智能机器人校本课程开发与实施课题主体报告[20页]

1、“智能机器人”校本课程开发与实施研究（主体报告）一、课题研究的背景和价值智能机器人是信息技术发展的前沿领域，是一门具有高度综合渗透性、前瞻未来性、创新实践性的学科，蕴涵着极其丰富的教育资源。把机器人教育引入中小学，不仅有利于信息技术教育的发展；有利于我们探索教育改革和人才培养的新途径、新方法；有利于高素质人才的培养；同时将推动我国智能机器人知识和技术的普及。学生们在学习机器人技术的过程中能综合的了解到诸多领域的先进技术，并亲身接触和体验现代高新技术，可以激发他们爱科学、学科学、用科学的浓厚兴趣，使他们在获得科技知识和实践能力的同时，激发他们的创新意识和创造发明的潜能，提高他们的综合素质。 我校

2、在市区教育装备中心及学校的大力支持下，于2004年3月成立机器人工作室，经过这几年的改进和提高，实验室现有智能机器人近50套，专业铺导教师3名。在这段时间里，我们参加了市、省、全国各类比赛，也取得了比较好的成绩。如：全国第五届青少年机器人竞赛小学组足球亚军、浙江省第四届青少年机器人竞赛小学组创意一等奖等荣誉。2006年1月被评为首批“全国中小学机器人教学实验学校”。2006学年在各级领导的重视下,我校在六年级进行了课堂教学实验，在此过程中不断反思不断改革，一学年的实验效果较好。2007学年，六年级机器人课堂教学全面铺开，每周一节机器人课，学生积极性都非常高涨。在我们不断进步，机器人教学全面铺开

3、的同时，我们同样遇到了非常多的问题，如教材的开发，教学模式的探索，评价体系的建立，机器人器材的合理分配，管理等。因此提出“智能机器人”校本课程开发与实施研究这一课题，希望以课题为引领，有计划，有目的的对前期的工作进行梳理总结，并对产生的新问题，新想法进行探究，以期开发出面向全体学生，可操作性强，绩效性高的 “智能机器人”校本课程。我们希望通过本课题的研究，把学校教育和科技教育有机的联系起来，结合本校的教育资源和教育特色，进一步校本课程资源，落实学校课程改革，同时进一步研究和推进校本课程实施，让机器人教育给信息技术基础教育带来新的活力，使智能机器人会成为青少年能力、素质培养的智能平台。二、国内外

4、文献综述或研究现状 最近几年，在全国范围内，许多中小学都把电脑机器人活动引入到课堂教学当中，使神奇的机器人走向学生的学习生活。作为一种全新的教学内容，很多教师都在探索如何进行电脑机器人教学，才能使这种跨学科、高操作性、极具挑战性的内容，真正适合学生综合创新活动的需要，提高学生的动手能力、编程能力、创造能力和团队精神，使他们在积极的学习兴趣中不断探索和研究，实现自己的新创意、新设想和新设计。而国外进行智能机器人教学研究的主要是一些大学的机器人实验室和一些培训机构，如美国麻省理工学院的LIST VISUAL ARTS CENTER MEDIA LABORATORY和波士顿的CEEO（Center

5、for Engineering Educational Outreach）中心，前者是研究机器人课程设置和传感器研发的机构，后者是研究机器人培训课程的机构，而两者都有大学背景，所面向的都是部分有兴趣的学生，重点是培训，在中小学进行机器人课程相关研究的信息暂没有更多的相关资料。三、课题的界定智能机器人课程：智能机器课程，是一门综合多种学科知识和技能的课程，学生们通过计算机编程，工程设计，动手制作与技术构建，结合学生们的日常观察、积累，去寻求自己最完美的解决方案,发展自己的创造力。它符合“教育要面向世界，面向未来，面向现代化”的指示精神。面对科学技术突飞猛进，国际竞争日益激烈的态势， 校本课程：指

