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1、1小学机器人普及课程小学机器人普及课程走近机器人走近机器人的的开发与实践研究开发与实践研究摘要摘要:机器人项目是我校的特色科技项目，已有 9 年的历史。目前我们完成了由小组活动项目 向面向全校的普及校本课程的转型，从根本上解决了课程开展的师资问题、课时问题，并以课 程为依据，开发了系列机器人校内活动，形成了“课程+活动”的机器人普及项目可操作模式。 机器人普及课程主要分为三个篇章：综合篇，针对不同年级学生的年龄特点，结合美术、 自然、信息科技等学科的特点，通过课程整合、资源共享，广泛普及机器人的基础知识；体验 篇，利用快乐活动日时间，体验机器人的结构搭建，了解相关动力机械原理；提高篇，通过社
2、团活动开展系统的机器人创意设计课程，拔优提高。 在普及课程的基础上，开发出了系列机器人创新活动，通过“校园科技节”等载体，搭建 展示、交流、比赛的平台，在丰富的校园活动中展现学生的创意和作品，营造 “机器人”校园 文化氛围。 通过课程的实施，使各年级各层面的学生都有收获和发展，在机器人项目方面实现了教育的公平化，并得到了社会各界的关注。关关键键字：字： 机器人; 普及; 校本课程一、问题的提出一、问题的提出2（一）研究背景（一）研究背景1.1.教育机器人产生背景教育机器人产生背景机器人技术是在二战以后才发展起来的新技术。1958 年美国的 Consolidated 公司制作出了世界上第一台工业
3、机器人，由此揭开了机器人发展的序幕。1967 年日本川崎重工公司从美国购买了机器人的生产许可证，日本从此开始了研究和制造机器人的热潮。随着机器人在工业上的广泛应用，如何加强工人对机器人的了解从而提高他们对机器人的控制也就成为一个显著的问题。机器人教育也就随之产生。2003 年 4 月 3 日到 7 日，日本横滨举行了2003 年机器人博览会。专门用于教学的教育机器人从此诞生了。国外教育机器人的研究开展较早。早在上世纪六十年代日本、美国、英国等西方发达国家已经相继在美国大学里开始了对机器人教育的研究，到了六十年代他们在中小学也开始了机器人教学，在此过程中也推出了各自的教育机器人基础开发平台。我国
4、的机器人研究在七八十年代就已开展起来，在我国的“七五”计划， “863”计划中均有相关的内容。但针对中小学的机器人教学起步较晚，到上世纪九十年代后期才得到了初步的发展，目前发展仍不完善。2.2.教育机器人主要用于机器人竞赛教育机器人主要用于机器人竞赛机器人竞赛机器人教育对高科技社会的巨大影响已经引起了美国、欧洲、日本等发达国家和亚洲各国的高度重视，也得到了我国教育界的极大关注。国内外机器人赛事不断，引人注目。目前，全球每年有一百多项机器人竞赛，参加人员从小学生、中学生、大学生到研究者。国际比赛主要包括：。机器人足球竞赛 FIRA、 RoboCup；机器人灭火竞赛机器人综合竞赛：国际机器人奥林匹
5、克竞赛、FLL 机器人世锦赛；其他比赛：机器人走迷宫比赛、人工智能学会移动机器人比赛、国际海洋机器人竞赛等等。国内比赛主要包括：全国青少年教育机器人竞赛、中国科协主办的中国青少年机器人竞赛、中央电教馆举办的中小学生电脑制作活动、教育部关心下一代工作委员会、中国发明协会举办的全国中小学信息技术创新与实践活动、英特尔青少年创新大赛等等，以及各省市举行的各类机器人竞赛。对于大部分开展机器人项目的学校来说，主要是针对这些形形色色的竞赛项目，通过开展课外兴趣小组或是竞赛辅导班以完成竞赛任务，参与的学生相对于学校的总人数只是极少数。3.3.机器人用于教学的现状机器人用于教学的现状教育机器人作为教学内容进入
