摘 要：随着 STEM 教育在中小学阶段的普及，机器人教育作为跨学科实践的重要载体受到广泛关注。本研究聚焦“VEX  IQ”机器人教育系统在基础教育中的应用价值，通过梳理建构主义理论和在教育实践中学习的理念，探讨其在培养学生科学 素养与创新能力方面的独特优势。研究采用教学实践与案例分析相结合的方法，选取多所中小学开展课程实验，发现该系统 通过模块化编程和实体搭建的协同设计，能有效激发学生学习兴趣并提升逻辑思维能力。

关键词：“VEX IQ”；机器人教育；STEM 教育；中小学教育；应用研究

一、引言

近年来，STEM教育在全球范围内受到广泛重视，其跨学 科、实践导向的特点成为培养创新人才的重要途径。机器人教 育作为STEM教育的重要实践载体，通过融合科学、技术、工 程和数学等多学科知识，为学生提供了动手实践和解决实际 问题的平台。在这一背景下，VEX Robotics公司开发的“VEX IQ”教育机器人系统因其模块化设计、低门槛操作和丰富的 课程资源，逐渐成为中小学STEM教育的热门选择。

二、国内外“VEX IQ”机器人教育的 发展现状

近年来，“VEX IQ”机器人教育在全球范围内呈现出快速发展的态势，其应用场景从课堂教学逐步拓展至课外活动与 竞赛领域。在美国、英国等发达国家，该系统已被纳入中小学 STEM课程体系，形成了从基础搭建到高级编程的完整教学路 径。以美国为例，大部分公立学校将VEX机器人作为科技选修 课的重要内容，通过“课堂学习—俱乐部活动—区域竞赛”三 级模式培养学生的工程思维[1]。英国教育部门则将“VEX IQ” 与国家计算课程标准相衔接，特别强调其图形化编程模块对低 龄学生计算思维培养的促进作用。

国内应用呈现差异化发展特征。上海、深圳等经济发达地 区已建立较成熟的实施体系。以上海市闵行区为例，该区通过 “STEM+实验室”项目为每所中小学配备“VEX IQ”教学套 件，并开发了与物理、数学学科衔接的校本课程。中西部地区 则依托“国培计划”开展教师培训，逐步推进试点应用。值得 关注的是，浙江省通过“一校一战队”模式，将VEX竞赛与课后服务相结合，使农村学校也能参与高水平机器人活动。这种 分层推进策略为教育资源均衡化提供了新思路[2]。

当前教育实践层面呈现出三个显著趋势：一是课程整合深 度加强，北京某重点小学开发的“机器人数学”课程，利用 “VEX IQ”的传感器模块教授“分数与几何概念”；二是评 价方式创新，广州市部分学校采用“过程性档案+竞赛表现” 的双轨制评估体系；三是师资培养体系完善，华东师范大学等 高校已将“VEX IQ”教学纳入师范生实训课程。这些探索表 明，“VEX IQ”正在从单纯的技术工具转变为STEM教育改 革的催化剂[3]。

三、“VEX IQ”机器人教育在中小学 STEM 教 育中的实践研究

（一） “VEX IQ”机器人教育的课程设计与实施

“VEX IQ”机器人教育的课程设计与实施遵循STEM教 育的核心理念，采用项目式学习模式，将理论知识与实践操作 紧密结合。课程体系设计主要包含三个层次：基础技能培养、 综合项目实践和竞赛拓展应用，形成循序渐进的螺旋式上升结 构。在基础技能培养阶段，课程重点引导学生掌握机器人搭建 的基本原理和图形化编程逻辑，例如通过设计简易搬运机器人 理解杠杆原理和齿轮传动比概念。这一阶段通常采用“任务 卡”形式，每个课时聚焦一个核心知识点，确保学生在有限时 间内完成可观测的学习成果。

教学组织采用“分组协作+分层指导”的双轨模式。每个 4至6人的学习小组需完成角色分工（如结构设计师、程序工程 师、项目记录员等），在8至10课时的项目周期内共同解决问 题。教师根据小组进度提供差异化指导：对基础薄弱组侧重操 作示范，对进阶组则采用启发式提问引导自主探究。北京市某 实验学校的教学案例显示，这种模式能显著提升学生的参与 度，特别有助于内向型学生在团队中找到展示特长的机会。课 程评价采用多元维度，既关注最终作品的功能实现，更重视方 案设计、调试改进等过程性表现，部分学校还引入“工程师答辩”环节锻炼学生的表达与反思能力。

为适应不同教学场景，课程资源包提供三种实施路径：常 规课堂采用“40分钟微项目”形式，将大任务分解为若干小目 标；社团活动开展跨学期主题探究，如“火星探测车”等综合 项目；假期集训则围绕竞赛题目进行专项突破。这种弹性设计 较好解决了课时碎片化的问题。值得注意的是，课程特别设计 “失败重试”环节，鼓励学生通过多次迭代改进作品，某校学 生在访谈中表示：“调试了七次机械臂才成功抓取物体，这个 过程让我真正理解了工程设计的不易。”

（二）“VEX IQ”机器人教育的教学效果评估

教学效果评估是检验“VEX IQ”机器人教育实践价值的 关键环节。本研究采用多元评价方法，从学生学习成效、能力 发展和教学反馈三个维度进行全面考察。在实施过程中，通过 课堂观察、作品分析、问卷调查和竞赛表现等多种方式收集数 据，确保评估结果的客观性和全面性。

