师范专业机器人课程改革初探论文
［摘要］在“大众创业、万众创新”的背景之下，创客理念得到了越来越多教育者的关注。这一理念也为日前存在诸多问题的师范专业机器人课程改革提供了新的思路。师范专业机器人课程改革可引入创客教育:设计以创客理念为指导的课程改革方案，进行课程内容重构，打破传统课堂壁垒的校企合作;校企合作，实践课程外延;分层开放，创新实践;充分发挥语言优势，线上线下混合学习。以创客思想为指导不仅能够鼓励学生多动手、勤动手，还能提高学生解决问题的实践创新能力，为创新型人才的培养打下基础。
［关键词］创客教育;师范专业;机器人课程;教学改革
一、创客和机器人课程
(一)创客及创客教育
“创客”一词来源于英文单词“Maker”，是指乐于动手和实践，努力把各种创意转变为现实的人。［1］创客教育是一种贯穿终身的面向全人发展的培养个体DIY、创造能力与分享精神的教育理念和取向。［2］创客教育秉承“开放创新、探究体验”，以“创造中学”为主要学习方式，［3］其核心在于培养各式各类的创新型人才。创客的载体非常丰富，可以是智能机器人设计制作、3D打印技术、开源软硬件、Scratch创意设计、AppInventor创新设计、虚拟与增强现实技术、无人机、数控机床、激光切割机、可穿戴设备、陶艺、艺术剪纸、木工雕刻等基于STEAM教育的多种学科知识的汇聚与融合。［4］可见，机器人课程是非常好的创客教育载体。
(二)师范专业机器人课程现状
应用型本科院校培养的师范生将从事中小学教学，这决定了师范专业机器人课程定位应该有自己的特色，既有别于高职高专院校培养的技能型人才，又区别于传统研究型本科院校培养的学术型人才。目前，师范专业机器人课程教学中存在以下问题:第一，课程以人工智能等原理性介绍为主，学生动手实践机会少。课程学习不能很好地培养学生的创新意识和创新能力。实践器材更新快，价格相对较高，也是导致学生实践缺乏的原因之一。第二，重技术讲授，忽略实际问题的跨学科性。目前，师范院校的机器人课程仅针对计算机专业的学生开展，课程主要还是机器人原理、人工智能等的介绍，不仅教学内容单一，而且课程实验以模拟实验为主，学生的作品往往缺乏个性，谈不上创新。第三，与中小学教学脱节。目前，我国的中小学机器人教育主要以校内第二课堂以及校外机器人教育培训机构等的形式开展，随着人工智能技术及STEAM教育的日益兴起，中小学机器人教育发展迅猛。中小学机器人课程设计主要依据创客和STEAM教学理念，依托特定器材和机器人赛事活动广泛开展。笔者曾在浙江省中小学教师继续教育培训中了解到，多数中小学校已开展Scratch等与机器人的结合教学，但这类内容在高校师范生培养中却很少涉及。鉴于以上存在的问题，师范专业机器人课程教学的改革势在必行。
(三)创客理念与机器人课程结合的优势
创客教育是创客文化与教育的结合体，它基于学生的兴趣，以项目学习的方式，使用数字化工具，倡导造物，鼓励分享，是培养跨学科解决问题能力、团队协作能力和创新能力的一种素质教育。［5］在信息技术教育这一创新教育的具体实施方式中，机器人课程无疑是最好的实施模式，这也为机器人课程的改革提供了新的思路。同时，计算机专业师范生培养的首要目标是将学生培养成为优秀的.中小学信息技术教师，其次是鼓励选拔创客人才。基于创客理念的机器人教育可以通过理论学习、实践操作、协同探究等多种方式，让学生在创造中学习，更好地发展创新能力。课程中贯穿的创客理念和思想，会让师范生在今后走向工作岗位时拥有创客思维。
二、创客理念下的师范专业机器人课程教学模式
根据创客教育的理念，在开设的机器人课程中，教师需要使用一些工具(硬件开发基础工具、开源硬件、手工工具等)，运用一些方法，为学生搭建一个良好的实践环境。因此，我们在课程改革中提出了以问题学习(problembasedlearning)和项目学习(projectbasedlearning)为导向的“模块课程"众创空间"校企合作”三位一体互相结合的创客教育实践育人模式。根据中小学机器人课程发展现状，结合师范生机器人课程具体要求，融入创客教育的多种载体，我们首先将原来单一化的机器人课程模块化。具体模块如图1所示。在硬件开发基础模块，主要介绍基础硬件开发工具电路板数字传感器、开源硬件Arduino、手工加工工具等。Scratch编程与机器人模块，主要介绍Scratch工具以及它与机器人的互连控制。虚拟机器人模块则主要利用萝卜圈虚拟机器人平台为学生介绍机器人的相关知识。AppInventor手机控制机器人模块主要讲授利用AppInventor平台进行手机应用创意开发，以及如何利用手机上的各种传感器对实际获得的数据进行建模、应用等。互动媒体技术则教授如何利用视频甚至VR、AR等新技术、新媒体工具展示创意作品。所有的教学环节都以问题学习和项目学习为导向，如教师从“垃圾分类问题”出发，要求学生以此为主题，设计机器人，自主创意完成作品并拍摄演示视频。在实践环节教师可以充分利用校企合作解决资金短板问题，根据学生的不同层次，利用开放实验室及众创空间发挥学生的个性及特长。