6、中小学，无论国内还是国外，目前都处于起步阶段。从各地情况来看，较多的学校只是以课外活动、各种兴趣班、培训班的形式开展机器人教学。通3常的做法，是由学校购买若干套机器人器材，由信息技术课程老师或综合实践课程教师进行指导，组织学生进行机器人组装、编程的实践活动，然后参加一些相关的机器人竞赛。目前，只有极少数的地区和学校将机器人教学纳入了正规课堂教学。2000 年，北京景山学校以科研课题的形式将机器人普及教育纳入到信息技术课程中，在国内率先开展了中小学机器人课程教学。2001 年，上海市西南位育中学、卢湾高级中学等学校开始以“校本课程”的形式进行机器人活动进课堂的探索和尝试。2005 年，哈尔滨市正
7、式将机器人引入课堂教学，在哈尔滨师范附小、60 中、省实验中学等 41 所学校开设了“人工智能与机器人”课程，用必修课形式对中小学生进行机器人科学方面的教育。此外，香港在高中及高等教育新学制的改革中，也在高中“设计与应用科技”课程中增设了机器人制作的课程。我国教育部于 2003 年 4 月正式颁布普通高中技术课程（实验）标准 ，首次在“通用技术”科目中设立了“简易机器人制作”模块，它是基于计算机技术的学习平台、将机械传动与单片机的应用有机组合的一个选修课程模块。该模块为学生提供了运用当代先进技术和先进思想方法进行设计、制作，以解决实际问题的机会。与此同时，新的高中课程标准在“信息技术”科目中也
8、设立了“人工智能初步”选修模块，迈出了我国高中阶段开展人工智能教育的第一步，这也意味着我国的人工智能教育在大众化、普及化层面上跃上了一个新的台阶。4.4.小学阶段开展机器人项目的现状小学阶段开展机器人项目的现状相比初、高中，小学阶段开展机器人项目的学校更是少之又少，一方面是经费不足，由于用于开展项目的机器人套件普遍比较昂贵，大部分学校无力承受，即使能承受的所购买的设备也只能适用于社团或是兴趣班；另一方面是缺乏师资和课时，如要开展课程由谁来上，用什么课时上？这些问题都限制了机器人项目的普及化发展。于此相对，校外的一切机器人培训班却开的如火如荼。比如乐高活动中心，虽然一年需要近万元的高昂学费，却仍
9、然吸引大量家庭条件优越的学生。那么，工薪阶层的孩子呢？难道他们就要丧失接受机器人教育的机会吗？（二）研究意义（二）研究意义1.1.机器人活动的意义机器人活动的意义通过机器人活动学生能够正确认识机器人技术，掌握结构搭建、计算机编程和电子技术的基础知识，培养学生对技术的兴趣与亲近感，打破对机器人技术的神秘感。通过机器人技术，可以让学生接触到各个领域内的高新技术，培养未来技术精英。通过已有社团及竞赛活动证明，机器人项目不仅活动主题有趣，更重要的是其问题解决方案是开放性的，学生可以用不同的方法达到同一个目标，在机器人项目的活动过程中，学4生通过动手实践获取知识，亲身体验抽象的理论如何变成了触手可及的答
10、案，享受成功的兴奋。在活动中，学生不仅可以学到有关机械、电子、计算机等技术知识，还可以培养多方面的能力和素养，如：与人沟通合作的能力，合理分配、利用时间的能力，对他人尊重、毅力与自信心等。2.2.开发机器人普及课程的意义开发机器人普及课程的意义我们倡导公平的教育，我们要让每一个孩子享受公平的教育资源，所以我提出了“小学机器人普及课程的开发和实践研究”这一课题，目的就是在小学阶段做到机器人项目的普及化，让每一位学生都能接触到、体验到、感受到这一新兴的科技项目，从而培养青少年的科学素养和创新能力。在全员普及的基础上，一些特别热爱机器人技术的孩子就会涌现出来，便于我们更好的挑选这些特长学生，进一步的
11、给予专业的辅导。而不像以往，仅仅是通过其他老师的推荐，或者是片面的挑选学生，大部分学生连接触机器人的机会都没有，大量潜在的特长生被埋没。（三）研究条件（三）研究条件有良好的物资保证。宝山教育局曾投资 30 万用于机器人实验室的初步建设，现已完成了实验室的初步建设。实验室包括乐高套件 10 套、未来之星套件 40 套，除了机器人基本配件还包括机器人搭建台 6 个、计算机 14 台、展示柜 2 个、储藏柜多个。有良好的师资保证。拥有专职的机器人项目负责教师，已从事机器人项目 9 年，在以前的机器人活动中更是带队获得了多个市级以上竞赛奖项，拥有机器人项目开展的丰富经验。拥有科技教师 6 人，能有效的
