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

STEM理念下机器人竞赛教育理论与理论——以苏州大学文正学院开拓创新实验室为例〔〕:

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、进步理论才能具有重要意义。机器人竞赛教育具有很强的跨学科性和理论性，符合STEM理念下四大领域的有机交融。因此本文将STEM理念与机器人竞赛教育相交融，对STEM理念下机器人竞赛教育理论进展了深化探究，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展理论验证。理论说明，该理论可以有效提升学生的动手理论和创新等综合才能，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，穿插交融

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理论以苏州大学文正学院开拓创新实验室为例[J].教育现代化,2022,6(23):185-186.

机器人教育作为我国从"制造";大国向"智造";大国迈进的根底【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、增强其理论才能，促进其向创新型、创业型人才开展的关键。机器人教育不同于传统的分科式教育，它涉及多个穿插学科，例如机械、计算机视觉、控制技术、电路和传感器等，要求学生可以记忆、理解、应用知识的同时对其进展分析、评价和创造。因此，如何实现多学科穿插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、工程和数学进展有机交融【2】，与机器人教育的多学科穿插相吻合。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展讨论，并基于详细实例进展理论分析，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穿插交融对于解决实际问题的重要性。这种交融并不是简单的堆加，它们的交融能产生1+1>2的效果。STEM教育旨在围绕一个实际问题，通过动手理论的方式让学生利用多学科的综合知识解决问题，从而进步学生的动手理论才能与创新才能，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穿插学科，要求学生知识面广，并且可以在记忆和理解知识的根底上实现运用、分析、评价和创造。因此，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穿插交融，充分表达了STEM的四要素，即代表着不同学科的综合表达。S〔科学〕包括模电、数电、物理等学科，强调根底科学理论的应用；T〔技术〕为程序设计，表达人机互动；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，强调根底数学的应用。因此，需要以STEM为教育理念，推进跨学科交融的机器人竞赛教育。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，还可以培养学生的团队协作才能、解决问题的综合理论才能和创新才能。

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详细问题，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，表达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.教育目的〔结合STEM与三大目的〕：如表1所示。

3.教育步骤。为了深化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开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，带着学生进入情境，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才能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，引导学生进展讨论交流和考虑解决问题的方案，培养他们的考虑与分析才能。首先，教师以提问的方式让学生考虑以下几个问题。第一、小车如何判断位置已到达减速板？第二、由于减速板外表不平，小车不可防止地会上下跳动，如何尽量保证小车直线通过减速板？第三、假设小车出现偏移，如何迅速地进展调整，使得小车处于直线行驶状态？然后，学生带着问题进展讨论交流，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展解答。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，可对方案进展理论验证。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那么。之后，每组学生便开始进展相应的小车机械构造的调整，程序的编写、下载与调试。该过程中，学生为理论主体，充分锻炼他们的动手理论和团结协作才能，教师仅负责理论过程中的操作平安以及问题解答。④总结与应用。在两组同学对自己的方案进展验证后，不管成功与否，教师针对学生理论过程中应用到的知识点以及碰到的问题集中进展总结。然后，鼓励学生进展总结发言，可以总结失败的原因或者成功的经历。最后，仍然以提问的方式让学生考虑面对其它的障碍物，例如门槛、台阶等，又该如何解决。这不仅能进一步稳固知识，还可以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展评价，详细包括思维才能、知识运用才能、动手理论才能和团队协作才能的评价等【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，教师组织学生进展自评和互评，使学生可以正确认识自己，有利于取别人之长，补己之短。除此之外，教师鼓励学生对所提出的方案进展评价，例如抗干扰性如何、算法效率如何等等。即使是理论成功的方案也要考虑如何进一步完善，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、重理论的特点，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理论的方式将知识进展运用并稳固，同时有利于培养学生的动手理论才能、团结协作才能与创新才能。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展了深化讨论，并以苏州大学文正学院开拓创新实验室为例，通过详细的机器人小车如何翻越减速板障碍物为详细的理论案例详细介绍了教育主题、目的和步骤这三大方面。理论说明，基于STEM理念下的机器人竞赛教育可以让学生在发现问题到考虑问题，想出解决方案再到验证方案从而完好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理念是将来的开展方向，需要更进一步的讨论与研究。

参考文献

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