6、由学校、教师、学生根据本校实际、地方特色、学生的兴趣爱好开发编制选用的课程。“智能机器人课程”对学生的动手能力、空间想象能力、创造性思维，分析问题、解决问题的能力的培养有独特的作用，同时智能机器人涉及到信息技术的多个领域，它融合了机械、电子、传感器、计算机软件硬件、材料、人工智能等多种先进技术。没有一种技术平台比智能机器人更具综合性。四、研究内容：（一）思辨性成果 1.智能机器人开发与实施校本课程的教育价值通过对机器人校本课程的研究与实施，使我们从实践中体会、思辨机器人课程的教育价值，也使我们充分的认识到了机器人校本课程的教育价值，从而使我们进一步的坚定了长期进行机器人校本课程研究与实施的信心

7、。教育部早在2003年颁布的技术课标准（实验）中已经把“人工智能初步”列入信息技术课的教学模块中，把“简易机器人制作”列入通用技术课的教学模块中。（1） 中小学的信息技术课真的要消亡了，要取消了吗？有人说中小学的信息技术课要消亡了，要取消了。原因是中小学各个学科都已经在运用电脑和网络了。我以为这种论点未免过于偏颇了其实，被整合的正是原来不属于信息技术课本身范畴的，属于信息技术课越俎代庖的内容而信息技术课程本身的内容是不可能被其他课程整合掉的。思考：整合之后的信息技术课应该学点什么？（2）智能机器人技术的综合性中国工程院院长宋健指出：“机器人学的进步和应用是20世纪自动控制最有说服力的成就，是当

8、代最高意义上的自动化”。机器人技术综合了多学科的发展成果，代表了高技术的发展前沿，它在人类生活应用领域的不断扩大正引起国际上重新认识机器人技术的作用和影响。智能机器人涉及到信息技术的多个领域，它融合了机械、电子、传感器、计算机软件硬件、材料、人工智能等多种先进技术。没有一种技术平台比智能机器人具有如此的综合性。引进智能机器人的教学必将给信息技术课程增添新的活力，智能机器人会成为培养中小学生综合能力、信息素养的优秀平台。（3）智能机器人校本课程是对中小学信息技术课程内容的补充信息技术课程的一个重要目标是培养学生的信息素养，主要内容是学习信息的获取、加工、管理、传播的技术。但目前的中小学信息技术课

9、程教材中对信息的获取部分的介绍大多数还停留在如何从网络获取信息。因特网只是文字信息、图像声音、视频信息的获取，而现实生活中还有更大量的信息是从网上得不到的。例如，温度、压力、污染、亮度等等。我们在信息技术教学中过分地强调了从网上获取信息，而忽略了获取另一类的信息而机器人的行为正好是感知外部信息，然后经过分析判断，做出反馈或决策的过程。这一过程比单纯的文字信息、图像信息的获取加工要复杂的多，涉及到传感器的知识、机械知识、电子知识、编程知识等。（4）智能机器人作为信息技术教学内容之一的作用 使学生了解智能机器人这个信息技术前沿领域的发展和应用状况，了解智能机器人的概念和工作方式，破除中小学生对智能

10、机器人的神秘感，为进一步学习智能机器人技术的有关知识打下基础。使学生掌握为一种智能机器人下载程序的方法，了解智能机器人的传感器和驱动装置的作用。理解体会程序是智能机器人的灵魂，了解体会智能机器人是怎样在人的指挥下工作的。学习为一种智能机器人编写程序，通过为机器人编写程序学到科学而高效的思维方式，提高规划能力，提高学生的分析问题和解决问题的能力。 通过完成项目任务和比赛项目，使学生在为机器人扩充功能的过程中学习有关数字电路方面的知识，在组装扩展机器人的过程中培养学生的动手能力、协作能力和创造能力。 （5）智能机器人是培养中小学生综合能力的优秀平台为智能机器人的行为编写相应的程序是以智能机器人为平

11、台的学习内容之一，在编写程序的过程中，学生不仅要了解智能机器人的功能、结构和工作原理，还要了解各种传感器的功能，并通过编写程序来控制各种传感器，使机器人感知外界的环境信息，并对感知到的信息做出决策和响应，以使机器人能够完成规定的任务。学习为机器人编程序的过程是学生赋予机器人移动、转弯、避障、避碰、说话、听话、观察等人类行为功能的过程。在学习的过程中，学生经常会感受到失败的强烈遗憾和成功的巨大喜悦，对遗憾和喜悦的感受必然形成学习的动力和兴趣。（二）实践性成果1.成立了完善的机器人校本课程开发与实施组织。智能机器人校本课程开发与实施课题，得到学校领导的高度重视，由校长室总体规划，教导处、信息技术中

