1、中小学机器人校本课程学业评价研究王宁 李杭州本文已发表在教育信息技术2013 年 7、8 月合刊 Z2 期，可免费供大家交流使用，但必须注明引用了本文。关键字：教育机器人 校本课程 学业评价一、研究背景机器人是一种能够通过程序控制自主完成某类任务的机器系统，机器人的应用范围十分广泛，可以用于工业、农业、医疗、空间探测、教育领域等等 1。教育领域所使用的机器人是机器人厂商根据中小学生的兴趣特点开发出的简易机器人，包括可用来搭建结构的散装零件、马达、传感器以及控制器核心。机器人制作过程是先用零件与马达搭建一个结构，然后对控制器进行编程调试，完成某个特定的、有趣的任务。机器人课程能使学生比较全面综合
2、地了解现代工业设计、机械、电子、传感器、计算机软件、硬件、人机交互、人工智能等诸多领域的先进技术，并亲身接触和体验现代高新技术，在学生获得科技知识和实践能力的同时，激发他们的创新意识和创造发明的潜能。笔者有幸在小学阶段进行了三年的机器人校本课程的实践研究，发现机器人课程能有效培养学生科技素养、团队合作和动手实作的能力，同时能够展现多学科综合性的课程特色，彰显未来科技的方向，实践过程中，笔者根据小学生的接受能力结合机器人厂商提供的教学资源自编了一套主题式结构化模块教材，该教材的优点在于每课的任务明确、主体性强，机器人搭建步骤详细，在课程学习的初期，孩子的学习兴趣还是非常浓厚，但是经过一段时间后有
3、部分学生不愿意完成课程要求的学习目标，喜欢利用机器人配件随意做一些结构作为玩具。笔者通过与本课题的其他研究学校交流后发现，这一现象也同样普遍存在于其他的中小学，大家就这一问题也提出了不少观点，例如：在机器人校本课程实施中是否存在评价意识淡薄的情况？学业评价目的是否偏向功利化？教师是唯一的评价主体？评价内容和方法是否单一？是否重结果轻过程等问题。为此，笔者寄希望通过文献学习，找到解决以上问题的思路，通过在知网的“CNKI学术搜索”中分别以“机器人教育” 、 “机器人竞赛” 、 “机器人+校本课程” 、 “机器人+学业评价”为搜索关键词,时间跨度为19902012年,搜索结果较少，详细见表1：1
4、张剑平,王益:机器人教育：现状、问题与推进策略 ，载中国电化教育 ，2006 年，第 12 期。表1 教育机器人相关研究成果在CNKI学术搜索的检索情况从表可以看出,机器人教育和机器人竞赛在我国已有少数研究,但是 “机器人校本课程” 、 “机器人学业评价”查到的文献分别只有4篇、0篇。特别是在学位论文中,机器人学业评价领域鲜有研究。从教育层次上看,大部分机器人教育集中在大学机器人研究,中小学的机器人教育研究很少涉及。身为教师希望学生在机器人课堂中学会了什么？什么样的学业评价才能引导孩子们按照老师既定的方向学习？二、评价依据学业评价是指以国家的教育教学目标为依据，运用恰当的、有效的工具和途径，系
5、统地收集学生在各门学科教学和自学的影响下认知行为上的变化信息和证据，并对学生的知识和能力水平进行价值判断的过程。 2美国学习评价专家凯柏勒(Kibler ，1978)在所著教育目标与评鉴一书中提出教学基本模式(The General Model ofInstruction, GMI)，将教学的基本历程分为教学目标、学前评估、教学活动、评价等四部分 3。他除了阐述这四者之间的交互作用外，还特别强调评价反馈的导向作用与对学生学习的激励功能。此外，我们也可以知道整个教学的过程中，评价是承接转合的关键部分，绝非教学过程的终点。我国国家基础教育课程改革纲要(试行)中提出课程评价的方向是“要改革课程评价过
6、分强调甄别与选拔的功能,发挥评价促进学生发展、教师提高和改革教学实践的功能” 。由此看来，学业评价的设计依据要围绕着“有利于激发学生的内在学习动机，帮助学生明确自己的不足和努力方向，促进学生进一步的发展。 ”下面就评价内容与评价原则进行系统整理与研究。（一）机器人校本课程学业评价内容2 袁振国：当代教育学 ，教育科学出版社，第 11 章第 2 节3 Kibler,R.J.(1978).Objectives for instruction and evaluation.Boston: Allyn and Bacon. .数据库 关键字 机器人 教育 机器人 竞赛 机器人校本课程 机器人学业评价中
