STEAM 教育理念下机器人课程
摘 要
美国政府最早提出的 STEM 教育理念，旨在能够鼓励孩子在科学、技术、工程和数
学领域的发展，培养孩子的综合素质，从而提升其全球竞争力。STEAM 教育理念是 STEM
教育理念的进一步发展，是为了加强美国 K-12 关于科学、技术、工程、艺术以及数学
等学科教育的发展而提出的。STEAM 教育理念传入中国后，国内对于如何进行 STEAM 教
育以及 STEAM 教育本土化展开了广泛的研究，现阶段 STEAM 教育和各种课程相互整合，
即 STEAM 教育的理念时常应用于机器人课程中，但对机器人课程设计的研究大多数局限
于中小学，对学前教育和高等教育中机器人课程设计的研究特别缺乏。目前学前机器人
教育普遍由教育机构来进行，不同机构的课程内容良莠不齐，为此本研究希望对学前机
器人课程设计进行探索研究，设计出一个能够适合现阶段在幼儿园开展的机器人课程，
并通过具体实践验证该课程的实际效果。
首先，本研究通过研究大量文献了解了国内外 STEAM 教育和机器人教育研究现状，
并结合调查的实际情况对学前机器人开设情况进行分析，了解目前学前机器人课程的具
体内容。其次，根据已有条件设计在 STEAM 理念指导下的学前机器人课程。最后，选取
石家庄市某两所幼儿园的大班中班的学龄前儿童为研究对象进行课程实践，实践目的旨
在发现课程中所存在的问题，对设计的课程进行进一步的修改、完善。实践研究也表明，
机器人课程确实有助于学龄前儿童的综合能力的培养。希望此学前机器人课程能够作为
案例帮助更多的幼儿园进行未来机器人课程的开展，为机器人课程的建设做出一点贡
献。
本研究共分为五部分：
第一部分：绪论。从 STEAM 教育和机器人教育的发展结合学前教育的重要性三方面
叙述了研究背景。将设计一系列学前机器人课程作为研究目的和意义，并通过文献综述
梳理了国内外 STEAM 教育和机器人教育的研究现状，在此基础上，确定了研究的内容，
选择文献研究法、问卷调查法、行动研究法和访谈法作为研究方法。
第二部分：相关概念及理论基础。首先界定了 STEAM 教育和学前机器人课程的概念。
进而阐述建构主义学学习理论、“做中学”理论、心流理论和蒙台梭利教学法对本研究
基础理论的支持。
第三部分：STEAM 理念下的学前机器人课程设计。基于 STEAM 教育理念，并结合幼
IV
儿园的教学实际和学龄前儿童基本情况对学前机器人课程的设计进行了研究。这一部分
主要分为课程的定位与目标、课程内容设计、课程教学模式设计及课程评价方法的建立
四个方面。
第四部分：STEAM 理念下的学前机器人课程实践。选取了石家庄市某两所幼儿园大
班中班的学龄前儿童作为研究对象，利用一个学期的时间进行了实践研究。实践前对研
究对象进行前期分析，实践过程分为两轮实践，实践结束后，根据对研究对象的前测和
后侧数据对课程实践效果进行测量分析。
第五部分：研究总结与展望。主要是对整个研究工作的总结，并指出了研究的创新
点及存在的局限，对后续的研究进行了展望。
关键词：STEAM STEM 机器人课程 课程设计
V
Abstract
The STEM education concept first proposed by the US government, aims to encourage
children's development in science, technology, engineering, and mathematics, and to develop
the overall quality of children, thereby enhancing their global competitiveness. The STEAM
is a further development of the STEM and is intended to strengthen the development of the
US K-12 education in science, technology, engineering, art and mathematics. After the
introduction of STEAM education concept into China, the domestic research on how to carry
out STEAM education and localization of STEAM education has been carried out extensively.
At this stage, STEAM education and various courses are integrated with each other. The
concept of STEAM education is often used in robotics courses, but Most of the research on
robot course design is limited to primary and secondary schools, and research on robot course
design in pre-school education and higher education is particularly lacking. At present,
preschool robot education is generally carried out by educational institutions. The content of
courses is mixed. For this reason, this study hopes to explore the design of preschool robot
course, and design a robot course that can be adapted to the current stage in kindergarten.
Verify the actual effect of the course.
