一、STEM教育的内涵

STEM教育的内涵STEM教育源自20世纪80年代的美国，其内涵旨在将科学、技术、工程、数学这四个领域看作彼此联系的整体，试图提高未来国家的国际竞争力。在STEM教育中，科学素养是重点，是为学生将来进一-步 从事科学研究打下基础;技术素养和工程素养则是在实际的社会分工中最经常体现的，它以明显的应用特点为科学研究提供工具和思路;数学素养是STEM教育的基础，技术深入、工程论证、科学推理和建模，都需要数学作为基础。

二、智能机器人教育的意义和环境

智能机器人教学的意义及现状智能机器人技术是涉及机械、电子、计算机、人工智能等多种技术的实践性学科。智能机器人教学的总体目标是在了解机器人内部构造、功能及应用状况等知识的前提下，动手搭建机器人，设计机器人行动策略,编写机器人程序。由于其自身的知识综合性和技术应用领域的广泛性，为培养学生的综合能力，如逻辑思维能力、分析和解决问题的能力、动手能力、合作能力和创造能力提供了良好的平台。因此，机器人教学是素质教育的重要载体，将对社会发展和人才培养产生重大影响。

教育部2017年颁布的《普通高中信息技术课程标准(实验)》中，把“人工智能初步”和“简易机器人制作”设为技术领域的选修模块，意味着我国的人工智能和机器人教育在大众化、普及化层面上进入了一个新阶段。随着信息化的发展以及人们科技意识的加强，机器人教学逐渐趋于幼龄化，很多经济发达地区从小学低年级开设智能机器人(校本)课程、兴趣班，社会上的幼儿机器人培训班、机器人高手俱乐部层出不穷。学校及市场培训机构的教学质量关系到该领域能否健康、良性发展，也关系到面向21世纪未来人才的培养。 

三、STEM教育与智能机器人教学的整合

STEM教育视野下教学智能机器人教学能够实现STEM教育四要素的有机整合。如在完成FLL机器人前进爬坡并摘取果实的任务时，教师通常会要求学生先思考可以有几种策略完成任务、哪种策略最佳。在编程时，教师要求学生画程序流程图，通过反复测试、分析现象、发现问题、提出修改方案并及时调整，使机器人表现出最佳状态。科学素养:普通高中信息技术课程标准(实验)》中,把“人工智能初步”和“简易机器人制作”设为技术领域的选修模块，意味着我国的人工智能和机器人教育在大众化、普及化层面上进入了一个新阶段。随着信息化的发展以及人们科技意识的加强，机器人教学逐渐趋于幼龄化，很多经济发达地区从小学低年级开设智能机器,人(校本)课程、兴趣班，社会上的幼儿机器人培训班、机器人高手俱乐部层出不穷。学校及市场培训机构的教学质量关系到该领域能否健康、良性发展，也关系到向21世纪未来人才的培养。

STEM教育视野下的智能机器人教学能够实现STEM教育四要素的有机整合。如在完成FLL机器人前进爬坡并摘取果实的任务时，教师通常会要求学生先思考可以有几种策略完成任务、哪种策略最佳。在编程时，教师要求学生画程序流程图，通过反复测试、分析现象、发现问题、提出修改方案并及时调整，使机器人表现出最佳状态。

四、STEM理念下Arduino机器人教学模式探索

机器人教学是一门实践性.创造性很强的课程。该课程几乎都有实验课，学生可借助各种工具制作.组装实体机器人或编写、调试机器人程序,通过“发现、观察、摸索、总结、创新”整个过程,让学生对科学充满兴趣与挑战。当他们顺利实践灯光闪烁、马达旋转时,强大的自信与成就感将不断地转化为自主学习的源动力,智能机器人科学技术、计算机高级编程与各种传感器的准确运用,对他们来说也不再什么难题。相对于端坐在书桌前认真验算的传统教学模式,“做中学”将带给学生不断深入的巨大能量。基于“做中学”教学方式,贵在得法。在课堂之前,教师应准备预定的教学计划包括基础部分.发散部分等,在课堂中按照既定的步骤实施,做到游刃有余,充分激发课堂的活力,其中整个教学模式流程如图2所示，强调了三者之间的关系,以及阶段性任务，而具体要点体现在以下几个方面：

