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以机器人教育作为科技创新教育实践平台
发布时间：2015-04-28作者：来源：点击：
未来将是一个节奏快、变化大、竞争激烈的社会，未来人才如何具备未来社会的适应能力，人才需要有开拓、创造与创新能力。因此，培养创新型人才是当前教育的使命，也是教育界积极探索和要求实现的目标。通过对中小学生施以教育和影响，使他们作为一个独立的个体，能够善于发现和认识有意义的新知识、新思想、新事物、新方法，掌握其中蕴含的基本规律，并具备相应的能力，为将来成为创新型人才奠定全面的素质基础。
一、 引言
随着社会发展，中国进入到进一步深化改革阶段，为实施这一目标，构建国家创新体系，全面提升国民素质，提升国家软实力。在此背景下，面向知识经济实施创新战略包括一系列重要环节，国家除了知识创新和技术创新外，还必须重视它们与观念创新、组织创新、管理创新、制度创新之间的等等联系，教育创新也不例外。
江泽民同志曾经指出：“必须转变那种妨碍学生创新精神和创新能力发展的教育观念、教育模式，特别是由教师单向灌输知识，以考试分数作为衡量教育成果的唯一标准，以及过于划一呆板的教育教学制度。”习近平同志更是鲜明地指出，实施创新驱动发展战略决定着中华民族的前途命运。党的十八大强调，科技创新是提高社会生产力和综合国力的战略支撑，必须摆在国家发展全局的核心位置。党的十八届三中全会要求，通过深化改革建设国家创新体系。
这就是说，科技教育创新应该包括教育观念创新、教育模式创新、教学内容创新、教学方法创新、教育评价创新和教育教学制度创新等各个方面，它是一项宏大的社会系统工程，需要教育领域和全社会的共同努力。在整个科技创新教育的过程当中，应当注重那些被赋予人类创新活动的特征，并以此为基础，以达到培养创新人才和实现人的全面发展为的教育目标。
二、 科技创新教育注重核心培养
创新人才应该包括创新精神和创新能力两个相关层面。其中，创新精神主要由创新意识、创新品格等方面构成。创新能力则包括人的创新感知能力、创新思维能力、创新想象能力等。从两者的关系来看，创新精神是影响创新能力生成和发展的重要内在因素和主观条件，而创新能力提高则是丰富创新精神的最有利的理性支持。落实创新教育，首先要从创新精神着手，对于科技创新教育，以之为核心，更是如此，通过培养整体素质的自主构建和协调发展，实现受教育者充分发挥其主体性、主动性，使教学过程成为受教育者不断认识、追求探索和完善自身的过程，亦即培养受教育者独立学习、大胆探索、勇于创新能力的过程。
科技创新教育，应当注重训练创新思维，培养创新能力。
创新思维源于常规的思维过程，又高于常规的思维，它是指对某种事物、问题、观点产生新的发现、新的解决方法、新的见解。它的特征是超越或突破人们固有的认识，使人们的认识“更上一层楼”。因此，创造思维是创造能力的催化剂。提问是启迪创造思维的有效手段。因此，教师在课堂教学中要善于提出问题，引导学生独立思考，使学生在课堂上始终保持活跃的思维状态。通过特定的问题使学生掌握重点，突破难点。爱因斯坦曾说：“想象比知识更重要，因为`知识是有限的，而想象力概括着世界的一切，推动进步并且是知识进化的源泉”。想象是指在知觉材料的基础上，经过新的配合而创造出新形象的心理过程。通过想象可以使人们看问题能由表及里，由现象到本质，由已知推及未知，使思维活动起质的飞跃，丰富的想象力能“撞击”出新的“火花”。因此，在教学过程中要诱发学生的想象思维。
科技创新教育，提供主动研究问题机会，使受教育者掌握研究方法，提高实践能力。