12、心、大队部、教科室统一管理，也是学校校本课程开发中心的一个分支机构，由专任教师负责管理，下属各学科机器人指导老师。整体教师结构呈现优秀的梯队状态，让机器人课堂教学深入、顺利、高效推进：既有专职机器人辅导教师团队更有优秀学科协作辅导团队，整个团队富有朝气、充满干劲，也为机器人活动充满活力。高级机器人辅导教师（陆志刚、沈李琴、李娟燕、吴建伟）属于机器人推进的第一梯队，这部分辅导教师不单是课堂教学的探索实践者，更是机器人实践理论的研究推动者：校本教材的开发，机器人器材的合理配备，课堂教学的评价体系都在这一梯队不断创新、不断提升。中级机器人辅导教师（钱仙峰、曹骏、沈华、张丽娜、钱慧瑜、李张宇）这一梯队

13、虽然不在信息技术学科第一线，但是他们是机器人实践的一线体验者，也是学校机器人课堂教学推进的有效监督岗，他们从不同学科的角度对机器人课堂教学进行审视监督，让机器人课堂教学更加具有可操作性。学校行政部门有效领导（校长室、教科室、教导处、信息技术中心、大队部、课程开发部）这是机器人课堂教学得以高效推进的行政保障：教研活动的开展，学生竞赛的举办，教材开发，论文、案例撰写，课题研究的推进，机器人课堂实践的落实都需要这些部门的高度支持。2. 打造了厚积薄发的校本机器人课程活动环境 （1）软环境打造：嘉兴市实验小学机器人实验室成立于2004年3月，经过这几年的改进和提高，我们正慢慢走向成熟，无论是课堂教学还

14、是兴趣小组活动，无论是常规学员培训还是竞赛选手集训都有自己的特色。在这段时间里，我们参加了市、省、全国各类比赛，也取得了比较好的成绩。2006年1月被评为首批“全国中小学机器人教学实验学校”。 2007学年，六年级机器人课堂教学全面铺开，每周一节机器人课，学生积极性都非常高涨。2008年智能机器人校本课程开发与实施研究课题立项，并开始实施，首先进行了机器人仿真平台的探索使用取行了非常不错的成项，2009学年东西校区联合推广，2010学年正红红火火走向纵深。在实验室里，每天中午的自由创作实践，学生更是乐此不彼，实验室里总是人头颤动：积木搭建一般是三四年级学生的最爱，程序设计创作是五六年级的强项。

15、时间阶段事项机器人工作室课堂教学对校外推广2004年机器人工作室成立20人无2006年全国中小学机器人教学实验学校、六年级班级机器人教学试点30人2个教学班兄弟学校参观、学习2007年六年级机器人课堂教学全面铺开40人8个教学班兄弟学校参观、学习2008年智能机器人校本课程开发与实施研究课题立项40人8个教学班兄弟学校参观、学习。对外进行讲座、交流2009年课题进一步实施、形成了初步的机器人校本课程活动体系1009全市仿真机器教学活动在我校进行。我校三位老师进行了机器人课程教学展示课。2010年课题研究成果进一步成熟，形成了较为成熟的机器人校本课程体系，3-6年级的孩子都能参与到机器人学习中。

16、2403-6年级南湖区机器人仿真竞赛在我校进行，并在赛后，由我校提供培训老师及实体机器人，对南湖区所有参赛的孩子及指导老师进行了实体机器人培训。(2) 硬件环境打造 机器人校本课程的蓬勃发展，离不开机器人硬件的支持。课题组成员结合以下几个方面，慎重选择合适的硬件设备，供学生机器人课程学习。A. 机器人主流发展方向。（如引入人型机器人）B. 学生学习活动的适合性。（a) 受益面广。（如乐高的积木机器人，有上千个积木零件，可以供多个学生使用）（b) 可培养孩子的多种能力。（如乐高机器人，可以培养学生的动手能力、编程能力,团队精神等）C.设备的性价比。（如中鸣的教育套装，价廉物美，适合班级授课。）D