Firstly, this study has studied the status quo of STEAM education and robot education
research at home and abroad through a large number of literatures, and combined with the
situation of survey to analyze the situation of preschool robots, and understand the specific
content of the preschool robot course. Secondly, according to the conditions, the preschool
robot course under the guidance of the STEAM concept is designed. Finally, the preschool
children of the large class of two kindergartens in Shijiazhuang were selected to conduct the
course practice for the research subjects. The purpose of the practice was to discover the
problems of course and further modify and perfect the designed courses. Research has also
shown that robotics courses do contribute to the development of the abilities of preschool
children. This preschool robot course can be used as a case to help more kindergartens carry
out future robotics courses and contribute to the construction of robotics courses.
VI
The study is divided into five parts:
The first part: Introduction. The research background is described in terms of the
development of STEAM education and robot education combined with the importance of
preschool education. A series of pre-school robot courses will be designed as the research
purpose and significance. Through the literature review, the research status of STEAM
education and robot education at home and abroad will be reviewed. On this basis, the
research content will be determined, and the literature research method, questionnaire survey
method, Action research methods and interviews are used as research methods.
The second part: related concepts and theoretical basis. The concept of STEAM
education and pre-school robotics courses is first defined. Furthermore, it expounds the
support theory of constructivism, the theory of “doing middle school”, the theory of heart
flow and the teaching method of Montessori to support the basic theory of this research.
The third part: Preschool robot course design under the STEAM concept. Based on the
STEAM education concept, combined with the teaching practice of kindergarten and the basic
situation of preschool children, the design of preschool robot course was studied. This part is
mainly divided into four aspects: the orientation and goal of the course, the design of the
course content, the design of the course teaching mode and the establishment of the course
evaluation method.
The fourth part: Preschool robot course practice under the STEAM concept. Preschool
children of two kindergartens in Shijiazhuang City were selected as research objects, and a
semester time was used for practical research. Before the practice, the research object is
analyzed in advance. The practice process is divided into two rounds of practice. After the
practice is finished, the effect of the course practice is measured and analyzed according to
the pre-test and back-side data of the research object.
