小學一二年級科技論文怎么寫(2)
小學一二年級科技論文范文
試論如何在科技館中開展中小學機器人教育
[摘要] 隨著機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,世界各國都認識到,培養(yǎng)機器人設(shè)計與操作人才的重要性。因此,紛紛出臺政策加強對中小學生的機器人教育。科技館作為重要的校外教育機構(gòu),也有必要在此領(lǐng)域發(fā)揮自己的作用。通過分析認為,科技館的機器人教育應(yīng)定位于中小學機器人校內(nèi)教育的補充與提高,提出在建構(gòu)主義教育理論的指導下,以項目學習的模式,開展機器人俱樂部、夏令營及機器人比賽等形式的中小學生機器人教育。
[關(guān)鍵詞] 科技館 中小學機器人教育 建構(gòu)主義 項目學習
自上世紀50年代以來,隨著人工智能技術(shù)的迅速發(fā)展,機器人產(chǎn)業(yè)也發(fā)生了日新月異的變化。雖然其初衷是為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防等領(lǐng)域服務(wù),但隨著技術(shù)的進步及社會需求的發(fā)展,它已對普通公眾的生活產(chǎn)生了潛移默化的影響,在醫(yī)療、教育、娛樂、交通等領(lǐng)域都能看到機器人“身影”,這也使人們愈來愈認識到,培養(yǎng)機器人設(shè)計與操作人才對機器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要性。因此,目前很多中小學校和校外機構(gòu)都開設(shè)了機器人教育及培訓課程,這對機器人人才儲備而言具有重大意義。而作為校外教育不可或缺的一個環(huán)節(jié),科技館在中小學機器人教育體系中理應(yīng)占據(jù)一席之地,發(fā)揮出自己的作用。那么,如何發(fā)揮呢?筆者認為,應(yīng)在明確機器人教育的概念、厘清其發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,結(jié)合科學教育理論,確定合適的教育模式并加以實施。
一、機器人教育的概念
1920年,當捷克斯洛伐克作家卡雷爾•恰佩克在他的科幻小說《羅薩姆的機器人萬能公司》中創(chuàng)造出“機器人(Robot)”這個詞的時候,他肯定沒料到在近一個世紀之后,其小說中讓機器人代替人類勞動的情節(jié)已經(jīng)變成了現(xiàn)實,并且它們還對公眾生活產(chǎn)生了巨大的影響。
伴隨著“機器人”這個詞的誕生,社會各界一直對它的定義爭論不已,但是一般說來,人們都可以接受這種說法,即機器人是靠自身動力和控制能力來實現(xiàn)各種功能的一種機器。聯(lián)合國標準化組織采納了美國機器人協(xié)會給機器人下的定義:“一種可編程和多功能的,用來搬運材料、零件、工具的操作機;或是為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可改變和可編程動作的專門系統(tǒng)。”
那么,什么是“機器人教育”呢?根據(jù)目前被廣泛采用的彭紹東教授的定義,“機器人教育”就是學習、利用機器人,優(yōu)化教育效果及師生勞動方式的理論與實踐。
彭教授根據(jù)機器人在教學中扮演的角色,把機器人教育分為五大類:
(1)機器人學科教學(Robot Subject Instruction,簡稱RSI);
(2)機器人輔助教學(Robot―Assisted Instruction,簡稱RAI);
(3)機器人管理教學(Robot――Managed Instruction,簡稱RMI);
(4)機器人代理(師生)事務(wù)(Robot―Represented Routine,簡稱RRR);
(5)機器人主持教學(Robot――Directed Instruction,簡稱RDI)。
國內(nèi)外目前所開展的主要是前兩個類型,即機器人學科教學(RSI)和機器人輔助教學(RAI)。前者是指以機器人為對象進行學習,學習的內(nèi)容是“機器人學科”;而后者指的是以機器人為工具進行學習,學習的內(nèi)容是“自然科學的各個學科”。由于國內(nèi)外情況的差異,我國中小學目前所開展的機器人教育以“機器人學科教學”為主,而國外則兩種教育類型發(fā)展較為平均,并無特殊偏重。
二、國內(nèi)外中小學機器人教育的現(xiàn)狀