7、国非学术期刊 92 92 2 0中国学术期刊 69 89 1 0中国优秀硕士学位论文 25 16 1 0中国博士学位论文 1 2 0 0Total 187 199 4 01.机器人竞赛活动的评价内容为了推动机器人在教育领域的发展，培养学生的综合解题能力，在国内外相继出现了各种机器人竞赛，例如著名的机器人世界杯（ROBOCUP） 、机器人奥林匹克竞赛（WRO）等，具体见表 2 国际重大机器人赛事。表2 国际重大机器人赛事国内也有教育部每年组织的全国中小学生电脑制作活动的智能机器人竞赛专栏、科协每年组织的青少年机器人竞赛活动等等，从具体的竞赛项目来看有机器人基本技能、机器人足球赛、机器人灭火、机器
8、人舞蹈、机器人搜救、人型机器人等，各项竞赛的内容、规则及评分办法等的创意设计都极富创造性和挑战性，极大地调动了青少年学习机器人的热情，让机器人教学走进了中小学教育中。具体见表 3 国内重大机器人赛事。表 3 国内重大机器人赛事竞赛活动名称 组织者 比赛项目 竞赛宗旨青少年机器人世界杯（RoboCup Junior，RCJ）国际性的研究和教育组织机器人足球、机器人舞蹈、机器人搜救同时强调合作和竞争两方面的能力；一个与同伴分享科技、学习与人合作技能的机会。国际机器人奥林匹克竞赛（WRO）非营利性机器人学术组织常规赛、创意赛展示自己的才华与创意FIRA 机器人足球世界杯国际机器人足球联盟 FIRA机
9、器人足球过比赛培养了青年学生严谨的科学研究态度和良好的技能。国际家用机器人灭火比赛 美国三一学院 机器人灭火强调团队合作、强调创新、强调和现实结合。竞赛活动名称 组织者 比赛项目 竞赛宗旨本研究者从 2003 年开始组织学生参与各项机器人竞赛活动，经过多年的亲身参与发现：通过组织丰富多彩的青少年机器人竞赛，可以激发广大青少年对科技的兴趣，提高青少年的科学素质，归纳出机器人竞赛普遍具有以下目标导向：（1）重视创意：重视学生在参与竞赛活动的过程中展现出来的创意。 （2）强调实作：借助机器人这种特殊的学习工具，培养学生动手实作的能力。 （3）解决问题：鼓励学生灵活运用知识，学习解决实际发生的问题。
10、（4）团队合作：考验团队合作所提升的学习效能与沟通协调能力。 竞赛活动的导向体现了机器人教育的特质，为了更精确掌握住这些学习重点，让学生在学习上更能贴近教学活动的目标，在进行机器人校本课程的教学上，如果仅采用单一种类的评价方式来对学生的学习进行评价，显然是不够的。因此，需朝向多元化的形态，才能准确评价学生各方面的真正表现。2.台湾地区 设计与制作课程的能力指标以现行教育改革潮流而言 ， “标准” （standard ）可以视为教育改革的基础，通过教育专家与教育主管部门的研究，能够让我们清楚的了解学生在学校中所能够获得的收获，如美国各层级的教育机构都比较注重发展标准，以明确不同全国中小学生智能机
11、器人竞赛活动中央电化教育馆机器人足球、机器人灭火、虚拟机器人、工程挑战赛丰富中小学生学习生活；重在过程，重在参与；激发创新精神，培养实践能力，全面推进素质教育中国青少年机器人竞赛活动 中国科协基本技能、机器人足球、机器人创意、FLL 挑战赛、VEX 工程挑战赛培养青少年的创新精神和动手实践能力全国中小学信息技术创新与实践活动机器人竞赛教育部关心下一代工作委员会虚拟机器人竞赛、机器人环保主题竞赛培养青少年的“自主创新“能力和普及“知识产权“意识阶段学生所应达到的成就（National Research Council,2002） 。我国目前新课程改革还处于深度试验阶段，暂时还没有明确科学与信息技
12、术方面的具体指标体系，而我国台湾地区则在此方面先行一步，目前台湾的九年一贯课程改革主要精神在摆脱传统知识取向的教学，转而培养学生具备应有的能力，因此规划了七大学习领域与其相对应的能力指标。其中设计与制作课程与机器人课程较为接近，特摘列如下 4： 8-4-0-1 阅读组合图及产品说明书；8-4-0-2 利用口语、影像（如摄影、录像） 、文字与图案、绘图或食物表达创意与构想； 8-4-0-3 了解设计的可用资源与分析工作；8-4-0-4 了解设计的可用资源与分析工作； 8-4-0-5 模拟大量生产过程； 8-4-0-6 执行制作过程中及完成后的机能测试与调整；3.机器人学习能力指标标准的制订只有制