The fifth part: research summary and outlook. It is mainly a summary of the whole
research work, and points out the innovation points and limitations of the research, and looks
forward to the subsequent research.
Key Words: STEAM STEM Robot course Course design
VII
目 录
摘 要 ...................................................................................................................................... III
Abstract ..................................................................................................................................... V
1 绪 论 .................................................................................................................................. 1
1.1 研究背景 ...................................................................................................................... 1
1.1.1 STEAM 教育理念的发展 ........................................................................................ 1
1.1.2 学前教育重要性 ................................................................................................... 2
1.1.3 机器人教育发展趋势 ........................................................................................... 2
1.2 研究目的与研究意义 .................................................................................................. 3
1.2.1 研究目的 ............................................................................................................... 3
1.2.2 研究意义 ............................................................................................................... 3
1.3 国内外研究现状 .......................................................................................................... 4
1.3.1 STEAM 教育国内外研究现状 ................................................................................ 4
1.3.2 机器人教育国内外研究现状 ............................................................................... 6
1.4 研究内容与方法 .......................................................................................................... 9
1.4.1 研究内容 ............................................................................................................... 9
1.4.2 研究方法 ............................................................................................................. 10
2 相关概念及理论基础 ........................................................................................................ 11
2.1 相关概念 .................................................................................................................... 11
2.1.1 STEAM 教育 .......................................................................................................... 11
2.1.2 学前机器人课程 ................................................................................................. 11
2.2 理论基础 .................................................................................................................... 13
2.2.1 建构主义 ............................................................................................................. 13
2.2.2 杜威“做中学”理论 ......................................................................................... 13
