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師范專業(yè)機器人課程改革初探論文
�。壅菰凇按蟊妱�(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(guān)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(shè)計以創(chuàng)客理念為指導(dǎo)的課程改革方案，進行課程內(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(xué)習(xí)。以創(chuàng)客思想為指導(dǎo)不僅能夠鼓勵學(xué)生多動手、勤動手，還能提高學(xué)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(chǔ)。
［關(guān)鍵詞］創(chuàng)客教育;師范專業(yè);機器人課程;教學(xué)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”一詞來源于英文單詞“Maker”，是指樂于動手和實踐，努力把各種創(chuàng)意轉(zhuǎn)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(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，可以是智能機器人設(shè)計制作、3D打印技術(shù)、開源軟硬件、Scratch創(chuàng)意設(shè)計、AppInventor創(chuàng)新設(shè)計、虛擬與增強現(xiàn)實技術(shù)、無人機、數(shù)控機床、激光切割機、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(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)機器人課程教學(xué)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(xué)生動手實踐機會少。課程學(xué)習(xí)不能很好地培養(yǎng)學(xué)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(dǎo)致學(xué)生實踐缺乏的原因之一。第二，重技術(shù)講授，忽略實際問題的跨學(xué)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(xué)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(xué)內(nèi)容單一，而且課程實驗以模擬實驗為主，學(xué)生的作品往往缺乏個性，談不上創(chuàng)新。第三，與中小學(xué)教學(xué)脫節(jié)。目前，我國的中小學(xué)機器人教育主要以校內(nèi)第二課堂以及校外機器人教育培訓(xùn)機構(gòu)等的形式開展，隨著人工智能技術(shù)及STEAM教育的日益興起，中小學(xué)機器人教育發(fā)展迅猛。中小學(xué)機器人課程設(shè)計主要依據(jù)創(chuàng)客和STEAM教學(xué)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(xué)教師繼續(xù)教育培訓(xùn)中了解到，多數(shù)中小學(xué)校已開展Scratch等與機器人的結(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。鑒于以上存在的問題，師范專業(yè)機器人課程教學(xué)的改革勢在必行。
(三)創(chuàng)客理念與機器人課程結(jié)合的優(yōu)勢
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，以項目學(xué)習(xí)的方式，使用數(shù)字化工具，倡導(dǎo)造物，鼓勵分享，是培養(yǎng)跨學(xué)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(zhì)教育。［5］在信息技術(shù)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(xué)生培養(yǎng)成為優(yōu)秀的中小學(xué)信息技術(shù)教師，其次是鼓勵選拔創(chuàng)客人才�；趧�(chuàng)客理念的機器人教育可以通過理論學(xué)習(xí)、實踐操作、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(xué)模式
根據(jù)創(chuàng)客教育的理念，在開設(shè)的機器人課程中，教師需要使用一些工具(硬件開發(fā)基礎(chǔ)工具、開源硬件、手工工具等)，運用一些方法，為學(xué)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(xué)習(xí)(problembasedlearning)和項目學(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)客教育實踐育人模式。根據(jù)中小學(xué)機器人課程發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)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(chǔ)模塊，主要介紹基礎(chǔ)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(xué)生介紹機器人的相關(guān)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(yīng)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(jù)進行建模、應(yīng)用等�；用襟w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)都以問題學(xué)習(xí)和項目學(xué)習(xí)為導(dǎo)向，如教師從“垃圾分類問題”出發(fā)，要求學(xué)生以此為主題，設(shè)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(jù)學(xué)生的不同層次，利用開放實驗室及眾創(chuàng)空間發(fā)揮學(xué)生的個性及特長。
三、教學(xué)改革及實踐探索
根據(jù)創(chuàng)客理念，我們從以下幾個方面進行了具體的教學(xué)改革實踐。
(一)教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)，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(xué)內(nèi)容進行重構(gòu)，打破傳統(tǒng)課堂壁壘，一方面邀請中小學(xué)相關(guān)課程專家進課堂。在課程內(nèi)容中，我們增加了機器開發(fā)硬件基礎(chǔ)、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(shù)等模塊內(nèi)容。同時，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)項目等途徑，打破傳統(tǒng)課堂壁壘，邀請來自中小學(xué)、蘿卜圈公司、樂高培訓(xùn)基地、杭州市青少年宮的名師和機器人領(lǐng)域的專家走進大學(xué)課堂，開展講座和輔導(dǎo)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(xué)校的需求、現(xiàn)狀，在教學(xué)見習(xí)和實習(xí)階段更好地適應(yīng)中小學(xué)的具體要求。
(二)校企合作，延展實踐課程
機器人課程，實踐是關(guān)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(guān)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(dǎo)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(xué)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(jīng)費不足的問題;另一方面，學(xué)校為合作企業(yè)輸出實習(xí)生，幫助企業(yè)解決用人困難，為學(xué)生的實踐實習(xí)提供很好的平臺，避免了以往實習(xí)參與度不夠的情況。圖2、圖3為學(xué)生在樂高中心學(xué)習(xí)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(dǎo)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(shè)環(huán)境，分層開放，鼓勵創(chuàng)新”的方略。在實踐環(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，我們對學(xué)生進行了分層教學(xué)，將學(xué)生分為基礎(chǔ)、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(chǔ)類的學(xué)生，要求他們在實踐課程中完成課程必做的實驗內(nèi)容;對于學(xué)有余力、愿意提高的學(xué)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(nèi)容。根據(jù)學(xué)有余力學(xué)生的情況，鼓勵他們分組參加學(xué)校和省里的電子設(shè)計、機器人、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等競賽。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(xué)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(jīng)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(xué)
考慮到學(xué)生的個體差異，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)客運動發(fā)源于美國，目前的開放網(wǎng)絡(luò)資源的通用語言也是英語。學(xué)習(xí)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(xué)院的學(xué)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(xué)生，他們在大學(xué)期間也會接受更多更全面的英語基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)，學(xué)生的英語基礎(chǔ)相對較好。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。我們通過為學(xué)生提供Introduction－to－Autonomous－Robots等經(jīng)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(xué)生根據(jù)自身的實際情況選擇不同程度的內(nèi)容進行學(xué)習(xí)，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(xué)生的知識面，有效地幫助學(xué)生提高了學(xué)習(xí)的能力。
四、結(jié)語
本文結(jié)合學(xué)校實際，在分析機器人課程教學(xué)實際問題的基礎(chǔ)上，以創(chuàng)客思想為指導(dǎo)對師范專業(yè)機器人課程進行了改革實踐。通過課程內(nèi)容重構(gòu)、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(xué)實踐等方式，為學(xué)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(dǎo)不僅鼓勵了學(xué)生多動手、勤動手，提高了學(xué)生解決問題的實踐創(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:
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