科学的研究方法是实现创新能力的最有效手段，任何新的发现，新的科学成果都必须用科学的方法去研究，并在实践中检验和论证。因此，教师要使学生掌握科学的探究方法，其基本程序是：“提出问题——作出假设——制定计划——实施计划——得出结论”。课堂教学中主要通过实验来训练学生的实践能力，尽量改变传统的演示性实验。验证性实验为探索性实验；另外还可以向学生提供一定的背景材料、实验用品，让学生根据特定的背景材料提出问题，自己设计实验方案，通过实验进行观察、分析、思考、讨论，最后得出结论，这样才有利于培养学生的协作精神和创作能力。有时实验不一定获得预期的效果，此时教师要引导学生分析失败的原因，找出影响实验效果的因素，从中吸取教训，重新进行实验，直到取得满意的效果为止。这样不仅提高学生的实践能力，而且还培养学生的耐挫能力。
三、 STEM教育是科技创新教育的“别称”
STEM是科学、技术、工程和数学的统称。STEM（Science、Technology、Engineer、Mathematics）素养是个体在科学、技术、工程和数学领域及其交叉领域运用个人关于世界运行方式的知识的能力。美国州长协会曾表示，“当今世界只有具有STEM素养人才才能在以知识经济时代的激烈竞争中赢得胜利。”
在中国，STEM教育不仅在基础教育领域被广泛应用，如小学科学、数学，中学数学、物理、化学、生物、科学综合等学科；高等教育领域如物理、化学、生物计算机、航空航天工程、建筑数学、经济学等学科也已经普及运营，可以说，STEM教育是中国实现技术教育的主要途径。
美国师资培训学院协会在2007年曾发布了一份有关美国教师教育的进展报告，“STEM师资培养”赢得全球竞争的金钥匙。2006年美国总统布什公布“美国竞争力计划”，提出加大STEM教育的投入，培养学生的科技理工素养（STEM literacy），同时成立了学术竞争力委员会，持续保有美国未来在全球科技领域的竞争力。2010年，奥巴马表示美国未来十年将加强STEM教育，他宣布了一项名为“Educate to Innovate”的运动，旨在举全国之力，加强STEM教育，以实现美国学生在国际数学和科学成绩的排名在未来10年从中游跃至优秀。“为迎接21世纪的诸多挑战，必须重申和加强美国在世界范围内在科学发现和技术革新上的引擎地位，”奥巴马说，“这就是为什么我决心将加强STEM教育作为未来十年国家的优先发展事宜。”
STEM教育涉及到信息技术的多个领域，融合了多种学科知识，具有强大的综合性，已然成为当前各国教育的主流模式。与科技创新教育相同，STEM教育通过各个科目的综合实践和教学培养，有针对性的提升学生的想象力、创造力、逻辑分析能力、数理分析能力等解决问题的能力，同时，通过实验及课题研究等形式，为学生提供了更加广阔的实践平台。帮助学生将书本所学、日常所知、生活所感与某一个或者某一些课题进行有机的联系，将学生各方面的知识融为一炉，并以此为基础发现问题、研究问题、解决问题，真正实现多方位、立体式的知识框架，培养学生科技创新能力。
通过国内外多年的实践累计经验，STEM教育的普及将给中小学的技术教育增添新的活力，成为培养中小学生综合能力、信息素养的优秀平台。相同教学培养目标，相同教学培养核心，相同教学培养理念，STEM教育就是科技创新教育实践的“别称”。
四、 机器人教育是实现STEM教育的最佳载体
机器人技术是一门跨学科的综合性的科学技术。它涉及自动控制、计算机和网络技术、传感器、人工智能、微电子技术和机械工程等多个学科领域，与STEM教育所涉及的培养学生在科学、技术、工程学、数学等多方面能力相一致，对于提升中小学生对现代科技和信息技术的全面认识和理解，激发孩子们对创意和创新的兴趣，培养创新思维有着不可替代的作用。因此机器人教育是实现STEM教育的最佳载体。
机器人教育使学生在学习的过程中能够整体构思、设计和开发，动手实践，和团队合作解决问题，通过语言文字进行表达，这个过程俨然是实际工作和生活中的解决问题的真实体验。孩子们针对项目主题主动调查、动手实践，享受成功的喜悦。在活动中，学生们会将已经学到的学科知识运用于实践，也会学到与人的沟通与合作、对他人的尊重、毅力的培养，自信心的树立及时间的合理分配、利用等等。在这一过程中，物理、数学、工程等科学知识已经在动手实践中被深刻理解消化吸收，思考问题、解决问题的能力不知不觉中已经具备，为将来走上社会面对新的挑战奠定了基础。