2.2.3 心流理论 ............................................................................................................. 13
2.2.4 蒙台梭利教学法 ................................................................................................. 15
3 STEAM 理念下学前机器人课程设计 ................................................................................. 17
VIII
3.1 课程需求及可行性分析 ............................................................................................ 17
3.2 课程定位与课程目标 ................................................................................................ 17
3.2.1 课程定位 ............................................................................................................. 17
3.2.2 课程目标 ............................................................................................................. 18
3.3 课程内容体系设计 .................................................................................................... 19
3.3.1 课程设计原则 ..................................................................................................... 19
3.3.2 课程内容及体系 ................................................................................................. 20
3.4 课程教学模式设计 .................................................................................................... 27
3.4.1 联系阶段 ............................................................................................................. 27
3.4.2 建构阶段 ............................................................................................................. 28
3.4.3 反思阶段 ............................................................................................................. 31
3.4.4 延续阶段 ............................................................................................................. 32
3.5 课程评价方法 ............................................................................................................ 32
3.5.1 过程性评价与发展性评价 ................................................................................. 32
3.5.2 自我评价与外来评价 ......................................................................................... 33
3.5.3 个性化评价 ......................................................................................................... 33
4 STEAM 理念下学前机器人课程实践 ................................................................................. 35
4.1 前期分析 .................................................................................................................... 35
4.1.1 学习者分析 ......................................................................................................... 35
4.1.2 环境资源、教具资源与教师资源分析 ............................................................. 38
4.2 实践过程 .................................................................................................................... 39
4.2.1 制定实践计划 ..................................................................................................... 39
