中南大学第二附属小学校长肖慧主持完成了湖南省教育科学“十三五”规划2020年一般资助课题《小学机器人创新教育策略研究与实践》（课题批准号：XJK20BJC044）。

一、内容与方法

（一）研究目的

本课题研究目标是：为发现存在小学机器人创新教育的问题，探索有效的推进策略，以湖南省长沙市天心区机器人创新教育为对象，运用设计问卷，采用问卷调查、数据分析和行动研究等方法，深入分析教育目标、教学内容、教学方法等方面，评估区域小学机器人创新教育的发展趋势；从课程建设、教师团队、平台构建、家庭与社会实践活动等多个维度，提炼科学且有效的教育策略。开发具有创新性和实用性的小学机器人教育特色课程。同时，深入研究小学生的机器人文化素养，制定一套科学、合理的评估方案，并设计相应的评价工具，以期推动小学机器人创新教育的普及，助力新时代智慧教育的发展。

（二）研究内容

本课题的研究内容是：针对当前区域小学机器人创新教育在宏观层面缺乏示范引领和整体课程体系的建立，中观层面没有成熟的课程模式及缺乏专业化的教师，微观层面忽略机器人创新教育的本质属性等问题，基于理论阐述与实践反思，结合BOPPPS教学模型，探索针对全体学生，适应性强的机器人教育内容，构建了基于过程和能力的评估体系。具体内容如下：

1．区域层面开展小学机器人创新教育现状调研。从教育资源配置、教师团队建设、教学方法及手段运用等多个方面，在天心区小学机器人创新教育现状开展调研，深入分析区域内小学机器人教育的优势与不足，识别存在的问题，并提出相应的需求，完成《天心区小学机器人创新教育现状调查报告》，为后续研究奠定基础。

2．系统梳理小学机器人创新教育的推进策略。依托教育学、创新教育学、机器人学、未来学校研究等理论框架，通过完善的机器人创新教育课程，总结教学方式，搭建活动平台等，形成一系列促进小学生机器人创新教育发展的策略与措施。

3．开发小学机器人创新教育特色课程。从教育目标、教学内容、教学方法等方面进行深入探讨，依托课程与教学论、创新教育论以及STEM课程构建原理，开发《小学机器人文化与创新》学本，探讨相应的资源建设。

4．制定小学生机器人文化素养评估方案。依据机器人创新教育的理念和课程目标，结合教育测量技术和创新教育评估原理，精心制定《中南大学附二小学生机器人文化素养评估方案》，并在试点班级中实践应用。

（三）研究方法

1．行动研究法。立足于学校实际情况，进行以特色课程为推动力的机器人创新教育改进研究，强调理论联系实际，着重课程操作性研究，促使总结与推广相融合，从而构建切实可行的策略。

2．文献研究方法。细致钻研相关学术论文，广泛搜集国内外关于机器人教育领域的研究资料，进而进行归纳与借鉴，为课题研究奠定坚实的理论基础并提供可靠的参考依据。

3．调查研究法。本研究选取天心区开设机器人课程的学校为样本，对家长、学生和教师进行一系列的问卷调查。研究初期，通过梳理机器人教育目前普遍存在的问题，探寻其形成原因；了解相关人群对机器人创新教育内容的认知及需求，为开展课题研究奠定基础。研究中期，发现实施过程中的问题，不断优化本课题研究内容。在研究后期，评估机器人创新教育的成效。

4．案例研究法。在机器人创新教育领域，持续搜集典型课例及相关教学细节，深入挖掘并提炼有效实施策略，以推广应用。课题组成员需注重积累和总结研究过程中的成功经验，通过撰写论文和教学反思等途径，及时归纳总结。

二、结论与对策

 

（一）归纳了区域小学机器人创新教育领域所存在的三个层面的问题

借助问卷星平台和SPSSAU软件编制、发放、回收问卷，并收集、处理、分析问卷数据。从教师和学生角度对天心区小学机器人创新教育现状进行分析，发现当前天心区小学机器人创新教育在宏观、中观和微观层面存在以下三大问题：

1．宏观层面缺乏示范引领和整体课程体系的建立。在天心区机器人创新教育中，存在以下四个显著问题：一是教学目标缺乏系统性，各阶段教学目标的划分不够明确；二是现阶段小学机器人创新教育主要推动途径为各级各类竞赛，涉及的知识点有限，未形成一套完善的普适性教学体系；三是教学组织主要依托学校信息科技课或课外培训班进行，面向少数兴趣学生，受教育对象有限；四是教师培训、师资结构、相关配套设施不完善。这些问题源于我国机器人创新教育课程缺乏国家层面的整体调控及对课程体系的系统设计与指导，各级各类学校没有统一的标准参照，常将机器人教育采用碎片化形式穿插在信息科技课或社团课中，课程实施以简单编程等操作为目的，未充分发挥机器人教育对学生思维与能力的培养价值。