教师：

思路：

学生：

(1)教学内容

在进行教学内容选择时应充分考查学生现有知识结构，机器人教学是以学生现有知识结构作为前提，选择贴近学生生活实际的案例以及具有时代性的内容，这样才能够激发学生的兴趣，具有很强的实际意义，同时，作为信息技术课程的后续课程，应遵循和借鉴信息技术课程，通用技术课程、综合实践活动等课程的基本理念、内容和要求。

(2)教学思路

根据教学设计预定目标，教师教学心中应有一条主线，即通过对机器人设计解决哪些实际问题，实践过程需要哪些基础知识作为支撑，其中哪些知识又是需要教师通过教学提供支持的。根据学生的接受能力，教学内容应把握好先后次序，螺旋上升和发散结构，循序渐进地开展，这样针对性强，极大地提高了学生的学习效率。

(3)教学策略

对于中小学生而言，很难通过理论的讲解达到预期目标，而采用体验式学习的方式，让学生成为课堂的主角,参与某种活动亲身体验认知规律。教师作用不再是一味的讲授知识，更

重要在于寻找合适可视.可听.可感知的媒体让学生体验，以及相关引导工作，让学生通过亲身体验,反复观察感受、实践、认知来感悟与理解学习方法。

2教学案例

避障和测距是机器人竞赛项目中常见内容之- ,主要通过相关传感器及微处理器间接测量距离，当测得结果处于危险范围”时采用左转.右转或倒退的方式进行避让,而机器人超声波测距案例就是常见的方法。这里具体任务就是组装机器人，安装超声波模块并能够控制,同时将烧录相关程序。

(1)教学目标

机器教育的总目标就是提高学生的创新能力、综合设计能力以及动手实践能力，进而提升学生的STEM素养。根据三维目标划分，目标可细分为:知识与技能，了解机器人结构及生活

应用，能够完成机器人硬件组装，程序编写及调试等任务:过程与方法，能够模仿及实现简单的创意设计，解决一些简 单的实际问题:情感态度与价值观,培养学生对机器人课程学

习兴趣，提高解决问题的能力及STEM素养，促进全面发展。

(2)教学步骤

第一阶段:情境引入

教师展示事先准备好的机器人超声波测距的视频和图像，提出问题，给学生感知情景，同时，演示组装后的机器人来实现测距，并通过上位机显示距离值。

第二阶段:观察与反思

通过实验现象，提出问题，供学生反思，比如“如何超声波则距?”、“如何正确安装超声波模块”等。 同时，教师应该系统介绍机器人整个流程图及相关注意事项。

第三阶段:引导与操作

通过充足的课前准备时候，就开始我们的实验了。本实验的在原有机器人模型之上引入了超声波模块，为了能够让本实验顺利进行,教师应该对此模块进行简单的介绍。

(1)认识超声波测距模块以及应用原理

(2)引导学习，电路连接

(3)图形化程序编写、刻录、调试

第四阶段:总结与应用

在学习了本节知识之后，学生应具备自己去组装电子电路，程序设计调试下载的能力。教师需要对本节所学知识采用适当的形式进行总结，同时.知识的学习重要在于应用，当学生将所学内容抽象成新的观点和方法并在头脑中初步形成印象后，教师应提供新的应用情景，例如:如何测水的深度?如何测车速?程序设计思维的来历?这不仅能进步巩固学生所学，还让学生的思维进行得到发散。

教学中，学生经历科学研究所必须的几个阶段，从发现问题、思考问题、推理筛选,到最后技术应用，形成一套科学的研究方法，最终形成良好的科学素养、工程素养、数学素养和技术素养，为日后的发展奠定基础。由此看来，在机器人教育中体现STEM理念是未来发的方向，值得广大教师认真思考和研究。(昆明经开区张朝玲)