17、.分类采购、按需采购。（所有硬件设备基本上都做到分类专用，采购过程中基本按照学校机器人工作室实际需求采购，尽量避免套件购买造成不必要的浪费。）现我校机器人硬件配备为：设备名称用途备注中鸣0408挑战套装36套：用于常规课堂教学，2006学年机器人进课堂使用，如今用于机器人创意制作。原来所有的传感器可以循环使用中鸣0409基本套装10套：中鸣0808基本套装40套：用于常规课堂教学，2009学年至今机器人进课堂使用。一部分用于社团活动。纳英特3D仿真系统机房版1套56个点用于常规课堂教学，2007、2008学年机器人进课堂使用。如今也用于机器人社团活动训练。学生体验仿真软件的动手搭建、程序设计。

18、套机器甲虫5套：初步接触及其认识的入门工具。机械手臂2只机械原理研究、创意工具。机器狗1只拓展学生认识的工具。广茂达M-II、M-III套装3套创意、探索工具，结合VJC、3D仿真进行推广研究。纳英特积木式机器人1套：乐高RCX套件13套（3个备件库）三年级机器人搭建、机械原理研究学习、简单程序设计研究使用广茂达人形机器人3套仿生学研究，人形机器人初步研究，竞赛专用机器人。乐高NXT蓝牙机器人套装8套FLL项目专用机器人，同时供社团活动学习使用：训练策略思想、团队意识、机械原理研究。博思VEX机器人4套VEX项目专用机器人，同时供社团活动研究使用：训练合作意识、团队意识、动手能力、机械结构设计

19、。魔法小车三年级电子电路研究学习，机器人社团梯队培养。(3)制度保障：学校机器人工作室制定了各类规章制度，如学生守则仪器借还制度实验室工作人员职责仪器报损赔偿维修制度仪器管理使用制度安全防护制度，确保机器人工作室社团活动的合理组织，保障机器人课堂教学实践的顺利推进。3.形成了独具特色的机器人校本课程体系在有效的团队合作中探索实践，依托智能机器人校本课程研究，融合科技生活需求培养学生综合能力。开发适合自己的机器人校本教材：学生人手一份，设立专门的师资培训：每两周一节机器人课堂教学研讨课。设计、教学展示、课后说课评课。不断研究符合我校实际的评价体系，课堂教学与兴趣小组齐头并进：机器人实验室每天中午

20、对学生开放，学生可以自己创作，编程并且由专业老师全程辅导。（1）明确了机器人校本课程理念在有效的团队合作中探索实践，借助智能机器人平台实践创新，融合科技生活需求培养学生综合能力。在整个过程中我们一直认为我们是一个团队、是一个相互帮助、协作的团队，学生如此、老师也是如此。在这样的理念引领下我们的机器人课程实践活动有条不紊地开展。（2）制定了机器人机器人校本课程目标 A.使学生了解智能机器人的概念和工作方式，为进一步学习机器人的有关知识和技能打下基础。 B.使学生了解和掌握智能机器人一般用到的传感器和驱动装置的作用，理解、体会程序是智能机器人的灵魂，了解机器人是怎样在指挥下工作的，通过为机器人编写

21、程序学到科学而高效的思维方式，提高逻辑思维能力、规划能力，提高学生分析问题和解决问题的能力。 C.通过组装机器人的过程培养学生的动手能力、协作能力和创造能力。培养学生良好的信息素养、创新精神和实践能力。 D.培养学生对智能机器人的兴趣，让学生了解和掌握以智能机器人为载体的通用技术与信息技术的基本知识和技能，了解技术的发展及其应用对人类生活和科学的深刻影响。 E.教育学生正确认识和理解技术与文化、伦理和社会等问题，树立正确的技术观。 （3）设计了机器人校本课程内容A按教学内容进行整理，主要包括：a.信息技术与程序设计机器人课程的主要教学内容就是程序设计，程序设计也是中小学校信息技术课程的重要内容

22、之一。程序是智能机器人的灵魂，机器人可以把抽象的程序变成形象的动作。让学生通过为机器人编程序来学习程序设计是程序设计教学入门的一种好方法。在学习为机器人编写程序的过程中，由于马上可以看到程序执行的效果，形象、直观，学生可以及时对程序进行修改，学习效果非常明显。学生会经常获得成功的喜悦、会建立成功的信心，从而对学习程序设计产生浓厚的兴趣。将智能机器人作为程序设计学习的载体，会从根本上解决目前程序设计教学中存在的许多问题。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地结合在一起了。b.传感器知识结合生活逐步推进传感器是智能机器人的感觉器官，智能机器人大量使用视觉、触觉、听觉、嗅觉及各种传感器

