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机器人教学、编程和活动方案的探究.doc
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机器人教学、编程和活动方案的探究.doc
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[成果摘要]
我校基于机器人教学、编程与活动深入开展智能机器人课堂教学研究,
探索机器人课程目标与定位,编写《机器人制作与编程》校本教材,研究
机器人拓展课程教学策略和教学方法,创新和拓展了初中拓展课程教学的
内涵。“机器人教学、编程与活动”是以科技信息技术为突破口,凸现学
校科技教育为发展方向,以机器人操作为主要形式,让学生学会编程,通
过实验,发展了学生信息素养与操作技能,培养学生创新能力。
关键词:机器人教学 编程 活动方案
一、课题起源
21 世纪科学技术迅猛发展,加强学校科学技术普及教育、提高学生科
技素质,已成为学校素质教育的基础要求,是学校实施素质教育的一项重
要内容。据了解一些发达国家已经看好智能机器人教育对未来高科技社会
的作用和影响,他们在中小学的信息技术教育中都不同程度地对学生进行
智能机器人知识的教育。在他们的课程中有让学生认识机器人的教学内容。
目标是让学生认识各种由计算机控制的机器人的作用。
我国中小学智能机器人教育方兴未艾,有识的信息技术基础教育的决
策者和工作者应该抓住这一教育改革创新的先机,将我国的信息技术教育
推进到一个新的水平上。当今的教育是为以后的经济和社会发展打基础的。
有超前意识的教育工作者,应该关注经济的发展趋势,思考未来社会对人
才培养的需求,并为培养高素质的人才打好基础。
智能机器人集成了数学、物理、化学、生物、机械、电子、材料、能
源、计算机硬件、软件、人工智能等众多领域的科学与技术知识,没有一
种技术平台比智能机器人更综合,更先进。学生在实施智能机器人项目的
自主体验过程中培养动手能力、创新力、综合能力、协作能力和进取精神
等各种能力。
在智能机器人的技术教育中,教师以动手动脑项目为向导,以问题发
现和解决导向,以培养学生的创新意识为根本目的。
二、理论依据
(一)、课程开发意义
中学机器人教学利用创设的情境,采用探究性的拓展课学习方法,从
学生的实际出发,向学生提供充分的科学活动和交流机会,并对学生的学习
过程进行激励性评价。通过操作实践学习,使学生对智能机器人有具体的
认识,并能意识到人与机器人的关系。突出学生是学习的主体,强调学生
享有个性化,自主化的学习与发展的空间,让学生体验到学习科学的乐趣,
增长科学探究的能力,培养学生的动手操作能力以及科学信息素养。
智能机器人教学与拓展活动课课程相整合,采用以学生为本,关注学
生差异,由学生自主选择所学内容,自主探究,充分体现学生学习的自主
性和探究性。学生在搭建机器人的过程中发现问题主动探究解决实际问题
的学习过程。
(二)、机器人教育在我校教学的体现方式
学校还开设了《机器人制作与编程》校本课程,每周开设一课时机器
人教学拓展课。学校根据校本课程和新课程标准的要求,在中预年级和初
一选定数十人,本着探究发展的学习目标,于 2007 年 9 月正式开设《机器
人制作与编程》机器人拓展课科目课程。并结合新课程标准制定学生学习
课程的过程考核评价和参加 XX 市比赛,收到了较好的教学效果。
(三)、机器人的教育价值
1.符合学生认知规律,从简单到复杂、从局部到整体。
现代教育心理学研究指出,学生的学习过程,不仅是一个接受知识的
过程,而且也是一个发现问题、分析问题、解决问题的过程。这个过程一
方面是暴露学生产生各种疑问、困难、障碍和矛盾的过程,另一方面是展
示学生发展聪明才智、形成独特个性与创新成果的过程。智能机器人的教
学与以往的信息技术课教学有很大的不同,涉及软件、硬件的知识较多,
