師范生機器人課程具體要求，融入創(chuàng)客教育的多種載體，我們首先將原來單一化的機器人課程模塊化。具體模塊如圖1所示。在硬件開發(fā)基礎模塊，主要介紹基礎硬件開發(fā)工具電路板數(shù)字傳感器、開源硬件Arduino、手工加工工具等。Scratch編程與機器人模塊，主要介紹Scratch工具以及它與機器人的互連控制。虛擬機器人模塊則主要利用蘿卜圈虛擬機器人平臺為學生介紹機器人的相關知識。AppInventor手機控制機器人模塊主要講授利用AppInventor平臺進行手機應用創(chuàng)意開發(fā)，以及如何利用手機上的各種傳感器對實際獲得的數(shù)據進行建模、應用等。互動媒體技術則教授如何利用視頻甚至VR、AR等新技術、新媒體工具展示創(chuàng)意作品。所有的教學環(huán)節(jié)都以問題學習和項目學習為導向，如教師從“垃圾分類問題”出發(fā)，要求學生以此為主題，設計機器人，自主創(chuàng)意完成作品并拍攝演示視頻。在實踐環(huán)節(jié)教師可以充分利用校企合作解決資金短板問題，根據學生的不同層次，利用開放實驗室及眾創(chuàng)空間發(fā)揮學生的個性及特長。 三、教學改革及實踐探索 根據創(chuàng)客理念，我們從以下幾個方面進行了具體的教學改革實踐。 (一)教學內容重構，打破傳統(tǒng)課堂壁壘 考慮到機器人課程的特點和社會需求，我們一方面對教學內容進行重構，打破傳統(tǒng)課堂壁壘，一方面邀請中小學相關課程專家進課堂。在課程內容中，我們增加了機器開發(fā)硬件基礎、Arduino創(chuàng)意機器人、Scratch編程與機器人、虛擬機器人、AppInventor手機控制機器人、互動媒體技術等模塊內容。同時，我們也利用浙江省中小學教師繼續(xù)教育發(fā)展培訓項目等途徑，打破傳統(tǒng)課堂壁壘，邀請中小學、蘿卜圈公司、樂高培訓基地、杭州市青少年宮的名師和機器人領域的專家走進大學課堂，開展講座和輔導活動。這不僅大大開拓了師范生的視野，而且也讓他們有機會更快更早地了解社會及中小學校的需求、現(xiàn)狀，在教學見習和實習階段更好地適應中小學的具體要求。 (二)校企合作，延展實踐課程 機器人課程，實踐是關鍵。但目前的部分主流器材，如樂高機器人，價格高昂。我們通過與杭州維動教育咨詢有限公司旗下的樂高文三中心建立校企合作關系，搭建了良好的師資行業(yè)交流平臺。在機器人課程中，我們采用邀請企業(yè)導師來校講座以及實踐課程課堂延展外移等手段進行合作。校企合作的優(yōu)勢如下:一方面讓學生接觸到一線高端器材，開闊眼界，直接實踐，節(jié)省器材開支，一定程度上解決課程實驗經費不足的問題;另一方面，學校為合作企業(yè)輸出實習生，幫助企業(yè)解決用人困難，為學生的實踐實習提供很好的平臺，避免了以往實習參與度不夠的情況。圖2、圖3為學生在樂高中心學習小車拼接及控制巡線的實踐。 (三)分層開放，創(chuàng)新實踐 創(chuàng)客教育重在動手創(chuàng)造，其理念指導下的機器人課程重在實踐。因此，在實踐環(huán)節(jié)我們采用了“創(chuàng)設環(huán)境，分層開放，鼓勵創(chuàng)新”的方略。在實踐環(huán)節(jié)，根據學生的學習情況、差異和學習意愿，我們對學生進行了分層教學，將學生分為基礎、提高、創(chuàng)新三個層次，并采取不同的實踐創(chuàng)新模式。對于基礎類的學生，要求他們在實踐課程中完成課程必做的實驗內容;對于學有余力、愿意提高的學生，實驗室在平時的一、三、五晚上和暑假特定時間對他們開放，讓他們完成提高類的實驗內容。根據學有余力學生的情況，鼓勵他們分組參加學校和省里的電子設計、機器人、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等競賽。在學有余力的學生中選拔創(chuàng)新類的學生，為他們配備導師，用實驗室全方位的開放模式，利用一切可能的資源，幫助他們搭建創(chuàng)客環(huán)境、申請大學生科研項目，入駐眾創(chuàng)空間;鼓勵他們自主創(chuàng)新，甚至提前創(chuàng)業(yè)，成為真正的創(chuàng)客。圖4為開放實驗室小型創(chuàng)客空間一角，圖5為新建成的眾創(chuàng)空間，里面已經規(guī)劃有小型攝影空間，圓桌創(chuàng)客空間等，可以進行創(chuàng)客實踐活動。 (四)充分發(fā)揮語言優(yōu)勢，線上線下混合教學 考慮到學生的個體差異，基于課堂課外，線上線下混合學習的理念，我們還在課程中融入了新技術新理念的課外線上自學模塊。創(chuàng)客運動發(fā)源于美國，目前的開放網絡資源的通用語言也是英語。學習者雖然可以借助翻譯軟件進行翻譯閱讀，但效果遠不及原版閱讀。而浙江外國語學院的學生，因為入校時有高考英語成績的最低要求，相比其他高校的學生，他們在大學期間也會接受更多更全面的英語基礎課程學習，學生的英語基礎相對較好。這就為課外新技術的自主學習提供了條件，有助于原版學習內容的學習和落實。我們通過為學生提供IntroductiontoAutonomousRobots等經典原版機器人入門教材，以及Coursera、edX、Udacity、TED演講等開放課程資源，讓學生根據自身的實際情況選擇不同程度的內容進行學習，并且以兩周一次的小組Seminar形式進行分享交流。這在一定程度上拓展了學生的知識面，有效地幫助學生提高了學習的能力。 四、結語 本文結合學校實際，在分析機器人課程教學實際問題的基礎上，以創(chuàng)客思想為指導對師范專業(yè)機器人課程進行了改革實踐。通過課程內容重構、校企合作走出去請進來、實踐課堂延展、實驗室分層開放、利用開放實驗室創(chuàng)造實驗環(huán)境及眾創(chuàng)空間、利用語言優(yōu)勢的混合教學實踐等方式，為學生提供了接觸真實環(huán)境和案例的機會。課程改革實效證明，以創(chuàng)客思想為指導不僅鼓勵了學生多動手、勤動手，提高了學生解決問題的實踐創(chuàng)新能力，還能為