【正文】 在信息技術(shù)課程建設(shè)中引入機器人 平臺開展創(chuàng)新教育及專題應(yīng)用研究 第 1 頁 共 33 頁 《在信息技術(shù)課程建設(shè)中引入機器人平臺開展創(chuàng)新教育及專題應(yīng)用研究》 課題結(jié)題報告 一、 課題研究的背景及意義： 機器人是信息技術(shù)發(fā)展的前沿領(lǐng)域，是一門具有高度綜合滲透性、前瞻未來性、創(chuàng)新實踐性的學(xué)科，蘊含著極其豐富的教育資源。 在全國第三次教育工作會議上 ,黨中央、國務(wù)院明確、鄭重地把“重點培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神”寫入黨的教育方針。如何培養(yǎng)在新時期具有創(chuàng)新精神的新一代 ,是事關(guān)國家前途和民族命運的大事 ,也是基礎(chǔ)教育義不容辭的責(zé)任 ,而且課程改革是基礎(chǔ)教育和實施素質(zhì)教育的核心 ， 在中小學(xué)開展機器人教育是通向此目的的途徑之一。 通過機器人的學(xué)習(xí)活動 ,讓學(xué)生了解掌握傳感器知識 ,結(jié)構(gòu)的搭建方法 ,各種部件的控制方法 。引導(dǎo)學(xué)生逐漸形成編程的思想 ,掌握機器人的程序設(shè)計方法 。在計算機上編寫程序 ,然后通過計算機和機器人的通訊技術(shù) ,將程序下載到機器人的微處理器上 ,通過觀察機器人的運行情況來調(diào)試、驗證、反思、改進。這里面涵蓋了計算機知識、數(shù)學(xué)知識、物理知識、結(jié)構(gòu)學(xué)知識等 ,這種多學(xué)科的綜合性、合作性學(xué)習(xí) ,極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣 ,有效地培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)能力。所以在中小學(xué)開展機器人教育有著重要的意義。 我校是參加機器人競賽較早的學(xué)校 。自 20xx 起，我校就組織了機器人參賽隊參加四川省青少年機器人創(chuàng)新實踐活動； 20xx 年至今，每年都在信息技術(shù)課程建設(shè)中引入機器人 平臺開展創(chuàng)新教育及專題應(yīng)用研究 第 2 頁 共 33 頁 有機器人參賽隊代表四川省參加全國青少年機器人大賽，并且取得 了很好的成績 ， 據(jù) 統(tǒng)計 8 年來獲省級獲 66 個，國家級獎 9 個 ， 其中金牌 5 枚， 3次 獲全國冠軍 ， 我校開展機器人教學(xué) 有著良好 的基礎(chǔ)。 但是， 在多年的機器人興趣小組培訓(xùn)、參賽過程中，我們也逐漸發(fā)現(xiàn)了一些問題。主要如下： 機器人參賽隊人員構(gòu)成范圍狹窄 我校每屆機器人參賽隊由 8— 16 名學(xué)生組成，與我校近 2800 余名學(xué)生的辦學(xué)規(guī)模相比，有機會接受機器人教育的學(xué)生其比例非常低 ， 學(xué)生受教育的公平性得不到保證。 培訓(xùn)時間短 ，難以形成系統(tǒng)化教育 每年參賽隊員一般在春季學(xué)期開校后進行選撥培訓(xùn)，到五月中旬參加省比賽， 時間僅 23 個月，由于一些項目比賽的性質(zhì)，對參賽隊員要求高，很難在短時間內(nèi)對學(xué)生發(fā)展對機器人興趣進行 成體系、 有效培養(yǎng)。 