基于教育机器人的创新能力培养研究
学习机器人可以让孩子们自己动手制作，提升孩子们的动手能力。在制作的过程中需要各种各样的知识去解决问题，孩子们将对这些知识抱有极高的学习热情。家长们可以细心观察学习了机器人的孩子身上发生的变化，也许初始变化还不太大，但是学习久了之后，孩子们将会与之前有天壤之别。格物斯坦认为：教育型机器人是教育发展的自然趋势。从某种程度上说，也是一类玩具。一直以来都被赋予期待为“打开智慧天窗的工具”，而教育机器人是教育属性更重、教育内容更明确的一类玩具。一方面，人工智能的发展是大势所趋，未来各个行业和日常生活都将随着人工智能而带来升级与变革，将人工智能的技术融入玩具中，是自然趋势。
另一方面，无论是人工智能领域人才的缺口，还是当代社会整体对人才需求的转变——更加关注人才的创新能力和适应能力，教育拼装机器人都会促使家长更加关注孩子的素质教育、甚至人工智能相关教育，而涵盖了编程、物理学、基础数学知识，能够培养动手能力、解决问题能力，能让孩子更早接触人工智能产品的机器人教育，无疑是个不错的选择。
当前，机器人教育存在目标与手段脱节的问题，具体表现为教学中充斥着大量重复性实验、机械性模仿的学习活动。如果此类教学长期持续，机器人教育的核心目标不可避免地将演变为对机器人技术原理的理解和简单技能的操作，从而让创新实践能力的培养流于表面。为推动跨学科教育中学生创新能力的培养，本团队创造性地构建了一系列创新教育模式：首先，针对当前机器人教育教学模式单一问题，我们构建了多元化的 4I 教学模式；其次，针对近年来项目式教学和研究性学习存在的不足，在 4I 模式的基础上，我们提出了以逆向工程教学和纠错教学为代表的四类教学模式和“灯笼”模机器人教育的前景型；此外，针对当前创新能力培养过程中存在的“窄口径”与“知识提升缺乏层次与结构”的问题，我们引入“聚类教学” 与“深度学习”理念，进而建构了面向创新能力培养的4C教学模式。系列教与学模式的提出为跨学科创新能力的培养提供了重要的理论指导。
长期以来，机器人教育教学模式单一且侧重模仿验证实验，导致学生创新能力培养不足。具体表现在教师基本沿袭信息技术课堂惯用的讲练结合或封闭式任务教学法，以模拟实验或模仿再现生产生活中的科技产品作为主要教学任务，机器人启蒙教育教师通过讲解制作步骤，让学生亦步亦趋完成预定机器人的制作，重在基础知识和基本技能的掌握，学生作品缺少个性化设计，更谈不上创新设计。针对这一问题，我们构建了多元化的4I教学模式。
所谓4I教学模式，是指向四种教学模式的分类框架，因每个模式的第一个英文字母都为I，故简称4I教学模式。从学生在机器人课程中的学习结果内外分类出发，可以得到机器人教学模式的两个分类维度：知识内容维度（学科本位与学科整合）、物化成果维度（自主控制与联机交互）。经由两个分类维度的交叉，可以区分出四类教学模式（见图1）。其中，实验模拟型教学旨在以机器人相关技术作为教学内容的主体，将机器人本身作为学习的对象，以掌握机器人教育创业本体知识为导向；趣味交互型教学旨在以开发有趣、好玩的机器人联机交互系统为主要任务开展教学；科学探究型教学旨在以科学问题为导向，将机器人作为开展科学探究的载体和工具，为探究性学习提供数据收集、加工的技术支持；发明创造型教学旨在以实际需求为基本导向、以项目教学为基本方法、以创新实践为核心目标的教学，要求学生通过教学能够制作出具有创新性的智能人造物。
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综上所述，现阶段我国的社会现实、科技发展、教育趋势等使创新能力成为我国教育实现转型升级的重要抓手，创新能力的培养也迅速成为教育界内外关注的热点，但创新能力的具体培养方向却尚无定论。如今，知识生产已经呈现跨学科发展态势，创新能力培养必须建立在复杂、多元的知识网络基础上，知识交叉成为打破惯性思维、扩大思维广度、取得原创性成果的原动力。根据《自然》杂志的一项研究，其在总结全球已发表的高质量创新水平的科技论文的基础上，发现学科之间的交叉关系越来越密切，这亦说明跨学科创新逐渐成为全球科技发展的趋势。基于此，在跨学科教育中培养学生的创新能力成为本研究关注的重点。
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