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在中职计算机专业中基于STEM的机器人创客教育的研究论文

发布时间:2021-01-22 09:58:29 文章来源:SCI论文网 我要评论














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摘要:随着信息技术在教育中的应用与普及,创客的学习实践变得越来越容易,进行机器人创客教育可以提高学生的动手创新思维。本文从实训室建设、课程设计、教学内容和设计方面进行基于STEM的机器人创客教育的研究,并找出适合的考核评价方式。

关键词:机器人教育;创客教育;STEM;中职计算机专业

本文引用格式:周伟.在中职计算机专业中基于STEM的机器人创客教育的研究[J].教育现代化,2019,6(81):298-299+336.

伴随着移动互联网、开源硬件、传感器、3D打印机、机器人等新技术在教育中的应用与普及,创客运动在国内外风起云涌,越来越多人开始关注人工智能,使用机器人去替代简单重复的劳动力,未来企业对简单重复的技能人才需求也将逐渐减少,未来的人才将趋向于有创新思维和动手实践。提高学生的创新创造思维和动手实践能力在学校里就尤为重要。

由于计算机及新一代信息技术的发展,中职计算机专业为了更好的适应时代的变化,不仅需要培养学生拔尖的专业技能,还需要培养学生的创新精神,学会思考。我们通过在中职计算机专业中基于STEM的机器人创客教育,可以有效激发学生创新创造的学习热情,提高学生的动手实践能力,为今后相关信息新技术的学习实践打下基础。

一 教育理念

创客是指出于兴趣爱好,根据自己的想法,努力把理想转变为现实的人。创客精神和教育的碰撞,出现了创客教育的概念,创客教育是创客文化与教育的结合,基于学生兴趣,以项目学习的方式开展,培养学生跨学科解决问题能力、团队协作能力和创新能力的教育。

STEM是科学(Science),技术(Technology),工程(Engineering),数学(Mathematics)四门学科英文首字母的缩写。STEM教育是科学、技术、工程和数学的教育,培养学生的综合能力,提高学生未来的竞争力。

(一)基于STEM的机器人创客教育

我们在中职计算机专业进行机器人创客教育研究,以模块化课程来进行实践,采用项目教学法,主要是激发学生的创新意识,让学生能了解多学科的知识技能,更好的服务专业学习[1]。

我们利用第二课堂(选修课)的形式进行教学实践,用课余时间让学生进行机器人创客教育学习,通过对学生学习情况了解,我们发现在第二课堂学习过机器人创客教育的学生中,学习专业技术的热情很高,逻辑思维有较大提高,针对信息技术的综合项目实践能较快完成,参加信息技术类多学科的技能比赛成绩优异。可见,机器人创客教育对学生的素质和能力有很大的提升,能有效提高学生的竞争力。我们如何把基于STEM的机器人创客教育引入中职计算机专业普通学生的教学中,下面我们从实训室建设、课程设计、教学内容设计和考核评价四个方面进行研究。

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(二)机器人创客教育实训室建设

机器人创客是一项集多门学科交织一起,涉及到电子、安装、接线、编程、测试等,实训室建设上要提供相关设备以及实训耗材,既要有统一机器人设备用于教学,又要能提供让学生能够创新实践的元器件和零配件[2]。

在实训室环境上要进行设计,以科技感来吸引学生,同时要有利于学生进行交流和分享。在教学中,我们以5-6人一组来开展教学,在设备和场地设计上,每组最多坐6名学生,每个小组配置笔记本电脑、安装接线工具2套、实训机器人设备2套,每组均配有电源和测试仪器。实训室工位采用岛型结构布局,在实训室后部分进行创新工作室的建设,创新工作室主要提供给比赛和创新实践的同学,让同学有机会展示自己,激发学生持续学习的兴趣,同时工作室同学制作相关的教学资源,可以协助教师进行教学,开展机器人创客的课外活动。

(三)机器人创客教育课程设计

机器人创客教育课程分为两个阶段:第一个阶段是普及阶段,第二阶段是进阶阶段。第一阶段主要给学生了解机器人,具备创客思维,激发学生的创新意识,提高学生的逻辑思维能力,对电子安装接线及编程的内容有所了解。第二阶段主要是让学生进行创客实践,让学生利用所学的知识进行创新实践,加深专业知识技能的理解。

第一阶段安排在第一学期,学习时间为一周,采用模块化教学形式来开展。第二阶段安排在第三学期,学习时间为一周,采用项目式教学形式来开展,主要培养学生编程实践的意识。第一、二阶段在机器人创客教育实训室来开展教学,第一阶段,以小组为单位进行实践,每组配置两台笔记本电脑,第二阶段以个人来进行创新实践,每人配置一台笔记本电脑。

(四)机器人创客教学内容设计

在课程教学内容设计上,以按需、够用为原则,既要让学生掌握知识,又要让学生学习感到轻松,提高学生学习兴趣,激发学生的创新意识。我们根据不同阶段进行了具体课程教学内容的设计[3]。