在基础教育领域引入机器人教育，使中小学生对机器人的系统知识、基本概念和原理有初步的科学认识。有利于培养青少年从小对机器人产生积极兴趣并激发创新思维和创造意识，从而积极实践。山东潍坊一所学校的学生，通过学校的组织参与了教育部开展的全国中小学电脑机器人活动，逐步了解并学习了声光电传感器和编程控制的基本知识和方法，并产生浓厚兴趣。当他见到父母的蔬菜种植大棚需要每天根据日照时间和温度变化适时开闭保温草帘，便利用所学知识和技能，用简单的智能控制方法制作了以光学和温度传感控制的自动帘布。这就是机器人教育带给学生的创造性思维的成效。
机器人教育不是要把机器人当作学习对象，而是要将其作为提高学生综合素质、灵活运用知识和能力的工具，培养学生创新精神和实践能力的有效载体和重要途径。.在教学指导思想和教学目的上，注重培养学生的创新精神和实践能力，即人才培养的层次。所以，现阶段在基础教育领域和高等教育领域，已经将机器人教育和当前的基础教育课程改革有机结合。例如，在小学和初中阶段，将研究机器人与“综合实践活动”课程有机结合；在高中阶段，将教育机器人与“人工智能初步”、“算法与程序设计”、“简易机器人制作”、“电子控制技术”等技术类课程进行结合，有的学校开设了“人工智能与机器人”校本课程。事实上，教育机器人所体现的知识的综合性使它不仅是STEM教育的载体，也是信息技术教育的有效载体。
五、 机器人教育在科技创新课堂中的运用案例
多年来，中国教育界一直以加强学生素质教育为核心，探索和实践着教育改革的方向和途径。随着新课程改革的推进实施，对新课程、新理念和新的教学方法提出了更高的要求。
基于当前国家对于教育改革的要求及对于创新人才培养的重视，西觅亚公司为推进中国的技术教育于2000年引进丹麦乐高教育，作为乐高教育中国唯一合作伙伴，通过十年的实践成果，于2010年1月促成中国教育部与丹麦乐高启动了教育部-乐高“技术教育创新人才培养计划”项目，在2010年至2014年的五年内，双方共同在技术教育的应用、科技探究实验室建设等方面开展研究合作，通过引入世界先进的教育理念和技术教育资源，提高学生的动手能力、实践操作能力和创新能力，为培养21世纪创新型人才提供有力支撑。
新课程标准的三维目标中，第一个就是知识与技能。其实技能（Skill）一词不如用能力（Ability）一词更能确切地表达知识的涵义。人需要学习的知识包括通常说的知识（称为显性知识或结构化知识、良构知识）和能力（称为隐性知识或非结构化知识、劣构知识）。显性知识是我们获取的自然和社会的各种信息，我们可以通过阅读、听讲等方式学习到这种知识；而隐性知识——能力则是我们认识、改造自己和自然以及社会环境的本领，往往需要通过不断实践领会或师傅带徒弟的方式才能学习到的知识。“乐高教育”课题研究成员艾伦，在其研究项目 进行过程当中，结合新课程标准进行了大量的教学实践及研究。通过乐高教育教学器材及乐高教学理念在课程当中的使用，结合分组进行小组教学的教学模式，对于新课程标准中所要求的知识和技能，尤其是隐形知识的习得和技能培养都有着一定程度的突破。
自1981年美国著名神经心理学家罗杰•斯佩里(Roger w．Sperry，1913—1994)因其用测验方法研究了裂脑病人的心理特征，证明大脑两半球功能具有显着差异而获得诺贝尔生理学或医学奖，右脑革命的序幕正式拉开。罗杰•斯佩里通过“裂脑人”研究发现，人的大脑两半球具有高度的专门化。左半球同抽象思维、象征性的关系和对细节的逻辑分析有关，具有语言的、概念的、分析的、连续的和计算的功能：右半球则与知觉和空间关系有关，具有音乐的、图形的、整体映象、几何空间的鉴别能力。 而乐高积木及机器人教育的优势就在于其对于大脑右半球各项能力的积极训练和影响。
