解析新时代的机器人技术创新

科学,技术，工程和数学（STEM）教育被视为确保国家成功未来的重要一步。基于现实世界中的问题开发的STEM课程，可以使课程更贴近学生和教师。格物斯坦认为：对于更优质的STEM教育的迫切要求主要基于以下因素的考虑：许多职业现在需要一支能够参与STEM思维和技能的劳动力，对创造力，创新，批判性思维，解决问题，信息和媒体素养的要求变得愈发重要。而STEM课程能比较好的培养这些素养，并为学生从事STEM相关领域的工作打下基础。

机器人技术被看作STEM教育的重要组成部分，因为它向学生介绍了复杂的数学和科学思维。机器人学可以成为学习应用数学概念，科学探究方法和解决问题的途径。机器人技术教育可以模拟人类的运动，并允许学生发展抽象的心理表征、数学思维。此外，当学生遇到具有挑战性和复杂的学习场景时，机器人的使用可以提高学生的积极性并鼓励坚持性。

与机器人教育相关的数学和科学思维通常被称为计算思维。计算思维是一个涉及通过利用计算机科学的基本概念来解决问题，设计系统和理解人类行为的过程。教育学习机器人计算思维促进了数学和科学的学习，包括抽象，问题分解，预测，和迭代，递归思维和差错检测。研究表明，计算思维从根本上有利于学生在STEM课堂上的学业表现。

然而，传统机器人课程并不能保证学生参与计算思维。只有在真实情境中呈现机器人任务时，学生最有可能参与计算思维。即，结合解决问题的场景和真实使用STEM技能的探索的环境。在真实情境中，学生通过测试他们的机器人编程来解决复杂问题。基于标准的综合性STEM课程，该课程使用机器人来培养学生的计算思维。机器人教育的优势对项目的需求源于现有综合性STEM课程资源的总体缺乏以及对以综合方式直接解决特定STEM标准的需求。本文使用教育设计研究（EDR）来指导我们的研究过程，本文首先开发并实施了一个符合特定数学，科学和工程标准的课程概念框架。家用教育机器人该课程随后在5个五年级的教室中实施，为期2周。从教师和学生那里收集评估数据，以证明该框架在实践中的有效性。

功能环境通常涉及一个真实的问题，即让学习者围绕复杂的开放式问题进行学习。这些类型的问题通常以设计为重点，这些问题为学习者提供了参与有益性失败的机会。中国机器人培训有益性失败是指当学习者尝试问题，失败并且必须基于失败的结果构建新的潜在解决方案时形成的知识。失败是有成效的，因为学习者在这段经历中开发的思考和解决问题的过程可能会转移到未来的新情境中。同时在功能环境中呈现的问题要让学生参与高阶思维。在功能环境中使用真实的，结构不良的问题可以提高学生的高阶思维。

功能环境的另一个特征是协作。当学生在功能环境中参与高水平认知活动时，协作可以让学生进入更深层次的对话。机器人操作培训这种深层次的讨论可以了解同伴的思维模式，并允许学生讨论多种解决问题的方法来增强学习。通过合作，学生可以批判观察和监测彼此，可及时发现错误。

体验式学习一种允许学生与真实情境进行交互，体验和学习的方法。编程机器人教程借助具身认知理论，实施方法应强调创造感性的身体体验，让学生通过在情景中体验这些概念并与周围的现实世界互动来学习抽象概念。在使用智慧机器人教育它感知时，行动和物理运动来外化并进行可见的数学思考和解决问题的过程。

综上所述，使用综合方法在STEM科目之间建立联系有利于学生学习。首先，综合方法使学习者能够获得真实的解决问题的经验。通过这种真实问题的解决，学生能够提高高阶思维技能和解决问题的能力。综合STEM课的另一个好处是，将科学和数学结合起来可以积极地影响学生学习STEM相关内容的动机和态度。然而，为了给学生带来综合性STEM课程的好处，教师需要一个连贯的课程，其中计算思维，编程和建模不是作为单独的主题教授，而应与科学领域的学习交织在一起。