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摘要：近年来，国内外掀起开展机器人竞赛的热潮，组织大学生参与机器人竞赛对培养创新精神、提高实践能力具有重要意义。机器人竞赛教育具有很强的跨学科性和实践性，符合STEM理念下四大领域的有机融合。因此本文将STEM理念与机器人竞赛教育相融合，对STEM理念下机器人竞赛教育理论进行了深入探索，并以苏州大学文正学院开拓创新实验室为例，对STEM理念下的机器人竞赛教育理论进行实践验证。实践表明，该理论能够有效提升学生的动手实践和创新等综合能力，为以后的机器人竞赛教育提供有效思路。
关键词：STEM理念，机器人竞赛教育，交叉融合
本文引用格式：沈长青,祁玉梅,王前,等.STEM理念下机器人竞赛教育理论与实践——以苏州大学文正学院开拓创新实验室为例[J].教育现代化,2019,6(23):185-186.
机器人教育作为我国从“制造”大国向“智造”大国迈进的基础[1]，在中小学及高等教育中起到了举足轻重的作用，是培养学生创新精神、增强其实践能力，促进其向创新型、创业型人才发展的关键。机器人教育不同于传统的分科式教育，它涉及多个交叉学科，例如机械、计算机视觉、控制技术、电路和传感器等，要求学生能够记忆、理解、应用知识的同时对其进行分析、评价和创造。因此，如何实现多学科交叉的机器人教育具有重要意义。STEM是国际颇具影响力的教育理念之一，将科学、技术、工程和数学进行有机融合[2]，与机器人教育的多学科交叉相吻合。国外已逐步将STEM引入机器人教育，但国内的研究较少。因此，本研究基于STEM理念对机器人竞赛教育理论进行探讨，并基于具体实例进行实践分析，为以后的机器人竞赛教育提供思路。
一STEM理念下的机器人竞赛教育
STEM理念源于美国，强调了科学、技术、工程和数学四个领域的交叉融合对于解决实际问题的重要性。这种融合并不是简单的堆加，它们的融合能产生1+1>2的效果。STEM教育旨在围绕一个实际问题，通过动手实践的方式让学生利用多学科的综合知识解决问题，从而提高学生的动手实践能力与创新能力，实现对知识的记忆、理解、应用、分析、评价与创造。
以STEM为理念，这是符合机器人竞赛教育的。这是因为机器人竞赛涉及到多个交叉学科，要求学生知识面广，并且能够在记忆和理解知识的基础上实现运用、分析、评价和创造。因而，机器人竞赛教育不是传统的分科式教育，它本身就是多学科的交叉融合，充分体现了STEM的四要素，即代表着不同学科的综合体现。S（科学）包括模电、数电、物理等学科，强调基础科学理论的应用；T（技术）为程序设计，体现人机互动；E（工程）为技术的实际应用，用于解决实际问题；M（数学）为逻辑判断，强调基础数学的应用。因此，需要以STEM为教育理念，推进跨学科融合的机器人竞赛教育。将STEM理念运用于机器人竞赛教育，不仅可以提升学生的STEM素养，帮助学生掌握和运用多学科知识，还能够培养学生的团队协作能力、解决问题的综合实践能力和创新能力。
二 机器人竞赛教育活动案例——翻越障碍物减速板
本文以苏州大学文正学院开拓创新实验室为例，以机器人小车如何越过障碍物减速板为具体问题，展开STEM理念下的机器人竞赛教育。该实验室成员共有学生10人，分别来自控制、信号、电子、通信等不同学科，体现了机器人竞赛教育中的跨学科式教育，与STEM理念不谋而合。
1.教育主题：翻越障碍物减速板
2.教育目标（结合STEM与三大目标）：如表1所示。
3.教育步骤。为了深入STEM旨在解决实际问题的理念，本案例采用基于问题解决的形势开展。10位同学分为两组，每组分别利用各自搭建的机器人小车实现翻越减速板障碍物，1位教师负责全程的引导与答疑。