4.2.2 具体实践过程与反思 ......................................................................................... 39
4.3 实践案例展示与反思——以《电塔》为例 ............................................................ 40
4.3.1 第一次实践设计 ................................................................................................. 40
4.3.2 第一次实践后反思 ............................................................................................. 44
4.3.3 第二次实践设计 ................................................................................................. 45
4.3.4 第二次实践后反思 ............................................................................................. 45
4.4 实践结果数据分析 .................................................................................................... 46
IX
5 研究总结与展望 ................................................................................................................ 49
5.1 研究总结 .................................................................................................................... 49
5.2 研究创新点 ................................................................................................................ 50
5.3 研究不足与展望 ........................................................................................................ 50
5.3.1 研究不足 ............................................................................................................. 50
5.3.2 研究展望 ............................................................................................................. 51
参考文献 .................................................................................................................................. 53
附 录 ...................................................................................................................................... 57
致 谢 ...................................................................................................................................... 61
1
1 绪 论
1.1 研究背景
1.1.1 STEAM 教育理念的发展
随着当今社会在飞速的发展，创新是国家和民族的动力来源。创新被视为当今社会
重要的一环，所以可以将人才培养成具有创新意识的新的教育模式应运而生，那就是
STEAM 教育。STEAM 教育从提出来到逐渐走进人们的视野，短短数十年 STEAM 教育
就将自己发展成一个全球性的教育理念，在这个以知识为经济的世界上，STEAM 教育
被接受即是对它最大的认可。STEAM 是由五个英文单词的大写首字母组成，他们分别
是 Science（科学）、Technology（技术）、Engineering（工程）、Arts（艺术）和 Mathematics
（数学）。STEAM 是由美国政府曾提出的 STEM 教育的基础上结合 Arts（艺术）进一步
发展而来的，STEM 最初代表的是科学、技术、工程和数学四个教育方面，由于艺术教
育的加入，最终成为了包容多种学科的综合性教育
[1]
。
美国国家科学委员会（National Science Board，简称 NSB）在 1986 年，发布了名为
《本科的科学、数学和工程教育》的报告，STEM 教育就是这时开始进入了人们的视野。
STEM 教育所提倡的课程并不是传统的课堂形式，而是整个课程中以小组为单位，通过将
科学、技术、工程和数学知识相融合的项目式活动、调查实践等方式促进学生对以上四
个方面知识的学习和整合。在他们获取知识的同时也要进一步获取一些现代社会必要的
认识技能，知识与技能相结合使他们能成为一个国家合格的公民。这些知识技能的学习
使得他们增强了个人的健康、提高能源的使用效率、加大环境的保护、更好的利用资源
和可以为国家的安全贡献自己力所能及的力量。2009 年，美国政府对幼儿园到 12 年级
直到大学，也就是 K-12 阶段和高等教育阶段的 STEM 教育提供了最大程度的资金支持。
2009 年 STEM 的大力发展也离不开美国时任总统奥巴马先生背后的支持[
2]
。
一年后，随着 STEM 教育的发展，各个方面的专家学者都有了一定的研究。美国维
吉尼亚科技大学学者格雷特·亚克门（Georgette Yakman）将艺术（A）这一方面加入到
STEM 教育体系中，这是 STEAM 教育的首次进入大众视野。艺术这一方面包括了众多
人文艺术类学科，如：美术、音乐、社会、语言等。融合了艺术之后所形成的 STEAM
教育理念对于增强学生的认识、提升学生的情感态度和培养学生的创造力、问题解决能