在一些發(fā)達國家,機器人教育已經(jīng)成為中小學教育的熱點。在美國,一般通過機器人技術(shù)課程、機器人輔助教學課程、課外活動及機器人主題夏令營等定期活動來對中小學生進行機器人教育。比如,美國加利福尼亞州高中工程與技術(shù)聯(lián)盟在為高中生開設(shè)的工程與技術(shù)選修課程中,提供了ROBOTICS課程,主要介紹機器人技術(shù)歷史,基礎(chǔ),術(shù)語,微控制,傳感器,程序控制等方面的知識;美國國家自然基金支持的項目“K―12 教育中的機器人技術(shù)”,目的是幫助K―12 教師以及其他教育者開發(fā)或改進以機器人作為一種工具,來教授STEM 的課程和開發(fā)機器人技術(shù)課程;印地安那州的Purdue大學與LAFAYETTE學校合作,在5至8年級學生課外活動中開展的ROBOTICS項目;Carnegie Mellon大學提供的針對高中生的ROBOCAMP暑期機器人計劃,通過八星期的課程,使學生懂得一些基本的與機器人有關(guān)的電子,機械和計算機科學知識。
在日本,其機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已經(jīng)超過了歐美各國,這與他們對機器人教育的高度重視密不可分。他們不光在各個大學設(shè)立了機器人研究專業(yè),并且在中小學的教學大綱中也加進了機器人課程。每年定期舉辦針對不同層次學生的機器人設(shè)計和制作大賽,各個學校也會在假期舉辦機器人研習營,從而形成了一個多角度、全覆蓋的機器人教育體系。
此外,英國、俄羅斯、巴西、新加坡等國也早已出臺了多項措施推進本國的中小學機器人教育發(fā)展。
而我國的中小學機器人教育則起步較晚,且覆蓋面較小。2000年,北京景山學校以科研課題的形式將機器人普及教育納入到信息技術(shù)課程中,在國內(nèi)率先開展了中小學機器人課程教學。2001年,上海市西南位育中學、盧灣高級中學等學校開始以“校本課程”的形式進行機器人活動進課堂的探索和嘗試。2005年,哈爾濱市正式將機器人引入課堂教學,在哈爾濱師大附小、60中、省實驗中學等41所學校開設(shè)了“人工智能與機器人”課程,用必修課形式對中小學生進行機器人科學方面的教育。
除了這些進行正規(guī)課堂教學的學校外,有些中小學則采用興趣班、培訓班的形式開展機器人教育。
慶幸的是,我國政府已經(jīng)意識到中小學機器人教育的重要性,并在“課標”中有所體現(xiàn)。如教育部在2003年4月正式頒布的《普通高中技術(shù)課程(實驗)標準》中,首次在“通用技術(shù)”科目中設(shè)立了“簡易機器人制作”模塊,它是基于計算機技術(shù)的學習的平臺、將機械傳動與單片機的應(yīng)用有機組合的一個選修課程模塊?，F(xiàn)在,新的高中課程標準在“信息技術(shù)”科目中也已設(shè)立了“人工智能初步”選修模塊,這是我國高中階段開展人工智能教育邁出的第一步。
不過值得注意的是,在我國中小學機器人教育體系中,科技館所占比例幾可忽略。我們認為作為青少年科普的重要陣地,科技館理應(yīng)在中小學機器人教育中發(fā)揮更大的作用。
三、科技館與中小學機器人教育
1.科技館在中小學機器人教育中的定位
作為校外科普機構(gòu),科技館不可能將完成“課標”為己任,而是應(yīng)定位于中小學機器人校內(nèi)教育的補充與提高。就中國的情況而言,我們認為,補充的內(nèi)容應(yīng)該是校內(nèi)教育極少涉及的機器人輔助教學(RAI),而提高的內(nèi)容是校內(nèi)教育已有一定基礎(chǔ)的機器人學科教學(RSI)。
2.科技館在中小學機器人教育中可采用的指導理論
在杜威“做中學”、皮亞杰的“發(fā)生認識論”以及維果斯基“心理發(fā)展的文化歷史學說”基礎(chǔ)上發(fā)展起來的建構(gòu)主義教育理論(本文的討論范圍不包括激進的建構(gòu)主義〈radical constructionism〉),近年來已經(jīng)在科學教育領(lǐng)域中產(chǎn)生了巨大影響。
建構(gòu)主義認為,世界是客觀存在的,但世界的意義卻是由人建構(gòu)的。它強調(diào)知識的動態(tài)發(fā)展性,并認為知識不是通過教師傳授得到的,而是學習者在一定的情境(即社會文化背景下),借助其他人(包括教師和學習伙伴)的幫助,利用必要的學習資料,通過意義建構(gòu)的方式而獲得。由于學習是在一定的情境(即社會文化背景下),借助其他人的幫助(即通過人際間的協(xié)作活動)而實現(xiàn)的意義建構(gòu)過程,因此建構(gòu)主義學習理論認為“情境”、“協(xié)作”、“交流”和“意義建構(gòu)”是學習環(huán)境中的四大要素。