機器人教育平臺及經(jīng)費問題 參賽隊購買機器人由學(xué)生購買，好處是每年都可以使用最新的機器人參賽，但缺點也很明顯，由于每年 參賽 機器人平 項目發(fā)生變化，對學(xué)生進行培訓(xùn)時沒有足夠的器材，現(xiàn)有的器材都是學(xué)生參賽淘汰的。品種五花八門，型號各異，無法開展大規(guī)模的培訓(xùn)，甚 至機器人參賽隊的培訓(xùn)需要都不能滿足。機器人器材普遍較昂貴，而學(xué)?，F(xiàn)階段也不可能為少數(shù)參賽隊員投入大量經(jīng)費。 綜上所述， 現(xiàn)階段機器人教育在創(chuàng)新教育和專題應(yīng)用上明顯不足，在信息技術(shù)課程建設(shè)中引入機器人 平臺開展創(chuàng)新教育及專題應(yīng)用研究 第 3 頁 共 33 頁 如果把機器人教育目光局限于通過組織參賽隊來實現(xiàn)素質(zhì)教育是不現(xiàn)實的。我們急需要一種能在全體學(xué)生中普及機器人教育的方法來實現(xiàn)素質(zhì)教育的要求。 借這次省普教科研資助金項目《中小學(xué)信息技術(shù)課程中以機器人為載體的創(chuàng)新教育研究》 課題研究，我校承擔(dān)了 子課題《在信息技術(shù)課程建設(shè)中引入機器人平臺開展創(chuàng)新教育及專題應(yīng)用研究》研究 工作 。我們希望通過研究驗證機器人教育 是否可以真正進入課堂；驗證在課堂上用什么樣的方式進行教學(xué)效果好；驗證什么樣教育裝備能很好地支撐機器人教學(xué)的需要 ；驗證什么樣的教材能適應(yīng)本校實際情況，更好地開展機器人教育 。驗證如何把機器人普及教育與我校傳統(tǒng)機器人競賽優(yōu)勢結(jié)合起來。最終從研究中 實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式的創(chuàng)新，取得實施這一教育模式的實際經(jīng)驗，并形成系統(tǒng)的書面研究成果，帶動教育思想、教育觀念的更新，培養(yǎng)學(xué)生的操作實踐能力，提高創(chuàng)新能力，促進學(xué)生的全面發(fā)展。 二、 課題研究的理論依據(jù)： 本課題研究結(jié)合學(xué)校校本教研，結(jié)合本校實際，在實施研究的過程中運用“發(fā) 現(xiàn)學(xué)習(xí)”理論、 習(xí)慣培養(yǎng)理論 、教學(xué)最優(yōu)化理論和建構(gòu)主義理論創(chuàng)設(shè)以下原則： 主體性原則 —— 一切從學(xué)生主體出發(fā)，讓學(xué)生成為知識技能的“探究者”，難點問題的“突破者”，使學(xué)生真正地成為學(xué)習(xí)的主人。民主性原則 —— 營造寬松和諧、民主、平等的課堂氛圍，有利于學(xué)生個性發(fā)展。 在信息技術(shù)課程建設(shè)中引入機器人 平臺開展創(chuàng)新教育及專題應(yīng)用研究 第 4 頁 共 33 頁 創(chuàng)造性原則 —— 注重激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性思維，充分發(fā)掘?qū)W生的天資和潛能，讓學(xué)生得以自由、充分的發(fā)展。 系統(tǒng)性原則 —— 在機器人教學(xué)中，要有一個全局系統(tǒng)的規(guī)范，以便充分利用信息資源，培養(yǎng)學(xué)生多種能力。 三、 課題研究的目標(biāo)和內(nèi)容： 開發(fā) 出 適合我校實際教學(xué)需要的 ， 有助于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的 小學(xué)機器人教學(xué)校本課程，完善信息技術(shù)課程建設(shè)。 