力及批判思维都有着一定的优势。美国将发展 STEAM 教育认定为进行 K-12 阶段教育
2
时所必须的国家教育战略性改革。STEAM 教育理念的基本是各个学科的融合，因此
STEAM 也为不同学科之间的知识整合提供了方法。STEAM 是一种不同于以往的教育理
念，以 STEAM 理念进行指导的学习方法是一种项目式的学习，在学生自主的探索和实
践中收获不同学科的知识，这种学习方式也模糊了各个学科之间的分界线[
3]
。
1.1.2 学前教育重要性
教育的存在是为了使人能够更好的发展。人之初，性本善，刚出生的人将来会成为
什么样的人，这是由后天的教育决定的，而教育的方向的选择对人来说则是有着很重要
的意义。教育是一件有体系有深刻内涵的一项活动。教育从人还未出生时便开始进行了，
而人们一开始接触到的教育就是学前教育，处于这个年龄段的儿童，有一句俗语说：三
岁看老。人在正式进入学校前接受的什么样的教育，很大程度上决定了这个人的未来。
因此，学前教育是有着明确目的的促进人类发展的活动。良好的学前教育应该是符合儿
童当下阶段的心理发展需求，应该在儿童自身发展规律的基础上，进行改变原生家庭、
遗传等其他因素对儿童进行的影响，使得儿童在接受学前教育后产生一定好的改变。根
据儿童发展阶段可以得知人类的好奇、求知欲、想象力、创造力和思维能力大部分会在
幼儿时期形成，而进行良好的学前教育是帮助儿童进行智力开发，打下未来学习的良好
的基础的有效方法之一[
4]
。
儿童发展相关文献中表明，从 0.5 岁开始，幼儿的社会认知能力开始进行发展，到
了 2 岁时认识能力的发展速度有着明显的提升，这种高度发展一直持续到 4 岁，学前教
育的开展则是恰好发生在这一阶段，所以在这个阶段对于儿童的各种能力的培养，则需
要教师、家长结合科学合理的教育方法，在各种各样的实践活动中进行，实践是可以帮
助儿童的发展社会化的可行手段[
5]
。《3-6 岁儿童学习与发展指南》中表明：“儿童的学
习主要是以直接经验为基础，通过日常生活和各种游戏完成的。”相对应的儿童所接受
的学前教育，根据《指南》的要求，应该是一种德、智、体、美、劳全面发展的教育。
同时《指南》指出：“根据儿童学习活动的范畴，可将幼儿教育的内容分为健康、科学、
社会、艺术、语言等五方面”。学前教育只有根据以上五个方面全方位的进行，才能使
得儿童在方方面面都能健康和谐的发展。
1.1.3 机器人教育发展趋势
人类进入到机器人时代，机器人在各行各业都有重要的作用。相应的机器人教育在
全球范围内逐渐兴起，通过多年的实践证明，机器人课程在提高学生综合能力这一方面
3
被大多数人们认可。随着机器人教育进入到中国，有关机器人的课程、竞赛都在如火如
荼的开展中。机器人教育课程目前大多开设在中小学或是各高校，相对应的研究也大多
限于此，在实践过程中有人发现，在学前教育中开设机器人课程相对于中小学能获得更
好的教学效果。机器人课程应符合儿童发展阶段的要求，不是学前教育的所有阶段都适
合开展机器人教育，具体原因则是有限的机器人教具及不达标的儿童操作能力。较适宜
的阶段则是 4-6 岁的儿童，这一阶段的儿童可以进行机器人的搭建以基本原理知识的学
习。根据教学效果反馈，在学前教育时期进行的教育干预相较于上学后进行的干预能获
得更长时间的影响。
机器人教育对儿童多方面的能力的提高有所帮助，儿童在进行机器人课程的学习
时，可以锻炼自己的动手能力，通过对周围事物的观察可以激发儿童的好奇心，在学习
过程中儿童与其他的同学进行合作学习，即培养了儿童的团队协作能力，又可以提高儿
童的语言表达能力及和他人沟通的能力。儿童在学习过程中，不断自行探索，有助于儿
童的创新能力的培养。学习过程中遇到问题，儿童自己尝试解决有助于提高儿童分析解
决问题的能力。机器人教育同时也是一个多重知识融合在一起的活动课程，在整个学习
过程中，儿童提高了自己的认知能力也锻炼了技能，所以说机器人教育对培养儿童的综
合能力有明显的实际意义。
1.2 研究目的与研究意义
1.2.1 研究目的
本研究的目的是为将 STEAM 教育理念与机器人教育相结合，结合学龄前儿童的发
展特点，设计适合于幼儿园的机器人课程。通过该课程，让儿童在玩耍中学习科学、技
术、工程、艺术、数学等方面的知识，培养儿童的学习能力、动手能力、创造力、团队
合作能力以及语言表达能力，增强儿童今后在学习生活中的综合素质与竞争力。
1.2.2 研究意义
(1)理论意义
通过本研究对我国学前机器人教育研究领域进行更深层次的探索，为我国机器人教
育事业的建设贡献自己的微薄力量，同时给学龄前儿童提供更加合适自身发展的教学方
法，为原有的教学理念打入新的活力素，促进机器人教育向学前教育领域方向进行发展，
使我国学前教育内容更加丰富多彩。
(2)实践意义
4
全世界对机器人教育的关注度越来越高，我国也逐渐的在开展中小学相关的机器人
教育，在全国各地许多城市，许多所中小学已将机器人课程设置为必修课程，机器人教
育的发展渐渐地走向常规化，但在学前机器人领域并不如中小学内的应用和实践广泛。
本研究的实践意义在于，根据学龄前儿童学习特点，基于 STEAM 教育理念，设计合适
的机器人课程并进行教育实践，为今后幼儿园开展相关教学提供一定的参考和借鉴，对
于研究儿童综合能力方向的培养，提升我国儿童的竞争力有一定实践意义。
1.3 国内外研究现状
1.3.1 STEAM 教育国内外研究现状
(1)国外现状
美国最早提出的 STEAM 教育，而 STEAM 教育的快速发展是受到了奥巴马政府的
帮助才得以进行的。美国为了快速的发展 STEAM 教育在美国不同的地方设立了六所有
代表性的 STEAM 实验室，这六所实验室分别为：波士顿艺术学院 STEAM 实验室、曼
哈顿儿童博物馆 STEAM 实验室、新罕布什州儿童博物馆 STEAM 创新实验室、贝尔沃
堡小学 STEAM 儿童实验室、格林威治学院 STEAM 实验室以及提顿县学区数字制造实
验室[
6]
。
除了实验室外，美国政府为了培养学生们在科学、工程、技术等方面的科学素养，
专门提供专款以用来建立专门的 STEAM 中学，除了提供经费支持，政府还提供专家指
导。其中一家名为项目引路机构（PLTW）在中学阶段推出了一门 STEM 课程，这门 STEM
课程主要目的是为了对学生们进行产品研究、设计综合训练，这种课程的内容主要是由
综合实践课程或是信息技术课程的组成，在这些课堂中教师的教学活动是学习解决项目
或问题。这门课程在美国 50 个州以上进行开设，几乎所有学校都在在建设 STEAM 课
程。在 2015 年新媒体联盟的《地平线报告》(K-12 版)中，STEAM 被认为在未来 1-2
年内会得到快速发展[
7]
。
还有其他发达国家在 STEAM 教育方面有一定的发展。澳大利亚联邦及各州与地区
教育部在 2015 年发布了《STEAM 学校国家战略 2016-2026》，该战略的主要目的就是
加快澳大利亚中小学在学科融合方面的教学和学习。韩国教育部为了储备现代化人才，
在 2011 年发布了《搞活整合型人才教育（STEAM）方案》并构建一个平台，以促进现
