小學(xué)一二年級(jí)科技論文怎么寫(2)
小學(xué)一二年級(jí)科技論文范文
試論如何在科技館中開展中小學(xué)機(jī)器人教育
[摘要] 隨著機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,世界各國(guó)都認(rèn)識(shí)到,培養(yǎng)機(jī)器人設(shè)計(jì)與操作人才的重要性。因此,紛紛出臺(tái)政策加強(qiáng)對(duì)中小學(xué)生的機(jī)器人教育。科技館作為重要的校外教育機(jī)構(gòu),也有必要在此領(lǐng)域發(fā)揮自己的作用。通過分析認(rèn)為,科技館的機(jī)器人教育應(yīng)定位于中小學(xué)機(jī)器人校內(nèi)教育的補(bǔ)充與提高,提出在建構(gòu)主義教育理論的指導(dǎo)下,以項(xiàng)目學(xué)習(xí)的模式,開展機(jī)器人俱樂部、夏令營(yíng)及機(jī)器人比賽等形式的中小學(xué)生機(jī)器人教育。
[關(guān)鍵詞] 科技館 中小學(xué)機(jī)器人教育 建構(gòu)主義 項(xiàng)目學(xué)習(xí)
自上世紀(jì)50年代以來,隨著人工智能技術(shù)的迅速發(fā)展,機(jī)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(guó)防等領(lǐng)域服務(wù),但隨著技術(shù)的進(jìn)步及社會(huì)需求的發(fā)展,它已對(duì)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(jī)器人“身影”,這也使人們愈來愈認(rèn)識(shí)到,培養(yǎng)機(jī)器人設(shè)計(jì)與操作人才對(duì)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要性。因此,目前很多中小學(xué)校和校外機(jī)構(gòu)都開設(shè)了機(jī)器人教育及培訓(xùn)課程,這對(duì)機(jī)器人人才儲(chǔ)備而言具有重大意義。而作為校外教育不可或缺的一個(gè)環(huán)節(jié),科技館在中小學(xué)機(jī)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(rèn)為,應(yīng)在明確機(jī)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(xué)教育理論,確定合適的教育模式并加以實(shí)施。
一、機(jī)器人教育的概念
1920年,當(dāng)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(jī)器人萬(wàn)能公司》中創(chuàng)造出“機(jī)器人(Robot)”這個(gè)詞的時(shí)候,他肯定沒料到在近一個(gè)世紀(jì)之后,其小說中讓機(jī)器人代替人類勞動(dòng)的情節(jié)已經(jīng)變成了現(xiàn)實(shí),并且它們還對(duì)公眾生活產(chǎn)生了巨大的影響。
伴隨著“機(jī)器人”這個(gè)詞的誕生,社會(huì)各界一直對(duì)它的定義爭(zhēng)論不已,但是一般說來,人們都可以接受這種說法,即機(jī)器人是靠自身動(dòng)力和控制能力來實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。聯(lián)合國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化組織采納了美國(guó)機(jī)器人協(xié)會(huì)給機(jī)器人下的定義:“一種可編程和多功能的,用來搬運(yùn)材料、零件、工具的操作機(jī);或是為了執(zhí)行不同的任務(wù)而具有可改變和可編程動(dòng)作的專門系統(tǒng)。”
那么,什么是“機(jī)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(jī)器人教育”就是學(xué)習(xí)、利用機(jī)器人,優(yōu)化教育效果及師生勞動(dòng)方式的理論與實(shí)踐。
彭教授根據(jù)機(jī)器人在教學(xué)中扮演的角色,把機(jī)器人教育分為五大類:
(1)機(jī)器人學(xué)科教學(xué)(Robot Subject Instruction,簡(jiǎn)稱RSI);
(2)機(jī)器人輔助教學(xué)(Robot―Assisted Instruction,簡(jiǎn)稱RAI);
(3)機(jī)器人管理教學(xué)(Robot――Managed Instruction,簡(jiǎn)稱RMI);