構(gòu)建機器人 教育 專題的資源平臺。 通過 機器人搭建、編程、創(chuàng)意等 教育教學(xué)活動 ， 使學(xué)生創(chuàng)新思維得到培養(yǎng) ， 創(chuàng)新能力得到發(fā)展。 通過實驗促進機器人教育的普及，形成一系列有利于學(xué)生創(chuàng)新思維發(fā)展的專題教育活動。 通過研究促進參研教師在機器人教育理念上的更新 ， 教學(xué)方法得到豐富。 四、 課題研究的方法： 本課題將主要采用文獻研究法、個案分析法、調(diào)查研究法、經(jīng)驗總結(jié)法、行動研究法。 五、 課題研究的步驟： 準(zhǔn)備階段（ ～ ）： ⑴ 研究課題小組成立，填寫課題申報書，撰寫研究方案。 ⑵ 建立機器人教室，建立相關(guān)管理制度。 在信息技術(shù)課程建設(shè)中引入機器人 平臺開展創(chuàng)新教育及專題應(yīng)用研究 第 5 頁 共 33 頁 ⑶ 組織參研人員進行學(xué)習(xí)培訓(xùn)。 實施階段（ ～ ） ⑴ 初步形成機器人教學(xué)校本的教材。 ⑵ 進行機器人課程課堂教學(xué)的探究。 ⑶ 積極參加各級各類機器人比賽。 ⑷ 及時總結(jié)課題研究的經(jīng)驗和教訓(xùn)，不斷改進研究方案。 總結(jié)階段（ ～ ） ⑴ 收集課題研究的資料，匯編成冊。 ⑵ 總結(jié)課題成果，撰寫課題報告，申請結(jié)題。 六、課題研究主要過程： （一）學(xué)校加大對信息技術(shù)裝備投入，建設(shè)機器 人教育教學(xué)環(huán)境 硬環(huán)境 開展機器人教學(xué)對硬件環(huán)境要求較高，傳統(tǒng)的計算機教室存在許多局限，不能滿足開展機器人教學(xué)的需要，為更好的開展課題研究，學(xué)校出資20 余萬創(chuàng)建了機器人教室和機器人活動室。其中機器人教室購置學(xué)生電腦 28 套，教師機 1 臺，服務(wù)器 1 臺，并由劉東宇主任設(shè)計定制適用于開展機器人教學(xué)使用的電腦桌 8 套和機器人套件收納柜。機器人活動室配備電腦 6 套，定制活動場地 2 套，器材配件、工具若干，為課題的開展提供了有力的保障。 軟環(huán)境 （ 1）課堂教學(xué)過程管理：為保證每個學(xué)生都能學(xué)習(xí)、使用機器人器材 ，我們根據(jù)電腦、機器人器材、班額情況，將學(xué)生分為兩人一組，以合作學(xué)在信息技術(shù)課程建設(shè)中引入機器人 平臺開展創(chuàng)新教育及專題應(yīng)用研究 第 6 頁 共 33 頁 習(xí)為主線進行了座位安排。我們還制定了“機器人教室使用制度”、“學(xué)生上機情況登記表”、“學(xué)生座位安排表”以確保教學(xué)的正常有序進行。 （ 2）學(xué)校制定了相關(guān)制度加強了對課題研究過程的管理： ① 定期研究制度。每月一次課題組理論研究與課堂教學(xué)研究交替進行，交流探討理論和實際操作問題。 ② 定期總結(jié)制度。課題組成人員在自己分擔(dān)的研究范 圍內(nèi)，勤分析、勤總結(jié)，每學(xué)期至少完成專題總結(jié)（案例、反思、教育敘事等） 2 篇。 ③ 后勤保障制度。凡是課題研究需要使用的資源，課題組無條件優(yōu)先使用。 ④ 做好實驗期間的檢測，收集數(shù)據(jù)，不斷調(diào)整、深化實驗研究。 ⑤ 學(xué)校教科室直接指導(dǎo)，統(tǒng)一管理，統(tǒng)一安排活動。 