从知识掌握层面来看，学生在参与“VEX IQ”课程后表 现出对STEM概念的深入理解。通过机器人搭建和编程实践， 学生能够将抽象的数学公式（如齿轮传动比）和物理原理（如 杠杆平衡条件）转化为具体操作，这种知识转化能力在传统 教学中较难实现。某实验班级的对比测试显示，参与机器人课 程的学生在解决跨学科应用题时的正确率显著提高，特别是在 涉及空间想象和逻辑推理的题目上表现尤为突出。教师反馈指 出，“VEX IQ”的模块化设计使学生能够直观理解工程系统 各组成部分的关联性，这种系统思维能力的培养对STEM学习 具有长期促进作用。

能力发展方面，跨领域能力明显提升。通过分组项目实 践，学生的团队协作能力得到显著增强。在“机器人挑战赛” 任务中，小组需要合理分工、有效沟通才能完成复杂任务，这 种经历使学生在解决冲突和领导力方面获得实际锻炼。同时， 项目式学习培养了学生的持续探究精神，面对程序调试失败 或机械结构问题，学生表现出更强的抗挫折能力和创新解决 意识。某校跟踪调查发现，参与一学年“VEX IQ”课程的学 生，在“问题解决信心指数”和“创意表达意愿”两个维度上均有大幅提升。

课程实施中的过程性评价数据揭示了教学模式的独特优 势。通过分析学生的项目日志和迭代记录，研究者发现“VEX IQ”的“设计—测试—改进”循环有效培养了元认知能力。 学生在不断优化机器人性能的过程中，逐步建立起科学的工程 思维模式。教师特别指出，这种学习方式改变了部分“理论 强、动手弱”学生的学习态度，使他们通过实践成功体验到知 识应用的成就感。课堂录像分析表明，与传统课堂相比，机器 人课程中学生的主动提问频次增加，讨论深度也明显提升。

在评估中，笔者也发现若干需要改进的方面。部分学生反 映在初期接触机器人编程时存在畏难情绪，建议增加基础操作 的引导环节；教师指出课堂管理难度较大，需要平衡好探究自 由度与教学进度的关系。针对这些问题，研究建议实施分层教 学策略，为不同基础的学生设计差异化任务，同时加强课堂组 织规范的培训。家长问卷调查显示，超过80%的受访者认可机 器人课程对孩子综合能力的培养效果，但普遍希望降低设备使 用门槛，这一反馈为后续优化提供了重要方向。

四、结语

本研究通过系统考察“VEX IQ”机器人教育在中小学 STEM 教育中的实践应用，围绕课程实施效果、学生能力发 展、教学模式创新等开展多维度实证分析，最终形成以下核心 结论。

首先，“VEX IQ”机器人教育系统凭借模块化硬件与可 视化编程的协同设计，从根本上优化了机器人教育的入门路 径，有效破解了传统 STEM 教育中“技术门槛高、学生参与 难”的痛点。其模块化硬件结构简化了机械搭建流程，学生无 需复杂的专业技能即可快速完成机器人主体搭建；可视化编 程界面则以图形化拖拽替代代码编写，降低了编程学习的抽象 性，让学生能够聚焦于逻辑设计而非语法规则。这种“低门 槛、高上限”的设计，让不同认知水平的中小学生都能顺利参 与，真正实现了“在实践中学习，在学习中思考”的STEM教育理念，学生在动手搭建、调试运行的过程中，同步完成了动 手实践能力与逻辑思维能力的双向提升。

其次，实证研究表明，参与“VEX IQ”课程的学生在 STEM核心素养维度中，能力呈现显著的提升。在科学知识应 用层面，学生能够主动将物理力学、数学运算、信息技术等多 学科知识融入机器人设计与调试，实现了理论知识与实践操 作的深度融合；在工程问题解决层面，面对机器人运行故障、 任务挑战等问题时，学生能够自主开展问题分析、方案设计、 迭代优化，形成了完整的工程思维闭环[4]。同时，学生的项目 作品充分展现了跨学科知识融合的典型特征，涵盖机械结构创 新、编程逻辑优化、任务策略设计等多个维度，体现了STEM 教育所倡导的综合素养培养目标。

此外，“VEX IQ”机器人教育为中小学STEM教育提供 了可复制、可推广的实践范式。其课程体系既适配常规课堂教 学，也支持社团活动、竞赛备赛等多元场景，能够满足不同学 段、不同兴趣学生的发展需求；同时，项目式学习的开展模 式，有效培养了学生的团队协作、创新创造与问题解决能力， 为学生核心素养的全面发展奠定了坚实基础。本研究结论为中 小学推进机器人教育、深化 STEM 教育改革提供了重要的实 践参考与数据支撑。

作者简介 : 朱兵、王天威、张柏青，北京市丰台区少年宫。 

本论文系北京市教育科学“十四五”规划 2021 年度一般课题“中小学生 VEX-IQ 机器人创新实践课程开发的研究”的研究成果， 课题批准号 :CDDB21355。

参考文献

[1] 黄朝龙.小学VEX IQ机器人项目式学习模式的探析[J].豫章师 范学院学报,2024(5):89-94. 

[2]魏蒙.澳门珠海中小学生同场竞技机器人 技术[ J].今日中 国,2018(12):79-79. 

[3] 赵威.基于颜色识别的智能分拣机器人的设计与制作[J].物联网 技术,2021(8):54-55. 

[4] 苏际恺.VEX VRC机器人竞赛设备软硬件优化的研究[J].自动 化应用,2024(3):47-50.