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基于项目的学习与机器人教育到底有什么关系?

国际城市青少年机器人联盟 2019-01-10 11:43:48


“项目式学习”(Project based learning, PBL)最近在国内引起了广泛关注,大家可能都知道,PBL是和传统教学模式有很大的不同。


近来,越来越为国内知名初高中或创新教育所接受。但是,PBL究竟是什么?



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认识基于项目的学习之前,有必要先了解一下“项目”,生活中我们常说的“项目”,就是一种任务,人们在资源的支持下,去创造特定的产品或者服务。基于项目的学习中的“项目”是其在教育领域的廷伸、发展及具体运用。






基于项目学习的内涵

(中国STEM教育发展报告)



基于项目的学习( Project-Based Learning *简称 PBL ) ,也称专题学习.是让学生通过安排围绕项目的真实学习任务,综合各学科知识.在合作学习的环境下 ,设计并实施一系列的探宄活动,并把探究成果进行表达和交流的教学模式。

 

这种学习主要由基本问题、项目设 计、工作计划、项目管理、最终产品和评价反馈六个因素素构成。其中,“基本问题”来自于现实生活:本身蕴含的知识是多学科的:有一定深度,值得学习者进行深度探究:难度适宜,学习者有兴趣、有能力进行探究。

 

而“项目设计”、“工作计划”和“项目管理”这些活动,都是为了促进探究活动的展幵。活动的方式丰富多样、个别化学习、小组学习等各种学习方式能够适应各种学习风格,为不同智能特点的学生们提供展示的舞台。另外,活动应具有挑战性,在活动中,学习者们需要应用知识,能够对知识进行记忆和迁移。但需要注息的是,所有活动都是在真实情境中,支持学习者进行合作、拓展能力。

 

基于项目的学习的最终产品,可以是学习结束时学习者学会的知识或技能,也可以是为解决某问题设计出的方案或成果。在获得最终产品后,举办产品报吿会等交流会,能够帮助激发学习动力,分享学习经验和体会。

 

但对于完整的 PBL来说,最终产品的获得并不是学习的结束。对最终产品和活动过程进行评价并提供反馈,会为学习者的学习带来更多支持。评价的对象可以是 PBL中的任何一部分,例如项目计划、项目管理、学习者对知识的深层理解能力等。评价者可以是教师、专家、研究人员,也可以是学习者本人;评价方式可以是互评、自评等。


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总体来说, PBL 让学生主动参与到了项目中来解决有价值的问题 ,自主完成学习,得到成架并进行展示交流,实现了课堂的重构,能够取得比传统课堂更好的成绩,并提升了创造性解决问题的能力。







那么,PBL又与机器人教育有什么关系呢?



PBL与机器人教育拥有共同特征


 

1)驱动性问题

这是PBL的标志性特征,所谓“驱动性”,体现在这个来自现实、需要解决

的问题既是学习的起点,又能用来组织和激发学习活动。


例如,“如何让机器人搬运货物到指定目的地”就是一个不错的驱动性问题。

 


2 )真实情境

PBL 的本质就是一套设计学习情境的完整方法,强调在真实情境中开展探究活动,研究者们的共识是真实的研究过程对于学习大有裨益。

 


3 )多学科知识

复杂但真实的驱动性问题来源于现实,就意味着问题是多学科交叉的,现实中的问题很少有知识背景单一的,单一学科的知识也很难解决这些问题。此时,学习者想要解决问理、创造出进终产品,就要综合运用自己己有的多个学科的知识。

 

4)强调协作

真正的专家解决问题时,会寻求多方面的合作,基于项目的学习希望在最大程度上,为学习者提供和真正的专家相似的经历,基于项目的学习中,教师、学生及所有参与该项活动的所有人员相互合作,同属一个学习共同体。学习者在项目学习的过程中,要积极寻求和学习共同体中其他人的合作,构建对知识共享的理解,一起解决问题。  

 


5)最终产品交流展示

这些最终产品是是课堂学习的成果,是可行的、能解决问题的,其本质是学生构建出对知识的理解,在公开共享后,这些产品能够为社会服务,还可以产生一定的社会效益,学生之间就最终产品进行交流和讨论,项目的其他参与者也将积极参与。在交流和讨论中,可能会产生新的问题或灵感,不断学习进步。

 

6) 学习技术支持

来自学习技术对PBL的支持,贯穿在整个学习过程中。对于教师来说,要为学生提供技术支持,例如计算机实验室、远程通讯技术等,可以提高教学水平:对于学生来说,巧妙使用各种认知工具和信息资源,例如信息检索、思维导图、Model-It软件等,能够更加清晰地表述观点,帮助学习。





基于工程项目的学习与机器人教育



机器人教育是STEM 教育的最佳实施方案,而STEM 教育领域采用的基于项目的学习 ,一般是以工程项目为主,称之为 STEM Project-Based Learning (简称 STEM PBL )。




德克萨斯农工大学的罗伯特•卡普拉罗 (RobertM .  Capraro )等人(2013)认为,在 STEM PBL 学习中有两个重要的构成部分:明确的结果和不明确的任务 。


“明确的结果”一方面受工程设计过程影响,另一方面则受到高风险的应试环境的影响。比如说,一位机器人工程师总是在头脑中先有一个结果,如“使机器人以最快速度攀爬到指定位置”等, 同时还要考虑真实测试环境下的责任。所以,教学设计者亦应如是 。STEM PBL 的设计过程总是起始于一个可测量的结果 。通常还会包括一个终结性的评价,确保学生能够达成目标。

 

“不明确的任务”需要学生在丰富的信息环境中解决一系列的问題,从而整体地展现学生对于 STEM 各个科目中槪念的掌握情况,而这种明确的结果包括与国家各标准相关的学习目标,以及实施任务时的限制条件,其中,不明确的任务允许学生通过运用他们的学科知识,来制定符合结果要求的不同解决方案,从而自由地解决问题 ,这就要求学生有高度的逻辑思维、问题解决能力和丰富的知识。另外需要注意的是,“不明确”不代表“无计划"。

 


基于上述两个重要的构成部分,

我们可以从一些机器人赛中看到能够整合多种学科的工程项目学习的例子。




例如,由发明家 Dean Kamen创立的FIRST机构,其旗下的系列机器人赛事主要是通过真实的、基于项目的学习环境来激发青少年对科学与技术的兴趣。


就FRC来说,FRC是一个针对15-18岁孩子的国际比赛项目,每年1月份, FIRST Robotics Competion向全球参赛队伍公布年度挑战项目,这个项目鼓励孩子们用科学的方式去调查研究以及自己动手设计机器人。学生们在辅导员的指导下为机器人进行设计、加工、搭建、编程以完成比赛。









机器人教育在理念层面是一种基于项目的学习,在实践层面是一种跨学科学习,在本质层面是一种基于创造的学习,其核心特征是知、行、思、创的统一。在机器人教育中加入PBL,更能让学生明白学习目标,让学生能全方位参与到学习中来。这种新型的学习范式旨在通过自主选题、调查研究、创意构思、知识建构、设计优化、原型制作、测试迭代和评价分享的过程模型,为孩子创造提供一种有意义的学习经历。


从这一视角来审视,STEM教育有利于破解我国当前工程教育在“工程性”和“创新性”方面存在的困境,进而为国家创新型人才培养提供变革途径。






本文关于PBL的介绍均来源于《教育部:中国steam教育发展报告》






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