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1、象山二中虚拟机器人课程指导纲要随着科学技术的发展，特别是人工智能与机器人的结合，机器人不再局限于工业应用和研究所内，它已经进入教育领域。国内外教育专家指出，利用机器人来开展实践学习，不仅有利于学生理解科学、工程学和技术等领域的抽象概念，更有利于培养学生的创新能力、综合设计能力和动手实践能力。机器人教育在基础教育越来越受到人们的关注。我校自2008年首次参加机器人竞赛以来，在省市多项比赛中获奖，在竞赛的带动与促进下，我校设立了课外科技小组、选修课等丰富多彩的机器人教育活动。在课程改革的要求开设校本课程的背景下，从我校机器人教育现状出发，构建科学、合理、切实可行的机器人课程体系，势在必行。第一部分
2、 课程性质、理念与目标一、 课程性质虚拟机器人是一门涉及机械学、电子学、工程学、自动控制、计算机、人工智能等方面的综合性学科，以培养学生的科学素养和技术素养为宗旨，以综合规划、设计制作、调试应用为主要学习特征的实践性课程。在拓宽学生的知识面，促进学生全面而又富有个性的发展上起着不可替代的作用。1. 科学性虚拟机器人是一门交叉性很强的综合性学科。涉及到许多基础学科，包括数学、运动学、动力学、仿生学、计算机、控制理论、人工智能等，以多种学科理论为基础。2. 实践性虚拟机器人又是一门实践性很强的学科，涉及到多方面的技术，如机器人结构设计与制作、操作与执行、驱动与控制、检测与感知、智能与程序设计等，均
3、需要通过实践来实现。3. 综合性虚拟机器人课程具有高度的综合性。强调学生广泛地接触和收集各方面的资料（自然、人文、艺术等），综合多学科知识，通过动脑、动手设计作品或产品，扩大知识面，提高综合设计能力。4. 创造性虚拟机器人课程基于学科理论，通过规划、设计、制作和评价，通过技术思想和方法的应用及实际问题的解决，为学生发挥创造力提供了广阔舞台，是培养学生创新精神和实践能力的有效途径。二、 课程的基本理念1. 立足科学与技术素养的培养，着眼学生的终身发展科学与技术素养是当今社会每个公民必备的基本素养。机器人课程在培养学生的科学与技术素养方面有其独特的优势，作为一门基础课程，要面向全体学生，从基础教育
4、的特点出发，为学生适应现代社会、走向学习化和学生的终身发展奠定坚实基础。2. 倡导积极主动、勇于探索的学习方式虚拟机器人课程要为学生营造动手动脑、进行设计活动的环境，提供必要的设备和工具，倡导学生积极主动、勇于探索的学习精神，组织学生进行探究式学习， 让学生充分动手实践，积极合作，主动探究。3. 注重拓展学生的知识面，提高学生的综合设计能力由于机器人的设计涉及光机电一体化、 自动控制、 人工智能等多方面问题， 既有硬件设计也有软件设计， 所以机器人课程应注意学生知识广度的学习，让学生了解和掌握大量知识，充分拓展学生的知识面。同时要提倡设计过程的规范化，提高学生的综合设计能力。这是虚拟机器人课程
5、的基本目标之一。4. 注重学生创造潜能的开发，加强学生实践能力的培养在机器人教学活动中，要鼓励学生想象、怀疑和批判，营造民主、活跃、进取的学习氛围；充分利用机器人课程内容，培养学生的学习兴趣，激发学生的创造欲望；通过设计、制作、试验等活动，培养学生的科学探究能力和敢于创新、善于创造的精神和勇气，使学生的创造潜能得到良好的引导和有效开发，进一步发展学生的实践能力。5. 立足科学、技术、社会视野，加强人文素养的教育当代社会，技术与科学、社会的关系越来越密切。机器人课程要通过具体的技术实践使学生理解技术与科学的联系和区别，以及两者对社会发展、人类生活所具有的同等意义上的重要作用，从而深化学生的认识，
