基于图形化编程与机械学习的中小学机器人分级课程体系探究

摘要：为满足省内各学校对机器人教育的需要，来自河北省各地市的十几名课程开发者共同研制了基于图形化编程与机械学习的中小学机器人分级课程，经过反复验证与迭代，实践证明分级课程的形式可以适应中小学全年龄段的需求。

关键词：中小学；机器人课程；图形化编程；机械；分级课程

为满足省内各学校对机器人教育的需要，来自河北省各地市的十几名一线教师、主管领导和教研员合作开发了基于图形化编程与机械学习的中小学机器人课程。经过三个学期的课程开发、实验授课和跨地市教研，实践证明将图形化编程与机械学习课程进行分级设计可以满足不同学段中小学生对机器人教育的需求。

一、适合中小学全年龄段的机器人课程

以校本课形式开设的中小学机器人课程，在不同的学校，开设课程的年级与年龄段都不同。因为校本课是学校自设的课程，没有国家或地方标准，也不需要和其他学校统一。为了构建较为通用的中小学机器人课程体系，就必须适应在中小学全年龄段开设课程的需求。然而，中小学生的年龄跨度很大，认知能力与知识背景更是差异极大。为了让课程更有适应能力，也为了让使用这套课程体系的教师有的放矢，课程编写组决定在课程设计的初始阶段就将课程设置为分级样态。

在全省进行跨地市调研之后，课程编写组发现，有意愿开设机器人校本课的年级是有规律的。在小学阶段，一般不会在小学一、二年级开设机器人校本课。因为在这个阶段开设并不符合该年龄段学生的认知特点。在初中阶段，开设机器人校本课一般集中在七年级，主要原因是八、九年级的学生学业压力较大。调研数据反映，有少部分学校有八年级的开设意愿，但九年级没有。在高中阶段，机器人校本课的开设主要集中在高一年级，但整体来说，高中有开设机器人校本课意愿的学校很少。

通过上面的调查研究，我们不难看出，学校一般会选择在三至七年级开设机器人校本课。而这个学段就是课程体系服务的主体学段。

二、机械学习部分的课程分级设置

2.1机械学习课程适合中小学全年龄段

本套课程分为图形化编程与机械学习两部分。机械学习课程并没有严格地将学习者划分为中小学生，或者说是同时面向中小学全年龄段的。

第一，对于没有掌握机器人机械知识的学生来说，无论是中小学，机械知识都是陌生的。

第二，中学生参加机器人课程的主要是七年级学生，他们与小学生一样，也没有学习过中学的物理课。

第三，中学生与小学生的认知水平的确不同，中学生在学习这套课程时可以加快进度。

第四，实践证明，课程也可以适用于小学低年级学生，但应该有所选择。可以将一些难懂的知识分离出来，只保留课程的动手探究部分。

2.2机械学习课程的分级

首先，课程结构是由易到难分布的，比较难懂的知识出现在后半段，三、四年级的学生可以直接跳过，可以转到图形化编程课程中继续学习，待有一定积累后再来补充这部分比较难的内容。

其次，每一节课中都包含了大量的理论知识，这些理论知识既是实践搭建的有效补充，也是宝贵的物理与机械的原理性知识。但是这些偏向物理学的理论知识，对于三、四年级的学生来说并不友好。所以在教学过程中，授课教师应该理性取舍，针对不同年龄段的学生，仅选择适合理解的那部分内容授课即可。

三、图形化编程部分的课程分级设置

3.1图形化编程课程适合中小学全年龄段

参与课程编写的学校，在课程初稿试运行的阶段随机抽取了4节难度相差较大的课例《第1课 陀螺小将》《第6课 灌篮高手》《第13课 独眼轨道车》《第18课 丛林探险：物资》，在三年级、五年级和七年级进行了实验性教学。

在实验教学前，教师以先导课的形式将本节课需要的先导知识进行了简单讲授。因为机器人图形化编程课程是基于具体项目的创新型课程，所以学生在经过先导课培训之后，都能够比较顺利地过渡到试验课的学习中。

经过实验，第1课与第6课在三年级、五年级和七年级的实验授课中进行地很顺利。第13课，三年级表现的比较吃力，但将课时拉长之后，三年级的学生也可以接受，而五年级和七年级则完全没问题。第18课是综合实践课，五年级和七年级的课堂气氛活跃，三年级的学生则略显谨慎。实践证明，这套机器人图形化编程课程可以适应三年级至七年级的年龄段。

3.2图形化编程课程的分级

使用本套课程的学校可以自行搭配纯计算机图形化编程课程作为本套课程的先导课程。

在课程设计中，机器人图形化编程课程包含了15节独立创客作品类的项目课程，和5节拓展活动课程。其中前10节课程，难度不高，可以供三、四年级及以上学段的学生学习。11至15节，难度有所提升，与最后5节拓展活动课相搭配，可组成高级课程。经多所参与实践的学校实验，若将课时拉长，去除部分的拓展内容，四年级的学生也没问题。

四、多元评价与分级评价

中小学机器人课程作为STEAM创新课程，评价应该是多元的。而作为机器人分级课程，评价也应该是分级的。下面我们以学段为分级依据，简单描述一下各级的多元评价。

小学三至四年级，在知识与技能上不做强制要求，在信息意识和计算思维方面做重点考察，在作品创新方面鼓励发散思维与开拓精神，在跨学科融合方面鼓励融合小学各学科。

小学五年级至初中一年级，在知识与技能、信息意识和计算思维方面有较高的要求，在作品创新方面应该努力深入社会生活并解决真实需求，在跨学科融合方面应该主动融合初中学科。

五、总结

在课程研发的三个学期里，课程编写组经过反复验证与迭代，实践证明了基于图形化编程与机械学习的中小学机器人分级课程，在经过不同学段教师合理的校本化、师本化设计下，可以适应中小学全年龄段的需求。