三、教学改革及实践探索
根据创客理念，我们从以下几个方面进行了具体的教学改革实践。
(一)教学内容重构，打破传统课堂壁垒
考虑到机器人课程的特点和社会需求，我们一方面对教学内容进行重构，打破传统课堂壁垒，一方面邀请中小学相关课程专家进课堂。在课程内容中，我们增加了机器开发硬件基础、Arduino创意机器人、Scratch编程与机器人、虚拟机器人、AppInventor手机控制机器人、互动媒体技术等模块内容。同时，我们也利用浙江省中小学教师继续教育发展培训项目等途径，打破传统课堂壁垒，邀请来自中小学、萝卜圈公司、乐高培训基地、杭州市青少年宫的名师和机器人领域的专家走进大学课堂，开展讲座和辅导活动。这不仅大大开拓了师范生的视野，而且也让他们有机会更快更早地了解社会及中小学校的需求、现状，在教学见习和实习阶段更好地适应中小学的具体要求。
(二)校企合作，延展实践课程
机器人课程，实践是关键。但目前的部分主流器材，如乐高机器人，价格高昂。我们通过与杭州维动教育咨询有限公司旗下的乐高文三中心建立校企合作关系，搭建了良好的师资行业交流平台。在机器人课程中，我们采用邀请企业导师来校讲座以及实践课程课堂延展外移等手段进行合作。校企合作的优势如下:一方面让学生接触到一线高端器材，开阔眼界，直接实践，节省器材开支，一定程度上解决课程实验经费不足的问题;另一方面，学校为合作企业输出实习生，帮助企业解决用人困难，为学生的实践实习提供很好的平台，避免了以往实习参与度不够的情况。图2、图3为学生在乐高中心学习小车拼接及控制巡线的实践。
(三)分层开放，创新实践
创客教育重在动手创造，其理念指导下的机器人课程重在实践。因此，在实践环节我们采用了“创设环境，分层开放，鼓励创新”的方略。在实践环节，根据学生的学习情况、差异和学习意愿，我们对学生进行了分层教学，将学生分为基础、提高、创新三个层次，并采取不同的实践创新模式。对于基础类的学生，要求他们在实践课程中完成课程必做的实验内容;对于学有余力、愿意提高的学生，实验室在平时的一、三、五晚上和暑假特定时间对他们开放，让他们完成提高类的实验内容。根据学有余力学生的情况，鼓励他们分组参加学校和省里的电子设计、机器人、创新创业等竞赛。在学有余力的学生中选拔创新类的学生，为他们配备导师，用实验室全方位的开放模式，利用一切可能的资源，帮助他们搭建创客环境、申请大学生科研项目，入驻众创空间;鼓励他们自主创新，甚至提前创业，成为真正的创客。图4为开放实验室小型创客空间一角，图5为新建成的众创空间，里面已经规划有小型摄影空间，圆桌创客空间等，可以进行创客实践活动。
(四)充分发挥语言优势，线上线下混合教学
考虑到学生的个体差异，基于课堂课外，线上线下混合学习的理念，我们还在课程中融入了新技术新理念的课外线上自学模块。创客运动发源于美国，目前的开放网络资源的通用语言也是英语。学习者虽然可以借助翻译软件进行翻译阅读，但效果远不及原版阅读。而浙江外国语学院的学生，因为入校时有高考英语成绩的最低要求，相比其他高校的学生，他们在大学期间也会接受更多更全面的英语基础课程学习，学生的英语基础相对较好。这就为课外新技术的自主学习提供了条件，有助于原版学习内容的学习和落实。我们通过为学生提供Introduction－to－Autonomous－Robots等经典原版机器人入门教材，以及Coursera、edX、Udacity、TED演讲等开放课程资源，让学生根据自身的实际情况选择不同程度的内容进行学习，并且以两周一次的小组Seminar形式进行分享交流。这在一定程度上拓展了学生的知识面，有效地帮助学生提高了学习的能力。
四、结语
本文结合学校实际，在分析机器人课程教学实际问题的基础上，以创客思想为指导对师范专业机器人课程进行了改革实践。通过课程内容重构、校企合作走出去请进来、实践课堂延展、实验室分层开放、利用开放实验室创造实验环境及众创空间、利用语言优势的混合教学实践等方式，为学生提供了接触真实环境和案例的机会。课程改革实效证明，以创客思想为指导不仅鼓励了学生多动手、勤动手，提高了学生解决问题的实践创新能力，还能为创新型人才的培养打下一定的基础。
参考文献:
［1］付志勇．面向创客教育的众创空间与生态建构［J］．现代教育技术，2015(5):18－26．
［2］王佑镁，王晓静，包雪．创客教育连续统:激活众创时代的创新基因［J］．现代远程教育研究，2015(5):38－46．
［3］杨现民，李冀红．创客教育的价值潜能及其争议［J］．现代远程教育研究，2015(2):23，34．
［4］梁春晓．广州市教育信息中心王同聚:从机器人教育到教育创客［J］．教育信息技术，2016(6):7－8.
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