2．中观层面没有成熟的课程模式及缺乏专业化的教师。缺乏一套完善的普适性教学体系，导致教师在开展机器人教育时缺乏明确的教学目标和有效的教学方法。第一，当前机器人创新教育作为独立的课程仍处于起步阶段，与信息科技课相结合或以社团课、校外培训的形式开展，能够真正接触到机器人创新教育的学生较少；第二，现阶段小学机器人创新教育主要以各级各类机器人竞赛推进发展，课程内容以编程等操作性内容为主，未形成一套完善的普适性教学体系，整体上处于缺乏科学规划的零散状态；第三，教学环境的智慧程度不高。大部分机器人课程在普通机房和教室进行，专业的机器人活动实验室数量过少，落后的配套设施会严重限制课程教学。在教师方面，缺乏具有专业背景的机器人教师，直接影响了机器人教育的质量和效果。第一，大多机器人教师由学校信息科技老师兼任，专业理论、知识和技能储备不足；第二，教师培训内容主要集中在实际操作和赛事专题方面，而培养学生机器人“志趣”（志向与兴趣）和了解机器人文化等机器人创新教育教学内容未涵盖；第三，各学校对机器人教育的重视程度不同，教师培训力度各异，缺乏科学化、专业化、创新化的教师队伍。

3．微观层面忽略机器人创新教育的本质属性。从微观方面看，教育终究是落实到人的培养和发展。机器人创新教育应注重培养学生创新能力，全面提高学生科技素养，为人工智能时代做好准备。第一，缺乏学生创新能力培养。不少学校重技术和结果，机器人教学内容更多倾向于比赛规则要求，甚至学校社团设立、教学活动实验室布置都围绕“获得荣誉”；第二，受限于不完善的教学体系，如：无法为学生提供足够的智能化机器人教学设施、缺乏普适性课程体系、教学内容过于简单、师资力量薄弱等，导致学生参与度不高。

（二）总结了小学机器人创新教育的推进策略

1．构建两大保障，梳理发展路径

（1）硬件与软件同步发展，构成两大坚实的支撑。在硬件方面，学校充分利用智能教学一体机和智慧课桌，实现大小屏互动；有效运用机器人教室、创新设计教室、人工智能实验室、智慧录播教室等资源，推动包括机器人文化与创新课程、个性化学习平台、场景课程等优学实验项目，提升学生信息素养，提高学生自主、协作、探究学习的能力。在软件方面，学校健全人工智能工作制度，以促进有效发展。聘请资深专家担任专业引路人，设立科技教育专项资金落实师资培训，创新“四四三”教师培养模式，即通过四项工程提升教师探究学习培养素养：青蓝工程、学历达标工程、全员培训工程、骨干教师培训工程；四种培养模式：听评议模式，师徒结对模式，项目培训模式，学科组培训模式；三类培训班：新岗教师培训班，青年教师培训班，骨干教师高级研修班。

（2）四条路径循环发展，加速推进机器人创新教育的进程。一是学校丰富课程设置，实现了从机器人竞赛到机器人文化校本课程的蜕变，并将信息技术拓展至编程内容，加入人工智能元素，以延展特色课程。二是建立各种社团，为学生提供了更多机器人学习体验的选择。三是建设活动基地，校内重点建设少年科学院及各类活动室，校外则聚焦于各场馆。四是大力开展体验活动，如科技节、百家课堂以及各类赛场，建好学生检验机器人学习成果的成长平台。这四条路径的循环实施，有效推进了我校机器人教育的发展步伐。

2．构建小学机器人创新教育校本课程内容体系

（1）设定框架，确立机器人创新教育课程研发导向。参照中国教育学会中小学信息技术教育专业委员会发布的《中小学人工智能课程开发标准（试行）》（2021年10月发布），进行机器人教育的校本化实施，对机器人与生活、机器人与传统科技发展史、机器人与未来科技发展等相关内容进行系统研究梳理，从目标、内容、教学方法、评估标准等方面，构建机器人教育校本课程大框架（如图）。

 

（2）研发读本，从实践走向机器人文化。学校经过六年的经验积累，自主编写并出版了《小学机器人文化与创新》读本。读本以“问题导学——知识点拨——思维擂台——乐创活动”四项教学环节为纬，融入机器人思维，呈现出机器人学科普教育的认知体系和知识结构。值得一提的是，2021年学校教师团队录制的《机器人入门课堂》系列在芒果TV的播放量达到了43.4万。读本荣幸地得到了中国工程院院士、人工智能专家桂卫华院士的序言和推荐。

