摘 要：针对当前青少年机器人教育缺乏有效教学模式的问题，分析传统教学的局限性，探索科创一体化的创新模式。“一核双融六环节”模式以学生为核心，强调科创一体化（即科学教育和创客教育的深度融合）与跨学科融合创新，通过情境化项目学习实现知识技能与高阶思维的双重融合，设计 6 个关键环节的教学流程，以期全面培养学生的创新思维与实践能力，为青少年机器人教育的改革与发展提供新思路与实践路径。
关键词：机器人教育；一核双融六环节；教学模式；科创一体化；跨学科融合
引 言
随着人工智能技术的飞速发展，机器人教育作为培养学生创新思维与实践能力的重要途径，日益受到社会各界的广泛关注。然而，当前机器人教育在实践中面临着诸多挑战，尤其是缺乏有效的教学模式来全面培养学生的综合素养。传统教学模式往往侧重于知识的单向传授，忽视学生在学习过程中的主体地位，从而制约其创新思维和实践能力的提升。为了在教育“双减”中做好科学教育的加法，要通过科创一体化与跨学科融合创新的核心理念，构建一个以学生为中心、注重知识技能与高阶思维融合规划的新型教学模式。该模式不仅强调情境化项目学习的重要性，还通过精心设计的 6 个教学环节，引导学生在动手操作中深化对机器人技术的理解与应用，体验跨学科学习的乐趣与成效，为机器人教育的改革与发展开辟新的方向与实践路径。
机器人教育的现状与挑战
机器人教育的兴起是科技进步与教育创新相互作用的必然结果。随着人工智能、机器人技术的快速发展，社会对具备创新能力和技术素养人才的需求日益增长。机器人教育以其独特的魅力，成为培养学生创新思维、动手能力和团队协作精神的重要载体。
当前，国内外机器人教育的实施模态丰富多样，涵盖了基于传统课堂教学的模式，以及项目导向学习、竞赛驱动学习等创新教学模式。这些模式各具特色，共同之处在于它们均通过各种途径致力于达成机器人教育的目标[1]。在课程内容的深度与广度上，机器人教育展现出了非凡的包容性与前瞻性。它不仅系统性地传授机器人技术的基石，到灵活的编程控制与智能算法应用，还敏锐地将触角延伸至人工智能、物联网等引领未来科技潮流的前沿领域。更为重要的是，机器人教育课程巧妙地促进了与其他核心学科的深度融合，构建一个跨学科的知识桥梁，全方位提升学生的综合素养与创新能力。例如，为了让机器人完成路径规划任务，学生要运用数学算法计算最短路径，利用几何知识设计行进路线，同时运用信息技术编写控制程序，并考虑通用技术的工程结构以确保机器人稳定运行。
虽然传统机器人教学模式在基础技能和知识的传授上有所建树，但是其固有的局限性正逐渐显现。首要问题在于知识传递的单向性，教师作为知识的主要输出者，学生则处于被动接受的状态，这极大地抑制了他们的主动性和创造性，阻碍了独立思考与问题解决能力的培养；其次，传统教学模式往往忽视了学生的主体地位，未能充分尊重和满足学生的个性化需求，导致许多学生难以挖掘并发挥自身的潜能；最后，该模式过于侧重基础知识的灌输，而忽视批判性思维、创新思维等高阶思维能力的培养，使得学生在面对复杂多变的情境时显得力不从心。“机器人教育是科技教育的重要内涵之一，要想突破传统的搭建技能和控制论知识，面向智能时代科技人才培养需求，创新教学模式是必经之道”[2]。因此，创新机器人教学模式，打破传统框架的束缚，已成为当前教育改革中亟待解决的关键议题。
“一核双融六环节”教学模式
深入剖析机器人教育现状与挑战后，为了更有效地激发学生的创新潜能与实践技能，机器人教育领域亟须一种能够颠覆传统、吸纳先进教学思想的新模式。科创一体化与跨学科融合的理念，正是引领机器人教育步入新阶段的强大动力。