(4)機(jī)器人代理(師生)事務(wù)(Robot―Represented Routine,簡(jiǎn)稱RRR);
(5)機(jī)器人主持教學(xué)(Robot――Directed Instruction,簡(jiǎn)稱RDI)。
國(guó)內(nèi)外目前所開展的主要是前兩個(gè)類型,即機(jī)器人學(xué)科教學(xué)(RSI)和機(jī)器人輔助教學(xué)(RAI)。前者是指以機(jī)器人為對(duì)象進(jìn)行學(xué)習(xí),學(xué)習(xí)的內(nèi)容是“機(jī)器人學(xué)科”;而后者指的是以機(jī)器人為工具進(jìn)行學(xué)習(xí),學(xué)習(xí)的內(nèi)容是“自然科學(xué)的各個(gè)學(xué)科”。由于國(guó)內(nèi)外情況的差異,我國(guó)中小學(xué)目前所開展的機(jī)器人教育以“機(jī)器人學(xué)科教學(xué)”為主,而國(guó)外則兩種教育類型發(fā)展較為平均,并無(wú)特殊偏重。
二、國(guó)內(nèi)外中小學(xué)機(jī)器人教育的現(xiàn)狀
在一些發(fā)達(dá)國(guó)家,機(jī)器人教育已經(jīng)成為中小學(xué)教育的熱點(diǎn)。在美國(guó),一般通過機(jī)器人技術(shù)課程、機(jī)器人輔助教學(xué)課程、課外活動(dòng)及機(jī)器人主題夏令營(yíng)等定期活動(dòng)來對(duì)中小學(xué)生進(jìn)行機(jī)器人教育。比如,美國(guó)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(jī)器人技術(shù)歷史,基礎(chǔ),術(shù)語(yǔ),微控制,傳感器,程序控制等方面的知識(shí);美國(guó)國(guó)家自然基金支持的項(xiàng)目“K―12 教育中的機(jī)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(jìn)以機(jī)器人作為一種工具,來教授STEM 的課程和開發(fā)機(jī)器人技術(shù)課程;印地安那州的Purdue大學(xué)與LAFAYETTE學(xué)校合作,在5至8年級(jí)學(xué)生課外活動(dòng)中開展的ROBOTICS項(xiàng)目;Carnegie Mellon大學(xué)提供的針對(duì)高中生的ROBOCAMP暑期機(jī)器人計(jì)劃,通過八星期的課程,使學(xué)生懂得一些基本的與機(jī)器人有關(guān)的電子,機(jī)械和計(jì)算機(jī)科學(xué)知識(shí)。
在日本,其機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已經(jīng)超過了歐美各國(guó),這與他們對(duì)機(jī)器人教育的高度重視密不可分。他們不光在各個(gè)大學(xué)設(shè)立了機(jī)器人研究專業(yè),并且在中小學(xué)的教學(xué)大綱中也加進(jìn)了機(jī)器人課程。每年定期舉辦針對(duì)不同層次學(xué)生的機(jī)器人設(shè)計(jì)和制作大賽,各個(gè)學(xué)校也會(huì)在假期舉辦機(jī)器人研習(xí)營(yíng),從而形成了一個(gè)多角度、全覆蓋的機(jī)器人教育體系。
此外,英國(guó)、俄羅斯、巴西、新加坡等國(guó)也早已出臺(tái)了多項(xiàng)措施推進(jìn)本國(guó)的中小學(xué)機(jī)器人教育發(fā)展。
而我國(guó)的中小學(xué)機(jī)器人教育則起步較晚,且覆蓋面較小。2000年,北京景山學(xué)校以科研課題的形式將機(jī)器人普及教育納入到信息技術(shù)課程中,在國(guó)內(nèi)率先開展了中小學(xué)機(jī)器人課程教學(xué)。2001年,上海市西南位育中學(xué)、盧灣高級(jí)中學(xué)等學(xué)校開始以“校本課程”的形式進(jìn)行機(jī)器人活動(dòng)進(jìn)課堂的探索和嘗試。2005年,哈爾濱市正式將機(jī)器人引入課堂教學(xué),在哈爾濱師大附小、60中、省實(shí)驗(yàn)中學(xué)等41所學(xué)校開設(shè)了“人工智能與機(jī)器人”課程,用必修課形式對(duì)中小學(xué)生進(jìn)行機(jī)器人科學(xué)方面的教育。
除了這些進(jìn)行正規(guī)課堂教學(xué)的學(xué)校外,有些中小學(xué)則采用興趣班、培訓(xùn)班的形式開展機(jī)器人教育。