13、订出机器人能力评价的标准，才能帮助学习者了解自我的学习进度，以及协助教师进行课程与教学的改进。在参考机器人竞赛活动与台湾地区的设计与制作课程的能力指标基础上，设定机器人学习能力的三维指标如下：（1）知识与技能1-1 了解机器人的零件（组件、尺寸、特点、功能）1-2 了解学习任务的组装顺序和基本技巧2-1 能口头表达作品的创意与构想（尺寸、结构、功能）2-2 能利用多媒体表达作品的创意与构想（尺寸、结构、功能）2-3 能利用文字与图案表达作品的创意与构想（尺寸、结构、功能）2-4 能利用绘图表达作品的创意与构想（工作草图、三视图、立体图、等角图、组合图）3-3 复制已有作品3-4 改进已有作品4
14、-6 了解解决问题步骤中设计工作的概念（2）过程与方法2-5 能利用物品类比表达创意与构想（尺寸、结构、功能）3-1 了解任务学习过程中的可用资源（队友、学习资料、材料、能源、时间）4 台湾教育部：九年一贯课程生活科技领域设计与制作 ，2000 年。3-2 基本合理利用可用资源（队友、学习资料、材料、能源、时间）4-1 简单分析与研究问题4-2 提出解决问题的构想4-3 掌握数据搜集整理的方法4-4 提出一种以上解决问题的方案4-8 掌握机器人调试的方法（3）情感、态度与价值观4-5 解释最佳方案的理由4-7 尊重作品的原创价值4-9 认可改进作品构想或重新设计的需求（二）评价原则通过掌握国家
15、政策导向、机器人竞赛活动导向以及机器人课程特点，总结确定机器人课程学习的评价原则如下：1. 评价的主要目的在于了解学生学习的真实情况。教师通过使用学习评价这种工具，针对学生的学习过程与结果进行检测，目的在于回馈信息给教师，确保整个学习过程朝既定的学习目标发展。2. 评价应具有引发学生自我反省思考的功能。学习评价应清晰可见，有助于学生明确学习的目标与相应的过程和方法，学生通过在学习过程中对照评价的要求，可以逐渐培养学生的自主学习意识；评价的结果应用于帮助学生了解自己学习的优缺点，以达成引导学生自我反思与改善学习的效果。3. 评价不宜局限于同一个观察角度。机器人学习活动的具备相当多可评价的观察角度
16、，例如完成作品的情况、团队合作情况、采用的方法创意如何等，因此教师在进行机器人教学活动时，把握学习评价的内涵并多视角的善用，必能让学习评价更符合学生的发展。4. 教师对于自己的教学工作能时常参考评价的结果，并做自我评价及调整。评价做为一种反馈校正系统，用于教学过程的每一个步骤中，以判断该过程知否有效，如果无效应采取什么补救方式进行改进，以确保过程的有效性。5. 评价学生高层次问题解决能力 学习评价应重视学生的探究过程和解决问题能力等高层次思考能力，通过解决真实或虚拟问题的动手能力评价，让学生自行建构答案，而非选取唯一的标准答案，抛开记忆导向的评价内涵，强调运用所学去实际解决问题，才能反应出较高
17、层次的思考与解决问题技巧。三、学业评价架构（一）机器人学习的特点新课程标准明确指出：“引导学生调整学习方式，提高他们的自主学习和合作学习的能力，使他们具有终身学习的能力。 “自主、探究性的合作学习”是根据对时代和素质教育的要求，改变目前教育中单一、被动的学习方式, 促进学生均衡而有个性地发展，以适应未来学习、生活和工作的需要。机器人学习过程是先用零件与马达搭建一个结构，然后对控制器进行编程调试，完成某个特定的、有趣的任务，过程中会涉及一些物理、数学、信息技术、机械设计、地理等方面的知识。不但能培养学生的综合能力，活动本身也涉及到多元智能的培养，笔者将其具体关系概括如下（图 1）：图 1 机器人