科创一体化强调将科学教育和创客教育深度融合。科学教育是立德树人工作的核心环节，创客教育是培养创新思维与实践能力的重要途径，借助机器人教育将科学探索与创客实践深度融合，形成独具特色的教学模式，让学生在动手实践中深化对科学原理的理解，同时激发创新灵感，培养解决问题的能力，从而全面提升科学素养、创新思维和实践操作能力。例如，在“机器人跳舞”项目中，首先引领学生深入探索机器人舞蹈中涉及的编程逻辑与动力学原理（科学教育维度），随后激励学生运用这些理论知识，设计并编程一个能够模仿传统民族舞蹈动作的机器人（创客教育与实践结合）。学生在这一过程中，不仅能够深化对编程逻辑与物理原理的认知，还可以在亲手构建与调试机器人的实践中，极大地提升创新思维与动手操作能力，为将来投身于科技与文化创新的融合领域打下坚实的基础。
“一核双融六环节”教学模式是在科创一体化与跨学科融合的教育理念导向下，依托科学的教学设计与实施路径，全面提升学生的科学素养、创新思维和实践能力。
2.1核心目标：培养创新思维与实践能力
面对日益激烈的全球竞争，培养具有创新思维与实践能力的人才已成为教育的核心使命。机器人教育凭借其高度的实践性与创新性，成为实现这一目标的有力途径。在机器人教育中，学生要不断思考如何设计、构建和编程机器人，以解决各种实际问题。这种探索过程能够激发学生的创新思维，促使他们提出独特的解决方案。因此，“一核双融六环节”教学模式将培养学生的创新思维与实践能力作为核心目标，致力于为学生提供一个有利于创新与实践的教学平台。
2.2架构设计：体现科学性和系统性
2.2.1
“一核”：以学生为核心的教育理念
“一核”即以学生为核心，强调在教学过程中尊重学生的个体差异，关注学生的兴趣和需求，激发学生的学习兴趣和主动性。通过创设开放、包容的学习环境，鼓励学生自主探究、合作学习，使每位学生都能在机器人教育中找到自己的位置，发挥自己的潜能。
2.2.2
“双融”：知识技能与高阶思维的融合规划
“双融”包括知识技能与高阶思维的融合规划。一方面，通过系统地课程设置和项目实践，学生掌握机器人技术的基础知识和基本技能；另一方面，注重培养学生的高阶思维能力，如批判性思维、创新思维、问题解决能力等。通过情境化项目学习将知识技能与高阶思维紧密结合，学生在实践中深化对知识的理解，同时提升思维能力。
2.2.3
“六环节”：精细解构的教学流程
“六环节”是教学模式的具体实施步骤，包括：①问一问：引导学生提出问题，明确学习目标，激发学习兴趣。②搭一搭：通过动手搭建机器人，初步了解机器人结构和基本原理。③学一学：系统学习机器人相关知识，包括编程、传感器应用等。④比一比：通过小组竞赛或项目展示，检验学习成果，促进知识内化。⑤创一创：鼓励学生创新思维，设计并制作自己的机器人项目。⑥享一享：分享学习经验和项目成果，促进同学间的交流与合作。
这 6 个环节紧密相连，层层递进，构成了一个完整的教学闭环，旨在通过循序渐进的方式，全面提升学生的知识水平和思维能力。
“一核双融六环节”教学模式的实施
3.1课程体系的系统构建与科学规划
根据“科创一体化与跨学科融合”理念构建系统化、层次化的课程体系，涵盖机器人的基础知识、进阶技能以及跨学科融合的内容，注重培养学生的创新思维和实践能力。通过科学规划课程内容和教学进度，确保学生在每个阶段都能获得适当的学习挑战和成长机会。
3.2案例背景与教学目标设定
以“月球车搭建与创新设计”项目教学为例，背景概述：科技进步的浪潮与对宇宙探索的持续热情，使得月球车构建成为连接学生与科技世界、引领他们探索太空奥秘的桥梁。此活动不仅为学生提供了一个动手实践的平台，还是培养其动手能力、创新思维及团队合作精神的有效途径。教学目标细化：①知识与技能层面：使学生熟练掌握直流电机的工作原理，深入理解减速齿轮装置的功能，并具备独立完成月球车搭建的能力。②过程与方法层面：依托“一核双融六环节”教学模式，激发学生的探索兴趣，强化其实践操作能力、创新思维及团队协作能力。③情感态度与价值观层面：进一步激发学生对科技的兴趣，培养其勇于探索未知、坚持不懈的精神风貌。
3.3教学内容与项目主题选择
教学内容概览：项目的教学内容围绕直流电机的工作原理、减速齿轮装置的应用、月球车的具体搭建流程以及创新设计思路展开，旨在为学生提供全面而深入的知识体系。