23、，机器人通过传感器来获取信息，学生通过学习智能机器人了解传感器的知识，传感器是信息技术产业三大支柱产业之一，传感器的应用十分普遍，生活中随处可见。c.电子技术阶段分层梯队落实设备安全，电路基础，常用的电子元器件，电动机械，主板的组成，常用工具d.机械常识融入课堂分级实施 机械传动机构，常用工具，装配方法，结构创意设计e.机器人常识借助网络自主架构机器人的基本概念，机器人组成框架，单片机的基本组成 B按年级及具体项目编排：a.机器人工作室兴趣活动校本课程内容安排：三上：积木搭建三下：简单程序四上：小项目四下：大项目：灭火、轨迹、足球五上：3d仿真五下：足球仿真b.课堂教学校本课程内容安排三年级：

24、2课时（介绍认识）四年级：2课时（基本搭建）五年级：2课时（流程图规范）六年级：10课时教材省编(可自主选择)（4）编制了机器人校本课程教材通过机器人教学活动的实践摸索，结合学校机器人器材及师资等软硬件条件，课题组开发编制了多个合适的自主机器人教材。（5）提炼了机器人校本课程活动模式A.实施对象： 程序与我们日常生活用语或是书面用语是不一样的，程序需要描述，还要运行。学生较早体会这个是有好处的，程序语言能活起来，引起学生的兴趣，而且现在的机器人就像以前的积木，都可以开发孩子们的智力。根据我们的教学实际我们的机器人课堂教学放在六年级，此使学生已经有一定的知识积累，同时逻辑思维能力也有了一定的开发

25、。而培养兴趣则是从三年级开始，让学生接触机器人简单了解机器人。实践证明，我们将机器人课程放在六年级时科学的，有效的。 B.组织形式：形式一：六年级与信息技术整合进行常规课堂教学形式二：专人负责的机器人兴趣小组形式三：极具挑战的校园机器人锦标赛C.实施策略： 激发兴趣走进来：只有学生感兴趣了，他才能很好地去研究、去创造。分解难点小步走：对学生来说，每一次的调试，就是一次创作。合作项目做出来：比较复杂的项目，在教师的带领下，合作完成，体验成功。考核内容简单来：以最简单的任务，全面的对学生的学习做个小结，能激发学生更浓的兴趣，对他的学习也有一定的评价意义。 D.实施原则：学生主体：让每一位学生都参与

26、编程和调试活动，在编程调试 的过程中，重视学生的主体参与、自我探究、自我发现。任务驱动；教师主导；团队合作；趣味创新。E教学方法：我们在教学中逐步提炼形成“激趣导课、学点互动、操作实践、合作交流、巩固深化、拓展延伸”的“六步教学法”；并将课堂交给了学生，通过生动、直激趣导课观、有趣的实际情境，激发学生的兴趣和参与热情。学点互动机器人“六步教学法”操作实践合作交流巩固深化拓展延伸（6）.形成了机器人校本课程评价体系A.评价原则： 强调评价对教学的激励、诊断和促进作用；发挥教师在评价中的主导作用，创造条件实现评价主体的多元化；评价要关注学生的个别差异，鼓励学生的创造实践B.评价内容与方式：综合运用

27、各种过程性评价方式，全面考察学生信息素养的养成过程；评价与教学过程相结合，动态把握、及时引导学生情感、态度和价值观的形成；纸笔测验和上机测验相结合开展总结性评价。 例：嘉兴市实验小学六年级机器人程序设计期中汇报（笔试题）一、填空题：1、下面是程序是让机器人转到0度，请将程序补充完整：#include HardwareInfo.c#include #include SetServo(_SERVO_sf_, 90); SetTenthS(5); return 1;2、下面程序是让机器人液晶显示123，请将程序补充完整：#include HardwareInfo.c#include int main