3．适应信息化时代需求调整课程内容

（1）延伸信息技术课程，创新编程教育。鉴于机器人文化的广泛传播，学生对编程展示出极高的热情。顺应信息化时代的发展需求，学校在五年级和六年级的信息技术课程中引入了图形化创新编程教学，让学生们自由探索计算机语言的奥秘。编程教育在培养学生的数字意识的同时，也成为提升跨学科知识构建能力的有效手段。通过编程，将语文、数学、科学、英语等多门学科有机地融合在一起。

（2）继续丰富课程内容，开启人工智能教育。随着人工智能的大讨论和大应用，如何让孩子们了解人工智能也被提到了日程。学校借鉴机器人教育经验，决定从人工智能的历史和应用出发，引导学生了解智能机器的基本能力，理解人工智能处理问题的原理与人类之间的异同，并认识其对社会的影响。同时，让学生探索将传感器与生活物品结合，创造出各种富有创意的作品。例如，龙子扬同学创作的《智能陪伴宠物机器人PETBOT》在湖南省青少年科技创新大赛中荣获一等奖（如图3）；严瑾瑜和刘鲤畅同学设计的《高效太阳能风雨操场》在湖南省中小学生信息素养提升实践活动中脱颖而出，取得了优异成绩。

4．丰富活动拓宽机器人创新教育空间

（1）建立实验室和社团，推动深入发展。为了实现人工智能教育的高质量推进，学校成立了人工智能创新实验室，并为具有编程才能的学生开设了Microbit人工智能科普课程。在“双减”政策的背景下，我校的科技创新教育得到了更为充分的发展，为学生提供了多种多样的人工智能社团，包括编程无人机社团、EV3机器人社团、MakeX机器人社团、3D打印社团和创意编程社团等。

（2）充实人工智能活动，打造美好校园体验。课题组秉承培养学生人工智能思维与素养的使命，积极创造有利条件，举办多样化的活动，致力于丰富校园AI文化。学校悉心策划了一系列科技体验活动，主要包括科普宣传、科技创新项目展示与体验、趣味科技竞赛三大类，包括激光雕刻、VR眼镜、无人机飞行、3D打印、相扑机器人、模拟飞行、创意编程体验、RoboMaster机甲对抗等丰富多彩的活动，使每位学生都能找到自己热衷的活动。

每个学期，学校都会举办“百家课堂”，邀请来自各行各业的家长进入校园，分享他们的专业知识和经验。此外，学校还安排学生与桂卫华院士等专家学者进行面对面的交流。在这些活动中，学生们表现出极大的热情，勇敢地面对院士，提出了一系列富有创意的问题。桂卫华院士鼓励孩子们：“一定要在小学阶段打下坚实基础，保持好奇和好学的态度，为自己的‘科学梦’努力奋斗。”

（三）探索了小学生机器人文化素养评估方案

1．建构小学生机器人文化素养评估模型。本课题借鉴BOPPPS教学模型，秉持“以学习为核心”的理念，构建小学生机器人文化素养评估模型（如图），其评估体系应遵循多元化评估主体、融合过程性评估与终结性评估、定量评估和定性评、“以教促评”和“以评促教”相结合这四大原则。

 

2．开发了评估工具。

（1）详细划分小学生机器人文化素养评估内容。课题组基于我国学校机器人课程内容，参考《中小学人工智能课程开发标准（试行）》所提出的四大素养：人工智能意识、技术应用能力、实践创新思维、智能社会责任，并结合过程性评估指标与终结性评估指标，对学生的机器人文化素养评估指标进行了深入探讨与划分。针对课程内容，共设计了十二个板块的评估内容。如：关于“A1 机器人美梦成真”的评估内容如下图所示。

 

（2）设计小学生机器人文化素养评估表。

为了使评估标准更加明确，课题组依据考核指标，设计了包含A1至C4三本教材内容的评估表，涵盖十二个板块。在制定评估表时，课题组充分考虑了小学生的年龄特征、认知水平以及社会实践等多方面因素，确保评估内容既具有针对性，又具备实际操作性。如：“AI机器人美梦成真”的评估表如下图所示。

 

评估表为学生提供了自我评价和努力方向的参考，激发了他们学习机器人课程的热情，培养了他们的创新精神和实践能力，对小学生机器人教育的发展起到了积极的推动作用

《小学机器人创新教育策略研究与实践》课题组

2024年4月8日