①设置情景，引入问题。教师播放有关机器人发展史的图片及视频资料，重点介绍探险型机器人在战场上排雷、火场救火以及弹药运输等危险领域的广泛需求，带领学生进入情境，激发学生对机器人研究的兴趣。紧接着，教师播放最近几年机器人小车竞赛视频，强调先从小型的智能车着手，重点突出翻越障碍物能力对机器人小车的重要性，并以如何实现翻越减速板为例提出问题，激发学生的学习动机。②讨论交流、设计思路。该过程，教师作为引导者和参与者，引导学生进行讨论交流和思考解决问题的方案，培养他们的思考与分析能力。首先，教师以提问的方式让学生思考以下几个问题。第一、小车如何判断位置已到达减速板？第二、由于减速板表面不平，小车不可避免地会上下跳动，如何尽量保证小车直线通过减速板？第三、如果小车出现偏移，如何迅速地进行调整，使得小车处于直线行驶状态？然后，学生带着问题进行讨论交流，最终设计方案。该环节，学生有任何经过查阅资料后仍存在疑问的地方教师可进行解答。③引导与操作。在两组学生通过充分的讨论得出初步方案后，可对方案进行实践验证。教师首先向学生详细说明所需解决的问题，并强调相应的操作规则。之后，每组学生便开始进行相应的小车机械结构的调整，程序的编写、下载与调试。该过程中，学生为实践主体，充分锻炼他们的动手实践和团结协作能力，教师仅负责实践过程中的操作安全以及问题解答。④总结与应用。在两组同学对自己的方案进行验证后，不论成功与否，教师针对学生实践过程中应用到的知识点以及碰到的问题集中进行总结。然后，鼓励学生进行总结发言，可以总结失败的原因或者成功的经验。最后，仍然以提问的方式让学生思考面对其它的障碍物，例如门槛、台阶等，又该如何解决。这不仅能进一步巩固知识，还能够锻炼学生的发散性思维。⑤评价。教师对学生解决机器人小车翻越减速板障碍物这一过程进行评价，具体包括思维能力、知识运用能力、动手实践能力和团队协作能力的评价等[3]。教师应充分肯定学生在解决问题过程中付出的努力。另外，教师组织学生进行自评和互评，使学生能够正确认识自己，有利于取他人之长，补己之短。除此之外，教师鼓励学生对所提出的方案进行评价，例如抗干扰性如何、算法效率如何等等。即使是实践成功的方案也要思考如何进一步完善，培养学生的批判性与创新性思维。
三 结论
本文针对机器人竞赛教育具有跨学科、重实践的特点，提出了基于STEM理念下的机器人竞赛教育。以解决实际问题为出发点，激发学生对科学、技术、工程和数学这四大领域知识的学习兴趣，并鼓励学生通过动手实践的方式将知识进行运用并巩固，同时有利于培养学生的动手实践能力、团结协作能力与创新能力。本文从教学内容、教学思路和教学策略对STEM理念下机器人竞赛教育理论进行了深入探讨，并以苏州大学文正学院开拓创新实验室为例，通过具体的机器人小车如何翻越减速板障碍物为具体的实践案例详细介绍了教育主题、目标和步骤这三大方面。实践表明，基于STEM理念下的机器人竞赛教育能够让学生在发现问题到思考问题，想出解决方案再到验证方案从而完整解决问题的这一过程中形成良好的科学、技术、工程和数学素养，从比赛结果来看，文正学院开拓创新实验室队员在中国机器人专项赛中已经获得全国一等奖3项。因此，在机器人竞赛教育中融入STEM理念是未来的发展方向，需要更进一步的探讨与研究。
参考文献
[1]张丽芳.基于STEM的Arduino机器人教学项目设计研究[D].南京师范大学,2015.
[2]赵中建.为了创新而教育[N].中国教育报,2012-6-15.
[3]胡喜霞.基于活动理论的STEM教学模式探索—以机器人教学活动为案例[J].数字教育,2018(2):78-86.
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