代社会科学技术素养的人才的培养[
8]
。德国联邦教育与研究部发布的调查报告《MINT
展望——MINT 事业与推广指南》中，MINT 即为 STEAM，这个报告中将“保证劳动力
5
的数量和质量是联邦政府活动的重心”这一内容作为核心提出[
9]
。除了以上的各个国家，
还有不同的国家也将 STEAM 教育作为国家教育的重点开展工作。
(2)国内现状
本研究调查 STEAM 教育的国内研究现状将选择中国知网的数据作为文献资料调查
来源，在知网中进行高级检索，检索条件为将主题词设置为“STEM 教育”或“STEAM
教育”又或是将关键词设置为“STEM 教育”或“STEAM 教育”，共检索出相关文献
1339 篇。文献每年的发表数量如图 1.1 所示。
图 1.1 文献发表时间和篇数
在 2010 年，我国第一次出现了与 STEAM 教育内容相关的研究，相较于其他国家
的 STEAM 教育的发展，我国已处于落后阶段，从 2010 年到 2014 年论文数量的增幅保
持在十位数，直到 2015 年，与 STEAM 教育相关的文献数量有了明显的增涨，这表明
我国 STEAM 教育方面的研究受到了一定的注意，从 2016 年之后，相关文献数量直线
增加。正是由于我国教育部在 2015 年 9 月发布了一份《关于“十三五”期间全面深入
推进教育信息化工作的指导意见（征求意见稿）》，在这份意见稿中明确的指出我国下一
个 5 年计划中 STEM 教育和机器人教育是学校要大力进行实践研究的两个重点[
10]
。
在 2015 年之后，STEAM 教育的名号越来越响，各个阶段各个学科都在进行 STEAM
教育的实践，尤其是在中小学信息技术、通用技术、手工制作等课程中进行广泛的应用。
如：南京灿青教育就基于 arduino 平台设计开发了一系列的 STEAM 教育课程。虽然 STEAM
教育的研究工作正在热火朝天的开展中，但是 STEAM 教育与一些学科的整合效果有些
差强人意。比如北京师范大学教育技术学院陈磊发现 STEAM 教育中 Scratch 的部分课
6
程就无法体现 STEAM 中的 E，也就是工程这一方面的培养。但是大部分的课程与
STEAM 教育进行结合后，都产生了意想不到的效果，如：北京景山学校老师基于 STEAM
教育理念开发出了“Scratch 编程”、“人工智能”课程应用于信息技术的课堂上，他们还
将化学、物理等试验与 Scratch 编程有机结合起来实现了学科之间的完美融合。还比如
重庆第二十九中创客教师瞿强开发的 STEAM 课程，就包括了先进的 3D 打印技术和
arduino 开源编程硬件。以上教师在实际 STEAM 课程的实践过程中，发现 STEAM 教育
不仅是课程内容的整合，还是对教师知识整合的一个考验，在开展 STEAM 课程时对于
课程的教材和课程时间的掌握需要教师一再进行充分的考虑设置，以往单一的课程内容
是不能完成一堂 STEAM 课程的要求[
11]
。在众多 STEAM 课程研究中，大多数的研究内
容则是将 STEAM 教育与机器人教育结合起来，进而设计开发一些机器人相关课程。我
们从这一点可以了解到，STEAM 的教育理念比较适合与实践类课程或学科进行整合，
而且在此类学科中 STEAM 教育的理念更能发挥的淋漓尽致。
根据以上的现状，我们可以发现 STEAM 教育的发展离不开国家的大力支持，国家
和教育部门相继出台了众多的指导文件，为了促进 STEAM 教育的发展。为了响应国家
号召，近几年各种有关 STEAM 教育的比赛也在红火的开展中，各种实际情况都表明
STEAM 教育在我国的发展十分迅速。我国目前 STEAM 教育的主要研究内容为 STEAM
教育的起源发展现状，发展情况良好的外国发展现状及其研究内容，如美国的 STEAM
教育实践和改革，STEAM 教育与其他相关研究方向的区别与联系。以下词汇均为
STEAM 教育研究的相关热点，包括：学科整合、跨学科教育、创新能力和核心素养的
培养等。但是这些研究热点中并不包括真正的基于 STEAM 教育的各学科课程内容设计
和教学模式设计的研究，这方面的研究数量较少，这是将是未来 STEAM 教育研究的一
个重要方向。
1.3.2 机器人教育国内外研究现状
(1)国外现状
与 STEAM 教育相同的是，机器人教育的发展也是国外开始早于国内，美国、英国。
日本等国家早在 1960 年前后就在一些大学里开始机器人教育的相关研究。经过十年左
右的发展，机器人教育在这些国家已经从大学开展到了中小学[
12]
。
美国在机器人教育方面最早开展与 1992 年，当时美国高中就已经开始推广机器人
教育，通过多种形式，包括：竞赛、兴趣小组等形式吸引学生对机器人课程的兴趣。在
7
美国的中小学，机器人的教学模式分为课内机器人课程和课外兴趣小组的相结合。除了
课内课外的机器人课程，还经常组织机器人夏令营等相关课外活动，激发学生学习机器
人课程的兴趣。在美国高等教育中，相较于中小学中激发以激发学生兴趣为主，在大学
里更加重视的是机器人的机械设计、编程以及人工智能技术等方面的研究。如：美国耐
基梅隆大学设立了一所机器人学院，这所学院的主要研究内容就是机器人可以帮助教师
在课堂中完成哪些教学任务使得整个教学过程更加轻松，这只是机器人与帮助教师进行
教学的机器人与教育的整合。截止到目前，这个学院在名为 ROBOTC 的一个平台上设
计发布了 20 门左右的教育机器人相关课程，这 20 门左右的课程将从幼儿园到大学所有
的年龄阶段的课程都包含在内，形成了一个完整的体系[
13]
。总的来说，美国学校的基础
教育领域中，其机器人教育课程中主要有以下四种模块：机器人技术性的教育课程，这
大部分是开设在应用技术类的课程中；机器人教育的实践或实验课程，与我国的数理化
课上的实验类课程相似；机器人教育的课外活动，如定期举办机器人教育夏令营、冬令
营等课外集体活动；机器人作为课程上的一种辅助教学工具，可支持其他科目的课程学
习，培养学生的思维逻辑和创新力等[
14]
。
日本开展机器人教育的相关研究时间上落后于美国，虽然日本机器人教育发展较
晚，但其发展速度较快，较为重视，因此在将实现机器人产业化的脚步迈在了美国的前
面。具体原因则是因为日本相交于美国对于机器人教育的重视程度较高。为了发展机器
人，日本大学争相建立专门用于机器人研究的实验室，大学也大力开展相关课程。除了
高等教育，日本在基础教育中也很是重视机器人教育。日本的中小学校给学生提供大量
机器人课程，在课余时间大量举办机器人竞赛。1998 年，程序计算和编程被正式加入中
学必修课程内容之中，机器人教育的开展也正式进入中学生的课堂。日本在 2016 年提
出一个“日本一亿总活跃计划”，计划的主要内容为开展教育信息化建设，推动编程课
程的开展。新指定的小学指导要领还将编程作为其中的必修内容正式编入小学数学与理
科课程，主要训练学生的逻辑思维[
15]
。日本软银机器人有限公司参与了一项名为“Pepper
社会贡献项目”的活动，这个公司 2017 年将价值 58 亿日元的人形机器人产品投入到日