18、学习与多元智能发展关系1.使用各种材料，体验制作机器人的过程，可发展眼、手并用的运动协调智能；2.在搭建机器人作品结构时，需要立体思考作品的结构，可锻炼空间思维能力；3.在编写机器人程序时，需要运用信息技术的编程技能，培养数理逻辑智能；4.在机器人调试阶段，需要对机器人的表现进行观察，以便查找问题，思考解决办法，可强化观察能力；5.小组合作学习时，组员之间经常需要就某个问题进行协商沟通，有时大家的想法都互相矛盾，方案选择更是多种多样，这时正是培养人际交往智能的教育契机；6.在制作机器人过程中，组员之间需要经常向对方表达自己的构思、设想，在和别人分享学习成果时，也需要总结汇报自己的观点，这是对语
19、言能力的训练。（二）纽西兰中小学科技教育评价项目（TEALS ）的科技评价架构 TAF纽西兰（New Zealand）的梅西大学教育学院（Massey UniversityCollege of Education）与奥克兰大学教育学院（ Auckland College of Education）合作进行了一项中小学科技教育评价项目（Technology Education Assessment in Lower Secondary，TEALS ） ，主要研究科技评价架构（ Technology Assessment Framework， TAF） ，用以协助教师规划与教导科技单元与科目，进而
20、培养学生的科技素养。具体分成五个步骤：1. 科技评价架构（TAF）的第一步骤主要注重掌握学生前次学习单元或科技相关经验的信息，即为了解学生前次学习单元或科技相关经验的信息，可以提供诊断相关问题的机会，并判断本次所拟定的教学内容与需求的关系。2. 科技评价架构（TAF）的第二与第三步骤，详细列明教学所涉及的层面与方法，明确界定后续评价所需囊括的范围，另一方面也能够针对方法进行评价。3. 形成性评价科技评价架构（TAF）的第四步骤主要即为进行形成性方面的评价，主要着重在学生的真实学习经验，以及设定学习过程中的合格评价标准。4. 总结性评价科技评价架构（TAF）的第五步骤主要即为进行总结性方面的评价
21、，主要着重在学生进行整体科技学习活动中的描述。纽西兰中小学科技教育评价（TEALS）项目中的科技评价架构（ TAF）对于本研究中规划机器人校本课程的评价架构时，有相当高的参照价值。（三）中小学机器人学习评价架构的预设根据前述科技评价架构（TAF）与多元评价方式，并结合机器人学习的特点，提出适合中小学机器人校本课程的能力指标的评价架构与方式如下：图 2 机器人课程学业评价架构 如图 2 所示的机器人学习性评价架构中，描绘了评价的基本框架，其评价过程分四个步骤进行：步骤一为评价的反馈过程，也就是在每次新的教学主题单元开始之前，要对照小学机器人能力指标分析学生前次学习情况的评价信息，这个环节要注意虽
22、然标准是统一的，但是学生的独一无二的，因此反馈信息必须要面向每个学生，形式可以多样化；步骤二为教师根据学生前次学习情况，调整本次学习内容的容量或难易程度或评价方式，以匹配学生的实际情况，也可以设立分层目标，并明确相应的本单元学习目标与评价方法；步骤三则是根据学生的学习进行本单元的教学和学习评价，教学和评价之间没有明显的划分，也就是说，教学和评价是融合的；步骤四，学期末教师根据本学期学生每个主题单元的学习评价进行总结性评价，主要是用来表彰学生的学习成果。通过明确评价架构与能力指标，提供各单元学习的期望标准，便于师生规划课程与教学活动，也给我们进行下一步的实验研究提供了规范的框架。参考文献教 師
23、对 内 容 调 整 （ 根 据 上 次 评 价 情 况 ） 形 成 性 评 价 （ 根 据 内 容 确 定 评 价 形 式 ） 总 结 性 评 价 学 生 上 次 学习 情 况 的 评价 学 习 能 力 指 标 标 准 学 习 任 务 、 评 价 方 式 明 确 每 个 主 题 单 元 进 行 一 次 每 学 期 末 进 行 一 次 1 王宁,李雪平.小学机器人校本课程中不同学习评价方式的影响研究以学习动机与态度为例D.西华师范大学 .2012 年 2 彭敏霞.小学机器人教育立体化教材的设计与开发研究D.陕西师范大学.2009 年 3 马增幅.创建多元化评价体系，全面推进课程改革.教育评价研究
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