12、协同推动机器人项目的普及化。同时在多年学校各类活动的开展过程中，所有的综合学科教师已经形成了一个共同体，能够高效的将各类学科整合在一起。有良好的环境保障。实验小学是一所科技特色学校，多年来学校一直非常支持科技特色活动的开展，校内各项科技活动都开展的非常有声有色，学校形成了良好的科技活动的氛围，这非常有利于机器人这一新项目的普及开展。有良好的理论引领。学校立项了在公平的校园成长环境下 关注每一个学生发展的实践研究的龙头课题，正是在这一课题的引领下，我们提出了机器人项目普及化的理念，力争让一个原本只有少数人参与的项目，逐渐演变成学校参与的集体化项目，体现了教育公平化的原则。（四）核心概念（四）核心
13、概念智能机器人智能机器人5到目前为止，在世界范围内还没有一个统一的智能机器人定义。大多数专家认为智能机器人至少要具备以下三个要素：一是感觉要素，用来认识周围环境状态；二是运动要素，对外界做出反应性动作；三是思考要素，根据感觉要素所得到的信息，思考出采用什么样的动作。这些智力活动实质上是一个信息处理过程，而计算机则是完成这个处理过程的主要手段。智能机器人课程智能机器人课程是指通过小组学习，运用积木、传感器、马达、齿轮等组件设计制作机器人，并为机器人编写程序，让它完成制定动作的课程。在课程中学生围绕项目开展研究、策划、设计、组装和测试，激发学生充分发挥想象力、创造力，培养学生的开放性思维。 机器人
14、普及课程机器人普及课程立足于智能机器人课程，本着让所有学生都能参与其中的概念，扩大机器人的外延，将机器人创意画，机器人纸模制作，虚拟机器人和实体机器人活动相结合，根据各年级学生的接受能力和年龄特征，以及课程特点分层次的开展机器人教学，包括综合课程、体验课程、提高课程三个层次，达到学生百分百的参与率。二、研究目的二、研究目的总目标总目标通过整个机器人校本课程的开发和普及实施，让每一位学生都可以接触机器人项目，培养学生对机器人技术的兴趣与亲近感，打破对机器人的神秘感。掌握机器人技术的初步知识，培养爱科学、学技术的热情。培养学生科学、有序的研究型学习方法，激励学生的想象力和创造力，提高他们解决问题的
15、能力，促进学生之间的团队协作精神。让学生在公平的教育资源下，享受公平的教育机会。课程目标课程目标知识与技能知识与技能1. 通过机器人课程中综合篇的学习，了解什么是机器人，机器人的外形，知道机器人是为人类服务的，能够绘制出想象中的机器人。初步了解机器人简单的运动原理和动力来源，了解虚拟机器人软件中搭建和编程的简单方法。2. 通过机器人课程中体验篇的学习，进一步了解机器人技术，知道人类目前在各个领域中机器人技术的应用。掌握杠杆、齿轮等动力机械原理，以及机器人模块搭建的一般方法。3. 通过机器人课程中提高篇的学习，较为系统的掌握机器人技术的初步知识，学会一种机6器人拼装套件的使用，以及图形化的编程语
16、言，并且掌握设计机器人创意作品的一般方法。过程与方法过程与方法1.通过绘画、机器人纸模制作、虚拟机器人的运用，体验不同形式的机器人活动项目，初步认识机器人，了解机器人项目。2.通过观察生活、发现问题，主动思考机器人技术能为人类的生活带来何种便利，能发挥想象设计有趣也有意义的机器人。3.通过小组协作、探究，在教师的引导下利用机器人套件完成机器人创意设计作品，并在机器人作品的制作过程中学习和掌握模块搭建、传感器使用、编程等机器人技术。4.根据主题，通过小组讨论、网络资料的查询，能合作完成机器人创意设计的方案，并根据自己设计的方案，搭建自己的机器人创意设计小发明。5.通过展示和交流，介绍自己设计或是制作的作品，乐于思考，善于交流，能汲取他人的长处。情感态度价值观：情感态度价值观：1.敢于想象、善于想象，能大胆设计出具有自己个性特色的机器人作品，使自己更富有想象力和创造力，从而发展创新精神和实践能力。2.提高人际交往能力，能与同伴和谐相处，优势互补，共同开发作品，养成良好的心理品质。3.在广泛的学习和实践基础上，发展科技创新能力，养成爱科学、学技术的热情，形成良好