參研教師進行機器人課堂教學(xué)案例研究，上好實驗課、研究課；做好課后反思，不斷總結(jié)。 （二） 課程建設(shè) 機器人教育是一個全新的課程，要想從點到面的普及開來，需要一個有效的課程體系做支撐。 前期調(diào)查，為教材編寫提供依據(jù) (1)學(xué)生情況分析 我們對實驗班學(xué)生進行了“機器人學(xué)習(xí)”的問卷調(diào)查，對學(xué)生機器人在信息技術(shù)課程建設(shè)中引入機器人 平臺開展創(chuàng)新教育及專題應(yīng)用研究 第 7 頁 共 33 頁 基礎(chǔ)知識、學(xué)習(xí)興趣、合作意識、創(chuàng)新意識等方面進行摸底分析。 從調(diào)查表中我們可以看出， 89%的學(xué)生對機器人很感興趣，但是只有%的學(xué)生對機器人知識及應(yīng)用領(lǐng)域有所了解； %的同學(xué)喜歡合作學(xué)習(xí)形式， %的學(xué)生希望參與機器人學(xué)習(xí)。這些數(shù)據(jù)為校本教材的開發(fā)、課題研究的開展提供了參考方向和依據(jù)。 (2)對教材的分析 我們現(xiàn)在用的是四川省教育科學(xué)研究所編寫的信息技術(shù)六年級下冊教材，其中 1~7 課是介紹 PCLOGO 相關(guān)知識，機器人部分是 8 課 ~14 課。教材中有兩種版本的 LOGO 語言，雖然它們同屬于一種語言，但從操作界面和命令構(gòu)成上還是有相當(dāng)大的區(qū)別的，相比之下智慧 LOGO 更適合學(xué)生的心智發(fā)展；機器人部分課程的內(nèi)容對學(xué)生的知識水平和能力要求都較高，對于剛剛接觸機器人知識的學(xué)生來說難度較大，我們發(fā)現(xiàn)舊的知識體系已經(jīng)無法適應(yīng)機器人教學(xué)的開展，我們需要適合我校機器人教學(xué)、針對性強的課本。 編寫機器人校本教材 （ 1）教材內(nèi)容的選編 我們結(jié)合智慧天下機器人套件，在原有課程的基礎(chǔ)上進行了創(chuàng)編，刪減了 5 課，改編了《進入奇妙的 LOGO 世界》和《重復(fù)命令》兩課。研究中我們發(fā)現(xiàn)，“智慧天下”機器人器材中“ LED 顯示模塊”、“聲音傳感器”、“揚聲器模塊”、“多功能燈”在教材中都沒有實際教學(xué)內(nèi)容，于是我們新編了與之相關(guān)的 4 課機器人專題應(yīng)用課程，豐富了機器人課程內(nèi)在信息技術(shù)課程建設(shè)中引入機器人 平臺開展創(chuàng)新教育及專題應(yīng)用研究 第 8 頁 共 33 頁 容。 （ 2）教材的編排 我們根據(jù)學(xué)生的認知特點，將教材分為“基礎(chǔ)知識”和“專題應(yīng)用”兩大模塊，前 5 課主要介紹機器人的一些基本知識和 LOGO 的簡單命令，后 8 課結(jié)合智慧天下機 器人套件設(shè)計的專題應(yīng)用活動，安排上從易到難，從簡單到復(fù)雜，環(huán)環(huán)相扣，層層深入，既有針對性，又有實效性。 搭建機器人學(xué)習(xí)資源平臺 在信息技術(shù)課程建設(shè)中引入機器人平臺不僅對學(xué)生來說是個全新的內(nèi)容，對教師也是一個挑戰(zhàn)，我們需要不斷豐富專業(yè)知識，提高技能才能確保研究順利進行，機器人學(xué)習(xí)資源平臺的建設(shè)就顯得猶為重要。我們收集了一些機器人相關(guān)資料建立了機器人學(xué)習(xí)資源平臺。 目錄 基礎(chǔ)篇 一