慶幸的是,我國(guó)政府已經(jīng)意識(shí)到中小學(xué)機(jī)器人教育的重要性,并在“課標(biāo)”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(shí)驗(yàn))標(biāo)準(zhǔn)》中,首次在“通用技術(shù)”科目中設(shè)立了“簡(jiǎn)易機(jī)器人制作”模塊,它是基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的學(xué)習(xí)的平臺(tái)、將機(jī)械傳動(dòng)與單片機(jī)的應(yīng)用有機(jī)組合的一個(gè)選修課程模塊。現(xiàn)在,新的高中課程標(biāo)準(zhǔn)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(guó)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(guó)中小學(xué)機(jī)器人教育體系中,科技館所占比例幾可忽略。我們認(rèn)為作為青少年科普的重要陣地,科技館理應(yīng)在中小學(xué)機(jī)器人教育中發(fā)揮更大的作用。
三、科技館與中小學(xué)機(jī)器人教育
1.科技館在中小學(xué)機(jī)器人教育中的定位
作為校外科普機(jī)構(gòu),科技館不可能將完成“課標(biāo)”為己任,而是應(yīng)定位于中小學(xué)機(jī)器人校內(nèi)教育的補(bǔ)充與提高。就中國(guó)的情況而言,我們認(rèn)為,補(bǔ)充的內(nèi)容應(yīng)該是校內(nèi)教育極少涉及的機(jī)器人輔助教學(xué)(RAI),而提高的內(nèi)容是校內(nèi)教育已有一定基礎(chǔ)的機(jī)器人學(xué)科教學(xué)(RSI)。
2.科技館在中小學(xué)機(jī)器人教育中可采用的指導(dǎo)理論
在杜威“做中學(xué)”、皮亞杰的“發(fā)生認(rèn)識(shí)論”以及維果斯基“心理發(fā)展的文化歷史學(xué)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(jìn)的建構(gòu)主義〈radical constructionism〉),近年來已經(jīng)在科學(xué)教育領(lǐng)域中產(chǎn)生了巨大影響。
建構(gòu)主義認(rèn)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(qiáng)調(diào)知識(shí)的動(dòng)態(tài)發(fā)展性,并認(rèn)為知識(shí)不是通過教師傳授得到的,而是學(xué)習(xí)者在一定的情境(即社會(huì)文化背景下),借助其他人(包括教師和學(xué)習(xí)伙伴)的幫助,利用必要的學(xué)習(xí)資料,通過意義建構(gòu)的方式而獲得。由于學(xué)習(xí)是在一定的情境(即社會(huì)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(dòng))而實(shí)現(xiàn)的意義建構(gòu)過程,因此建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為“情境”、“協(xié)作”、“交流”和“意義建構(gòu)”是學(xué)習(xí)環(huán)境中的四大要素。
在學(xué)習(xí)過程中,學(xué)習(xí)者處于中心地位,是信息加工的主體,要主動(dòng)對(duì)意義進(jìn)行建構(gòu);而教師則是意義建構(gòu)的幫助者,而非知識(shí)的灌輸者。故在此理念下,整個(gè)學(xué)習(xí)過程中,學(xué)生要充分發(fā)揮自己的主動(dòng)性,使用探究的方式,以自己已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ),努力構(gòu)建屬于自己的新知識(shí);他們需要主動(dòng)搜集、分析相關(guān)信息、資料,并對(duì)要學(xué)習(xí)的問題提出假設(shè)并加以驗(yàn)證。而教師的任務(wù)則是激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,創(chuàng)設(shè)符合學(xué)習(xí)內(nèi)容的情境,提示新舊知識(shí)之間聯(lián)系,引導(dǎo)學(xué)生之間的協(xié)作、對(duì)話,從而幫助學(xué)生完成新知識(shí)的構(gòu)建。