在學習過程中,學習者處于中心地位,是信息加工的主體,要主動對意義進行建構(gòu);而教師則是意義建構(gòu)的幫助者,而非知識的灌輸者。故在此理念下,整個學習過程中,學生要充分發(fā)揮自己的主動性,使用探究的方式,以自己已有的知識和經(jīng)驗為基礎(chǔ),努力構(gòu)建屬于自己的新知識;他們需要主動搜集、分析相關(guān)信息、資料,并對要學習的問題提出假設(shè)并加以驗證。而教師的任務(wù)則是激發(fā)學生的學習興趣,創(chuàng)設(shè)符合學習內(nèi)容的情境,提示新舊知識之間聯(lián)系,引導學生之間的協(xié)作、對話,從而幫助學生完成新知識的構(gòu)建。
建構(gòu)主義教育理論與科技館教育的教育特點非常契合。因為“科技館教育的本質(zhì)特點在于它模擬再現(xiàn)了科研和生產(chǎn)活動的實踐過程,并且不是簡單地模擬再現(xiàn),而是以學習為目的、經(jīng)過改造的模擬再現(xiàn),創(chuàng)造了引導觀眾進入探索與發(fā)現(xiàn)科學過程的條件?？萍拣^提供的‘從實踐中學習’的途徑不僅成為它與其他教育、傳播機構(gòu)及傳統(tǒng)博物館的最大區(qū)別,而且是科技館生存與發(fā)展的價值所在。”也就是說,科技館的教育需要創(chuàng)設(shè)學習情境,引導觀眾自己進行意義建構(gòu),并且在此過程中,可能伴有觀眾與科技館員工或觀眾之間的交流,這恰恰正是一個完整的建構(gòu)主義者所提倡的教育過程。
3.科技館在中小學機器人教育中可采用的模式
1918年,著名教育學家克伯屈(William Heard Kilpatrick)在他名為《項目(設(shè)計)教學法:在教育過程中有目的活動的應(yīng)用》的文章中,首次提出了“項目學習(Project-based Learning)”的概念,用以說明有目的的設(shè)計行為對教育的重要性及其在教育過程中的應(yīng)用。它讓“學生自己計劃、運用已有的知識經(jīng)驗,通過自己的操作,在具體的情境中解決實際問題”。它是“一套能使教師指導兒童對真實世界進行深入研究的課程活動,它在真實世界中讓學生借助多種資源開展探究活動,并在一定時間內(nèi)解決一系列相互關(guān)聯(lián)著的問題的一種新型的探究性的學習,具體表現(xiàn)為構(gòu)想、驗證、完善、制造出某種東西,它可以是有形的由學生制作的物體,如書、劇本或一項發(fā)明等。”20世紀二三十年代,項目教學法已經(jīng)在美國一些學校的低年級中得到了運用,到20世紀八九十年代,則在廣大中小學中得到了普遍推廣。
我們認為,項目學習法正是在科技館中進行機器人教育所可以采用的模式。不論是機器人學科教學(RSI),還是機器人輔助教學(RAI),都可以項目學習的模式開展。而可采用的活動形式有機器人俱樂部、夏令營、機器人比賽等。
選定項目后,就需要組織學生對主題的探究活動。這一階段一般都以學習小組或團隊的形式進行。學生首先要對項目的主題進行調(diào)查、討論,提出解決問題的假設(shè);然后收集相關(guān)信息,對它們進行處理和分析,再驗證或推翻之前的假設(shè),最終得出問題的解決方案。在整個探究過程中,為有利于學生自我知識的建構(gòu),應(yīng)對他們的一切探索和決定都持鼓勵態(tài)度,而毋須規(guī)定出唯一正確的答案。
四、結(jié)論
科技館作為重要的校外教育機構(gòu),也有必要在此領(lǐng)域發(fā)揮自己的作用。本文通過分析認為,科技館的機器人教育應(yīng)定位于中小學機器人校內(nèi)教育的補充與提高,補充的內(nèi)容應(yīng)該是校內(nèi)教育極少涉及的機器人輔助教學(RAI),而提高的內(nèi)容是校內(nèi)教育已有一定基礎(chǔ)的機器人學科教學(RSI)。具體應(yīng)在建構(gòu)主義教育理論的指導下,以項目學習的模式,開展機器人俱樂部、夏令營及機器人比賽等形式的中小學生機器人教育。
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