体验的学习过程比较复杂,不同学段的学生对智能机器人的认识程度也不
同,他们的思考方式、学习需求、学习优势、学习风格也不一样。学生的
学习客观上存在着个体差异,不同的学生在学习同一内容时,实际具备的
认知基础和情感准备以及学习能力倾向不同,决定了学生对同样的内容和
任务的学习速度和掌握程度及所需要的帮助不同。
在实践过程中发现,智能机器人教学涉及数学、物理、化学、生物、
机械、电子、材料、能源、计算机硬件、软件、人工智能等众多领域的科
学与技术知识,老师和学生只是利用积木式的散件即可达到创造,国际上
标准的积木,积木之间任意选择插接方式,不同的插接,就能搭建出不同
的外形样式。只要用心设计利用积木就可能创造新的造型,新的造型就可
能有新的效果。这样就激发了学生的制作新型的兴趣。在各自创作中达到
互相启发,互相激励的目的。对于初学者,教师示范搭建机器人,掌握初
步程序设计知识,到学生调试机器人,逐步增加难度。这样一步一个脚印,
从简单到复杂,从局部到整体,不知不觉中学生学到东西了,自然他就能
保持兴趣来学。
2.理解程序设计。
目前在学校教育中使用的智能机器人虽说比较简单,但已经集合了计
算机、声、光、电等多种技术,可以让学生全面接触传感器、计算机软硬
件、人工智能、自动控制等高新科技知识,激发学生的兴趣,培养学生的
综合思考与动手能力、团队合作精神、创造能力和进取精神。归结到具体
的教学内容上,一样的模块配置,一样的场地条件,却能使不同的学生“做”
出来的机器人判若两“人”,这其间的关键就是左右着机器人动作的程序。
从这个角度来看,所谓机器人竞赛,实质上就是学生编程的竞赛。在实际
教学活动中,占用时间最多的也是机器人程序的编制和调试。机器人的结
构模块、传感器、接口等硬件只是“骨骼”,程序才是它的“灵魂”,是它
的“大脑”和“神经中枢”,正是在这个“灵魂”的指挥下,机器人才会有
多姿多彩的动作表现。
让中学生通过为机器人编程序来学习程序设计的知识是高一级学习阶
段程序设计教学入门的最好方法。在学习为机器人编写程序的过程中学生
会获得成功的喜悦、会建立成功的信心,从而取得程序设计学习的兴趣。
将智能机器人作为高一级学习阶段要学习的程序设计作为载体,会从根本
上解决目前程序设计教学中存在的问题。从而智能机器人使程序设计的学
习与信息技术的前沿领域紧密的结合在一起。
3.机器人教学优化了拓展活动课教学教与学的效果。
优化教与学的效果是指以较少的教育投入取得较大的教育效果。随着
智能技术的发展,智能机器人的教育走进中小学校已经成为可能和必然趋
势,充分地体现了当代信息技术多个领域的先进技术,是信息技术的重要
内容,更是智能技术的结晶。智能机器人的教学内容必将给信息技术基础
教育带来新的活力,智能机器人会成为中小学生能力、素质培养的智能平
台。在中小学信息技术教学中智能机器人将会与计算机一起成为信息技术
教育的工具,承载起信息技术教学载体的任务。
三、研究过程:
《机器人教学、编程与活动方案的研究》是于 2007 年 XX 区立项的区
级课题。此课题由 XX 市 XX 学校承担,课题负责人为 XX。
该项课题研究分为以下四个阶段:
(一)立项前的准备阶段
“机器人教学、编程与活动方案的研究”在确立了课题研究的方向后,
我校成立课题研究人员,开始进行资料的收集、课题的申报和课题研究方
案的制定工作。
(二)立项的开题及研究思路的形成
学校在确立了该课题的研究后,在我校召开了开题论证会,聘请了区
教研室的专家组对课题开题报告进行了认真评审。课题报告确定的研究内
容科学合理,既有理论价值又具有现实的实践意义,并对课题研究提出了
中肯的修改意见。
开题后,我们根据专家的意见,又对课题报告进行了修改,基本确立
了课题研究的思路。
(三)课题研究的实施阶段
1、学习和考察。我校 XX 教师于 2007、2008 参加了智能机器人的培训,
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