28、(void) SetLCD3(_LCD_yj_, 123, 0); 二、改错：下列程序能实现机器人向右转，但程序中有错误，请改正过来。#include HardwareInfo.c#include int main(void) while (1) SetMotor(_MOTOR_zuo_, 0, 100); SetMotor(_MOTOR_you_, 0, 100); return 1;三、简答：1、在程序设计中什么是算法？2、程序设计中我们所说的程序结构有哪几种？（上机题）请你用机器人仿真软件，设计程序让机器人走出如下路线：C.评价的实施 机器人课程的评价，我们一直在探索，我们觉得智能机器人

29、课程中对学生的评价也可以包括自我评价、同学评价及教师评价。但是机器人的教学是一个实践的活动，因此，总体评价应该采用过程评价。 智能机器人的任务完成情况评价，是从完成任务的方式和完成任务的效率上进行衡量，用最简单的方式、最快的速度完成特定的任务一般就是最佳方案。在同学互评过程中，我们更多的是引导学生多进行正面的、鼓励性的评价。另外，在我们的评价过程中也非常重视人文性，对于学生的合作精神、钻研精神等予以充分的肯定。 五、研究成效1机器人校本课程实现了学生需求的不断提升与创新（1）科技兴趣明显激发： 由学生自发提出学习研究任务，需要学生平时在生活中不断观察。学生在生活中碰到的小科技问题，自发的进行研

30、究、拓展、创新。（2）动手能力明显加强： 简单的机械搭建，机械原理巧妙渗透。电子设备的使用（万用表）、电烙铁（3）综合素养明显提高： 学生的语言表达能力、信息素养等明显提高。家长的话：学会了分享、学会了合作、学会了互相谦让。2. 机器人校本课程成就了学校科技团队的价值与能力（1）各级领导高度重视：教育局、教育研究院（教研室）领导非常关心我们的机器人课堂教学，把机器人课堂教学真正当作一门学科来抓，让我们的教学有了大的方向。（2）专业素养提升后的课题引领：要机器人校本课程开发与实施课题引引领下，我们不断的探索研究适合自己的发展方向以及课堂教学的策略。学科科研的氛围积极浓厚，有利于我们很好地开展机器

31、人课堂教学研究。（3）和谐有效地团队合作精神：我们整个机器人研究，是以团队的理念来完成的，成立了“机器人课堂教学研讨组”，由专人负责，定期开展教学研讨活动，交流经验相互学习。遇到比赛的时候，互帮互助，互相推荐分配代表参赛，整体的教学研讨、比赛参与都比较融洽。3.机器人校本课程更新了科技实践活动的特色与理念比赛的真正目的：推进机器人课堂教学，培养学生的综合素养我们搞各种各样的比赛目的还是推动课堂教学，培养学生的综合能力，而不是花大量的银子去搞怎样高科技的比赛，最终得不偿失。我们的目的还是要考验学生的真实水平。 我们的比赛应该是真正属于学生的比赛。学生比赛：u 常规比赛： “竞赛+上机考试”u 创

32、意比赛：“现场设计+解说”教师一头的比赛：u 机器人课堂教学展示评比：“设计+上课+说课+评课”u 机器人课堂教学论文、案例评比：u 教师机器人比赛：现场命题现场比赛。 4.机器人校本课程发挥了示范引领作用（1）课堂展示2009.1.7日 承办嘉兴市实验小学虚似机器人教学研讨活动，我校三位老师面向全市信息技术教师上了三堂教学观摩课获得一致好评。机器人运动会 李娟燕机器人巡逻员 陆志刚聪明的机器人 沈李琴2010 聪明的机器人 李娟燕 南湖区课堂教学展示2011.5 第三届中小学生“仿真机器人”现场比赛与培训活动（为参赛学校的老师及同学提供实体机器人培训）（2）交流、讲座与培训课题组成员结合课题相关内容在校级、区级、市级、全国等作相关交流与培训。日期内容类别级别成果2007-02我与科学握了一下手嘉兴市机器人体验活动专题讲座嘉兴市报道2009-01仿真软件实战培训嘉兴市小学智能机器人教学研讨活动嘉兴市讲座2009-04仿真机器人与程序设计专题发言程序教学在小学信息技术课堂教学中的实践应用主题活动南湖区机器人呢课堂教学讲座2009-04生活化的机器人教学专题发言仿真机器人课堂教学有效性主题活动南湖区机器人呢课堂教学讲座