项目主题明确：基于上述教学内容，项目主题被确定为“月球车搭建与创新设计”，此主题旨在鼓励学生在掌握基础搭建技能的基础上，充分发挥想象力与创造力，对月球车进行个性化设计与改进。
3.4教学具体实践过程
在“一核双融六环节”教学模式的指导下，按照“问一问→搭一搭→学一学→比一比→创一创→享一享”的顺序，逐步推进教学实践。
1）问一问：激发好奇，引导探究。
教学实践的起点，是从激发学生的好奇心开始的。通过展示月球车的图片或视频，引导学生思考月球车的构造和功能，激发其探索欲望和学习兴趣。
2）搭一搭：构建基础，动手实践。
在好奇心的驱使下，学生开始动手搭建月球车。分发搭建材料，并指导学生按照步骤进行搭建。这一环节不仅培养学生的动手能力，还让其在实践中体验团队协作的乐趣。
3）学一学：掌握原理，深化理解。
在搭建过程中，穿插讲解直流电机的工作原理和减速齿轮装置的作用。通过实际操作和理论讲解相结合的方式，学生更加深入地理解这些知识点。
4）比一比：竞技比试，激发潜能。
为了检验学生的学习成果和月球车的性能，设置月球车爬坡比赛和跨越障碍比赛。这一环节不仅激发学生的竞争意识和团队协作能力，还让其在实践中不断挑战自我、超越自我。
5）创一创：拓展创新，提升能力。
在掌握了基础知识和技能后，鼓励学生根据所学知识和自己的创意，对月球车进行创新设计。这一环节不仅培养学生的创新思维和解决问题能力，还让其在实践中体验到创新的乐趣和成就感。
最后，组织学生进行作品评价和分享。通过评价他人的作品和分享自己的学习心得，学生不仅认识到自己的不足和需要改进的地方，还从他人的经验中汲取营养和灵感。
3.5实践过程中的挑战与应对策略
3.5.1
学生兴趣与参与度差异的挑战
针对学生兴趣点不同、参与度存在差异的问题，通过分组合作、设置多样化的比赛项目等方式，激发学生的学习兴趣和参与度。这不仅让学生更加积极地参与活动中，还让其在合作中学会相互学习和借鉴。
3.5.2
跨学科知识整合的难度与解决策略
月球车搭建涉及物理、工程等多学科知识，整合难度较大。为了应对这一挑战，笔者提前备课、梳理跨学科知识点，并通过案例讲解、实践操作等方式帮助学生理解和整合跨学科知识。这不仅可以提高学生的综合素质和能力水平，还让其在实践中体验到跨学科学习的乐趣和价值。
3.5.3
教学资源与设备限制的问题及应对
面对教学资源有限、设备数量不足的问题，合理安排教学时间，分组轮流使用设备；利用网络资源进行在线学习和交流；鼓励学生自带材料进行个性化创作。这些措施不仅可以有效缓解教学资源紧张的问题，还可让学生在实践中学会自主学习和创新。
结 语
“一核双融六环节”以学生为核心，尊重个体差异和学习需求，实现了个性化教学。学生在真实或模拟情境中深入探索机器人技术，有效锻炼了团队协作能力、问题解决能力和批判性思维。理念与模式的创新，实现了青少年机器人知识技能与工程高阶思维的融合，促进了学生的全面发展，为机器人教育的改革与发展贡献了新样态。
人工智能、虚拟现实等新兴技术快速发展，将其融入“一核双融六环节”教学模式的潜力巨大。未来研究将探索如何利用这些技术增强教学模式的互动性和沉浸感，创造更具创新性和高效性的机器人教育教学模式。例如，利用虚拟现实技术构建逼真的机器人应用场景，或利用人工智能技术智能分析学生学习过程并提供个性化教学支持。这些创新探索有望为机器人教育带来全新发展机遇和挑战。
参考文献：
[1] 李亚, 徐恩芹. 我国中小学常见的机器人教学模式分析[J]. 创新教育研究, 2022, 10(3): 485-493.
[2] 黎清万, 何斌. STEM理念下机器人教学创新设计与探索[J]. 中国信息技术教育, 2024(1): 81-84.
基金项目：广东省教育研究院第二批STEM教育专项研究重点课题“基于STEM的机器人校本课程开发研究”（GDJY-2020-S-a009）。