第一阶段按照目标设定->知识学习->开展活动->探索创新进行模块化教学,把STEM教育贯穿在教学过程中,如图1所示机器人创客教学模型。第一阶段教学内容:机器人组装、机器人接线、功能编程调试、比赛四个部分,教学内容基于STEM理念。机器人组装环节,让学生根据任务指导书进行机器人安装,每个小组有两套设备进行安装,主要培养学生的装配能力和工程思维(Engineering),提高学生的动手意识。机器人接线环节,让学生按照接线图进行接线,接线完成后,教师讲授万用表的使用,教会学生使用外用表进行测量,通过实践检验自己的接线情况,培养学生的科学(Science)和技术(Technology)知识。功能编程调试环节,通过图形化编程工具来进行,像搭积木式进行编程,学生可以快速上手入门,编程后可以进行场地运行,检验自己的程序逻辑是否正确,提高学生的数学逻辑思维(Mathematics)。比赛环节,学生根据教师制定比赛规则进行比赛,提升学生综合能力。

第二阶段的教学内容主要是采用C#语言来进行编程学习,配合物联网中传感器和控制器进行实践。学生已具备Java编程基础,再进行C#语言学习,可以帮助学生学会技术迁移。在教学内容上进行项目式教学,按照学->仿->思->创->享五个步骤进行迭代学习。主要教学内容有C#开发环境配置、C#变量与字符串、常用运算符的使用、C#流程控制语句的知识技能,通过完成物联网项目,培养学生创新实践的能力。教学内容上结合实际物联网硬件设备,让学生脱离出枯燥的语法学习。在讲解if条件语句的内容上,布置项目:当光照大于100时,打开风扇,光照小于等于100时,关闭风扇。把物联网传感器和控制器的接口提供给学生,学生通过任务指导书模仿完成工作任务,从而达到自己独立编程进行操作物联网设备,提高学习兴趣。学生结合硬件可以观察到编程带来的结果,更加容易激发学习热情,学生利用这些硬件也可以更好的进行创新,第二阶段整个教学及实践贯穿STEM教育[4]。

二考核评价

机器人创客教育主要是激发学生创新意识,培养学生探索精神。考核评价如果采用考试来进行评价,会打击学生学习的积极性和探索精神,我们针对两个阶段设计不同的考核评价。

第一阶段我们采用比赛形式来进行评价,比赛环节有两个任务,第一个任务是根据指定要求完成比赛,第二个任务是小组之间进行PK赛,第一个任务完成后,该门课程第一阶段成绩即为合格,第二个任务根据比赛结果进行评分,比赛结束后举行班级的颁奖,学生无论输赢,都可以提高学生的学习兴趣,激发学生的探索精神,在今后的课堂上能够更认真的专研专业技术。

第二阶段我们采用项目开发来进行评价,让学生自己动手搭建并编程实现一个项目,项目中分两个部分评价,第一部分是知识技能评价,第二部分是创新评价,第一部分占总评价的80%,第二部分占评价15%,平时上课表现及职业素养占5%。项目为学生自己动手设计搭建一个场景,并编程实现所需功能,要求学生至少使用C#编程语言的三个知识点来实现。第一部分通过使用的知识技能点,以及选择场景是否适合需求进行评价,能正确使用三个技术知识点,该课程第二阶段成绩为合格。第二部分根据项目是否具备创新性和实际意义来进行评分。最后通过学生之间相互参观,并让完成好的同学进行演示介绍,提高学生创客意识和沟通协调能力[5]。

三 结语

基于STEM的机器人创客教育感觉不能给学生带来很大的技术提升,但从学生发展来看,开展基于STEM的机器人创客教育是非常有必要,我们对本校软件工作室的学生进行实践,利用暑假时间,我们给工作室一年级的学生进行第一阶段的培训,学生反馈好玩,我们对这批学生进行一年的观察,发现经过基于STEM的机器人创客教育的学生,他们专业课程的学习较好,上课教师反馈他们学习主动性和探索性也要比其他同学强。可见,基于STEM的机器人创客教育是有助于提高中职学生的创新意识、逻辑思维和专业学习兴趣。

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参考文献

[1]孙苗,兰晓红,杨豪.基于创客理念的青少年机器人教育模式探究与实践[J].中国教育信息化,2018(5):18-21
[2]吕延会.STEM教育的核心精神[J].当代教育科学,2017(5):16-19.
[3]吴清泉.创客教育理念下的教学模式应用与实践——以“Arduino创意机器人之传感器总动员”为例[J].中小学数字化教学,2019(03):38-41.
[4]贾金元,武小龙,武国伟.面向创客教育的高中机器人教学与实践研究[J].基础教育参考,2017(22):41-44.
[5]文浩,陈燕飞.大数据时代下高校青年教师教学发展路径探析[J].教育现代化,2019,6(29):81-82.

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