乐高积木的搭建能够训练空间能力和逻辑能力，其对于大脑右半球的积极影响远大于日常所得，能够让儿童尤其是幼儿进一步认识世界，感知世界当中的，逻辑信号。北京师范大学教育技术学院进行《通过积木搭建对儿童空间组合能力的观察研究》研究获得实证结果。
通过知识的累计和对世界探索的逐步加深，创新的去应用知识，表达自己的能力是儿童智力及脑力发展的必经之路。创新能力及时代所需的核心竞争力是儿童继续的重要“战斗力”。由此引发创感教育的热潮，创感教育源于“Conceptual Age”对于教育的挑战。创感教育是创新的、感性的教育，是一种全新思维引导下的更具吸引力的素质教育，创感能力是创感时代生存和生活的能力。 乐高机器人协同合作中具备设计感、故事感、交响能力、共情能力、娱乐感、探寻意义等创感能力的“六感”，对于儿童的创感能力的训练有着十分重大的作用。上海师范大学针对上海中山北路小学实践乐高教学所进行的《小学生创感能力的培养》研究获得了实证结果。
机器人教育为了保证学生能够动手实践，往往采取分组形式。其分组教学的模式能够及早的让儿童感受到协同合作，并且以此接触和初步感知社会。在发现问题和解决问题中，除了依靠自身的知识与努力外，进一步感受团队协作和集体智慧的重要性，并逐渐学会应用。上海师范大学在上海中山北路小学四年级学生中所进行的《小学生集体智慧培养策略研究》研究获得了实证结果。
学习方式的变革是新课程改革的核心，新课改所引导的方式与以往有报大的不同。 真正将所学的知识应用到实践当中，通过解决现实生活中的问题来检验知识的稳固性，创新能力建立在知识上，而体现在应用当中。真正培养学生的能力和素养，还是需要不断地实践，通过实验和命题设立、问题解决让学生发现实际问题、创新解决问题才是素质教育的重中之重。而乐高作为实验设计的良载体，作为实践教学的实验器材之一，可以很好的协助问题解决的设计和实际应用。如:北京第二实验小学《运用机器人技术解决生活中的小问号》就实际的利用机器人教育成果来解决生活中的问题。
六、 乐高教育是实现机器人教育的最佳途径
乐高教育，有着33年历史的创新教学研究和经过80年优化发展并通过欧洲严格环保测试的LEGO®技术教育器材，得到了世界各国学校与教育机构的认可。乐高教育课程体系倡导培养学生的创新思维、解决问题以及团队合作的能力，是实现STEM教育的最佳途径；乐高拥有全球领先的机器人教育体系及教学器材，得到了世界各国学校和教育机构的认可，目前已在全球60多个国家和地区应用。
乐高教育拥有从2岁到16岁的完整教育体系。在教育目标、内容、形式和方法等方面具有高度的统一性，通过动手学习建构现实世界的实物，从而建构大脑中的知识体系；支持学生成为一个有系统（左脑）的创造（右脑）型学习者；结合逻辑推理与游玩创造来学习；充分调动和激发孩子探究科技的兴趣和欲望，能使孩子成为主动地学习者，让孩子在快乐中学习，同时，激发他们的创造力和想象空间。可识别触摸、光线、声音、电阻变化的操作，有助于他们对于物理和科学的认知和学习。乐高器材无限扩展的插孔结构，提供了无限的创意空间，将模型搭建与计算机编程有效地结合在一起，使学生在动手实践中掌握了学科知识并有机会实现自己的创意。
乐高教育理念中很重要的一条，就是培养孩子解决问题的能力。未来社会需要的不仅是知识的再生产，更重要的是新的想法，创造力和新的思考方式。创新是解决问题能力的核心，能够发现多个可能的解决方案，寻求替代方案，挑战假设，并提出新的想法。在解决问题的过程中，孩子们自觉地学习、掌握了大量的新知识。同时，他们还培养了合作技能，还学到以沟通来表达其思想的价值，从而赢得合作。这都是STEM所包含的教学素养和未来社会需要具备的创新能力。
乐高教育是具完整性、系统性、互动性、趣味性和开放性的课程解决方案，是实现STEM教育的最优方案，是进行机器人教育的最佳平台，是培养创新人才的最佳途径，也是进行科技教育的最佳实践。