建構(gòu)主義教育理論與科技館教育的教育特點(diǎn)非常契合。因?yàn)?ldquo;科技館教育的本質(zhì)特點(diǎn)在于它模擬再現(xiàn)了科研和生產(chǎn)活動(dòng)的實(shí)踐過程,并且不是簡(jiǎn)單地模擬再現(xiàn),而是以學(xué)習(xí)為目的、經(jīng)過改造的模擬再現(xiàn),創(chuàng)造了引導(dǎo)觀眾進(jìn)入探索與發(fā)現(xiàn)科學(xué)過程的條件。科技館提供的‘從實(shí)踐中學(xué)習(xí)’的途徑不僅成為它與其他教育、傳播機(jī)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(jià)值所在。”也就是說,科技館的教育需要?jiǎng)?chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)情境,引導(dǎo)觀眾自己進(jìn)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(gè)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(xué)機(jī)器人教育中可采用的模式
1918年,著名教育學(xué)家克伯屈(William Heard Kilpatrick)在他名為《項(xiàng)目(設(shè)計(jì))教學(xué)法:在教育過程中有目的活動(dòng)的應(yīng)用》的文章中,首次提出了“項(xiàng)目學(xué)習(xí)(Project-based Learning)”的概念,用以說明有目的的設(shè)計(jì)行為對(duì)教育的重要性及其在教育過程中的應(yīng)用。它讓“學(xué)生自己計(jì)劃、運(yùn)用已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn),通過自己的操作,在具體的情境中解決實(shí)際問題”。它是“一套能使教師指導(dǎo)兒童對(duì)真實(shí)世界進(jìn)行深入研究的課程活動(dòng),它在真實(shí)世界中讓學(xué)生借助多種資源開展探究活動(dòng),并在一定時(shí)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(xué)習(xí),具體表現(xiàn)為構(gòu)想、驗(yàn)證、完善、制造出某種東西,它可以是有形的由學(xué)生制作的物體,如書、劇本或一項(xiàng)發(fā)明等。”20世紀(jì)二三十年代,項(xiàng)目教學(xué)法已經(jīng)在美國(guó)一些學(xué)校的低年級(jí)中得到了運(yùn)用,到20世紀(jì)八九十年代,則在廣大中小學(xué)中得到了普遍推廣。
我們認(rèn)為,項(xiàng)目學(xué)習(xí)法正是在科技館中進(jìn)行機(jī)器人教育所可以采用的模式。不論是機(jī)器人學(xué)科教學(xué)(RSI),還是機(jī)器人輔助教學(xué)(RAI),都可以項(xiàng)目學(xué)習(xí)的模式開展。而可采用的活動(dòng)形式有機(jī)器人俱樂部、夏令營(yíng)、機(jī)器人比賽等。
選定項(xiàng)目后,就需要組織學(xué)生對(duì)主題的探究活動(dòng)。這一階段一般都以學(xué)習(xí)小組或團(tuán)隊(duì)的形式進(jìn)行。學(xué)生首先要對(duì)項(xiàng)目的主題進(jìn)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(duì)它們進(jìn)行處理和分析,再驗(yàn)證或推翻之前的假設(shè),最終得出問題的解決方案。在整個(gè)探究過程中,為有利于學(xué)生自我知識(shí)的建構(gòu),應(yīng)對(duì)他們的一切探索和決定都持鼓勵(lì)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(jī)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(rèn)為,科技館的機(jī)器人教育應(yīng)定位于中小學(xué)機(jī)器人校內(nèi)教育的補(bǔ)充與提高,補(bǔ)充的內(nèi)容應(yīng)該是校內(nèi)教育極少涉及的機(jī)器人輔助教學(xué)(RAI),而提高的內(nèi)容是校內(nèi)教育已有一定基礎(chǔ)的機(jī)器人學(xué)科教學(xué)(RSI)。具體應(yīng)在建構(gòu)主義教育理論的指導(dǎo)下,以項(xiàng)目學(xué)習(xí)的模式,開展機(jī)器人俱樂部、夏令營(yíng)及機(jī)器人比賽等形式的中小學(xué)生機(jī)器人教育。
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