本不同地方的 282 所公立中小学，期望能够帮助机器人课程在中小学的实践研究[
16]
。
其他的发达国家也陆陆续续将机器人教育纳入到中小学教学中。机器人教育成为了
众多国家都在开展研究的火热领域，这一领域掀起了一阵机器人教育热潮。
(2)国内现状
8
本研究调查机器人教育的国内研究现状将同样选择中国知网的数据作为文献资料
调查来源，在知网中进行高级检索，检索条件为将主题词设置为“机器人教育”或“机
器人教育课程”又或是将关键词设置为“机器人教育”或“机器人教育课程”，共检索
出相关文献 609 篇。文献每年的发表数量如图 1.2 所示。
图 1.2 论文发表时间和篇数
我国机器人教育研究的方向可分为四个：
首先是在中小学课堂中的机器人教育研究，这个方向包括以下几个关键词：机器人
比赛、智能机器人、教育活动、信息技术等。分析现有文献，我们可以发现我国机器人
教育的发展模式是依照日本的机器人教育进行开展的，我国举办了多种多样的机器人比
赛，借由比赛的开展，培养出一批开展机器人课程的学校或者教师，这些学校和教师是
站在机器人教育的一线，为我国机器人教育的发展源源不断的提供新的能量。如：我国
较早将机器人教育加入学校信息技术课程的中小学是北京市的景山学校，景山学校的机
器人教育课程为我国其他中小学开展机器人课程起到了模范带头作用[
17]
。
其次是中小学机器人课程内容的研究，这个方向的关键词包括：创客教育及其现状、
教学模式、课程设计、机器人技术等。不同研究中对机器人教育的领域所述问题有着许
多争论，例如：机器人课程应该在信息技术课堂中开展还是隶属于通用技术课堂，机器
人教育与创客教育又有着怎样的关系以及机器人教育在中小学中应该怎样开展，由谁来
开展。机器人课程作为校本课程在上海市西南位育中学、卢湾高级中学等中小学进行了
初步地实践探索[
18]
。
再次是机器人课程对学生综合能力培养的作用，关键词有：创新能力、自主学习、
9
学习活动等关键词。学生的综合能力通常包括：动手操作能力、创新能力、问题解决能
力、自主学习能力等。而机器人教育对上面提到的能力是否有促进作用，是一些学者比
较关心的研究方向。2017 年在我国高校自主招生的评价范围内，机器人竞赛成绩及学生
的综合能力成为了一项重要的评价指标。为了响应国家政策，人工智能课程的普及将从
小学开始进行，机器人课程则是人工智能课程中重要的一部分。因此需要进一步了解机
器人课程对学生综合能力的影响。
最后的是机器人教育课程实践，这一方面的关键词为：项目式学习、学习过程、课
堂和教学等。机器人教育 STEAM 教育的关系也是学者们研究的重要的方向，机器人教
育具体将 STEAM 教育中最重要的学科整合、注重实践体现出来，学生如何学习这种包
含多学科知识的实操类课程，是机器人教育课程实践中的重中之重，这对于学校和教师
都是一种新的尝试。
以上四个方向概括了我国机器人教育的目前状况，国家对机器人教育的开展是十分
支持的，随之在中小学开设机器人课程，举办机器人比赛，我国机器人教育发展十分迅
猛。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020 年）》纲要中提出，在未来学生
的创新能力需要从小重点培养[
19]
。因此机器人教育的相关课程不能只停留在小学阶段，
而是应像美国等发达国家一样，建立从学龄前到中小学，甚至到高等教育，完善的机器
人教育体系，这样对机器人教育的发展有着长远的意义。
1.4 研究内容与方法
1.4.1 研究内容
(1)对已有的国内外学前机器人课程研究成果进行理论研究
对国内外有关 STEAM 理念、机器人课程设计等方面的文献资料进行查阅整理总结，
进而界定相关概念与理论，并对以下几个方面进行了进一步分析：机器人课程设计的相
关研究、学前机器人课程开设情况以及 STEAM 理念下学前机器人课程设计的研究现状。
(2)STEAM 理念下的设计学前机器人相关课程内容
依据畅流理论，基于 STEAM 教育理念设计适合幼儿园的机器人课程，包括对课程
的需求和可行性进行分析、确定课程明确的位置、设置合理的课程目标、设计课程内容
与教学模式、确定教学评价方法等内容。
(3)STEAM 理念下的学前机器人课程的实践
将设计好的学前机器人课程在两所试点幼儿园进行两轮次的实践研究，发现课程设
10
计中的问题，并根据实践情况对课程进行不断的修改和完善。
1.4.2 研究方法
(1)文献研究法
文献研究法主要通过对文献的收集整理研究，对研究内容建立一定的科学认知的研
究方法。在研究过程中，对国内外有关 STEAM 教育、机器人课程设计及课程内容等方面
的相关文献通过多种渠道进行收集，将几十篇文献整理归纳总结，确定相关概念和相关
理论，并对机器人课程开设现状、对机器人课程设计研究现状进行了解。
(2)问卷调查法
问卷调查法是通过向研究对象发放问卷的方式，来收集可供研究的数据的一种常见
的研究方法。在本研究的第四章实践阶段笔者首先为了了解幼儿园中参加及机器人课程
的儿童基本情况使用问卷收集了数据，其次为了了解课程效果使用儿童发展水平测量表
对参加课程的儿童进行两轮次的调差，收集了大量的数据。
(3)行动研究法
行动研究法是指为了解决实际教学问题，在既定实践环境中，研究者依据设计的行
动方案进行行动，最终在实践中确定问题并进行解决的一种研究方法。本研究中研究者
的角色由笔者本人担任，在对设计的课程进行实践的过程中发现问题，进而解决问题，
笔者与参与整个研究过程，制定一定的研究计划，并对其进行记录分析，解决设计的课
程在事件中所遇到的问题，通过与合作教师的研讨，获得更多的意见与建议。
(4)访谈法
访谈法是指通过研究者和受访人员一对一地交谈提问来获取受访人员相关情况与
态度的一种研究方法。访谈法具体实施比较灵活、需要研究者和受访人员相互进行一定
的适应，所以研究者需要针对受访人员采用合适的访谈方式。本研究在课程设计前期准
备阶段，对不同幼儿园的园长、教师、家长通过面对面的访谈，了解到一定信息。
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2 相关概念及理论基础
2.1 相关概念
2.1.1 STEAM 教育
STEAM 是由是 STEM 发展而来，STEAM 是有以下五个单词的英文首字母组成：
Science、Technology、Engineering、Arts 和 Mathematics[
20]
。
STEAM 教育不同于以往的学科教育，将五大学科整合在一起，根据不同学科的特
点，将认知的方法进行了新的创造，STEAM 教育将多元的教育内容进行联系，以此产
生一个新的系统的学习理念。STEAM 教育是要让学生在真实情境下发现问题，并学会
综合各学科的知识来解决问题。相较于将知识认知在学生的脑海中，STEAM 教育选择
将学会的知识应用于实践，并将不同的学科的培养重点体现在实际中。STEAM 教育由
于是跨学科的教育方式，则选择项目性的学习内容更适合多方面内容的结合。STEAM
教育掀起了与以往不同的教育形式，这也是传统教育的创新和变革[