6、开拓学生的视野。同时，要注意将技术所蕴含的丰富人文因素，自然地融入教学活动中，提升学生的人文素养。 三、 课程目标虚拟机器人教育的总目标是：提高学生的科学和技术素养，促进学生全面而富有个性的发展，引导学生在实际中发现问题，综合设计解决问题的方案及方法，培养学生的问题意识和设计思想；发展学生的创造能力、综合设计能力和良好的思维品质，形成科学态度，培养创新精神、实践能力和社会责任感。具体目标如下：1了解机器人的历史、发展，分类和应用，深刻理解机器人对人类社会的价值。2掌握机器人的基本构成、基本原理及相关软硬件知识。 3能够完成机器人的规划设计，制作与组装，设计算法编写程序，程序编辑与调试，系统的运
7、行与检测等综合设计环节。4.通过完整地经历提出问题、规划设计、制作与实施、调试与反馈等规范化设计过程，初步掌握综合设计的方法和技术。5. 认识机器人对人类社会的重要性，增强学习机器人技术的兴趣。6. 增强正确应用机器人的意识，巩固规范使用机器人的习惯。第二部分 课程内容章节内容课 时第一章 关于机器人 1、走进机器人的世界1 2、认识我们的虚拟机器人平台1第二章 驾照必修课 1、直线行驶2 2、安全过弯4 3、精准避障4第三章 新手上路 1、迷宫寻宝4 2、虚拟灭火4第四章 熟练驾驶 1、色彩感知4 2、紧急让道4 3、坡道飞车4合计32课时第三部分 课程实施一、教学建议（一）要加强基本原理的
8、学习任何学习不仅要知其然，还要知其所以然。尽管机器人的学学生的动手实践和综合设计能力，但是，在教学过程中，教师首先要让学生从原理上了解机器人的基本结构和基本工作过程，让学生对机器人有一个科学、系统、完整的认识，消除以往教学中把机器人局限在一种或几种固有模式的状况，让学生对机器人展开丰富的想象力，激发学生的创造力。（二）要注意学生知识广度的学习虽然通过一门课程来扩充学生的知识面效果有限， 但是由于机器人的设计涉及光机电一体化、 自动控制、 人工智能等多方面问题， 既有硬件设计也有软件设计， 所以学习机器人课程是让学生了解和掌握大量知识的绝好机会。 由于涉及到的内容比较多，教学过程中不要过分强调知
9、识的深度，而要强调知识的广度。不仅要关注成品机器人， 还应该关注单片机、 嵌入式CPU、 各种传感器、 电机、机械部件等软硬件技术在机器人和自动化技术上的应用。（三）突出学生综合设计能力和动手实践能力的培养综合设计能力一直以来是我国中小学生的一个薄弱环节，但作为现代社会合格公民的一个基本素质，机器人教学为培养学生的综合设计能力提供的有利条件。因此，在教学过程中，要突出综合设计思想，培养学生的综合设计能力。在小学阶段通过组装简易机器人渗透综合设计的方法和思想；在初中阶段，要提出综合设计的思路，让学生经历综合设计的基本过程，初步体验其中的方法和思想；高中阶段要学生经历规范化的综合设计全过程，真正体
10、验综合设计的方法和思想。作为一门实践性很强的课程。机器人教学为学生的动手实践提供了绝好的机会和场所，教学中一定要充分发挥学科的这一特性，让学生从设计、制作到组装、编程、调试，每个过程都亲自动手、动脑，锤炼学生的动手实践能力。（四）从学生兴趣入手，让学生亲历探究过程，激发创造欲兴趣是最好的老师，兴趣是让人不知疲倦的动力。在教学尽量给每个学生提供平等的参与机会、通过多样化的评价方式，让每个学生都能以偷快的心情进入机器人课程的学习。通过了解机器人对人类发展的重要贡献，通过适当展望，畅想未来机器人给人类带来的种种方便，激发学生的学习兴趣。通过一些简单的活动，让学生由浅显处入手，感受机器人的魅力和乐趣，
11、保持学生的兴趣。通过“规划解决问题提出新问题”的形式，不断提出新问题，挑动学生的求知欲和探索精神，让学生从内容深处获得成功的喜悦，增强学生的兴趣。教学时，多一些引导、鼓励和期许，也能让学生从内心更喜爱机器人活动，更愿意在机器人活动上花时间和精力。学生的创作任务可以是开放性的，这样每个学生都或多或少有自己的想法。而有特长的同学也可以有无穷的发挥空间。在评价时，除了核心的一些技术指标外，还可以有一些其他指标，如创意性、新颖性、搭建美观等，让每个同学都能得分。综合设计的成果的多样性为中小学生提供了更多的创新机会。研究成果的实现使学生具有成就感，成就感会激励学生的学习和研究兴趣，研究兴趣是学生创新精神
12、的基础，而创新精神是创新能力培养的有力保障。在这里，情感、态度、二、评价建议学生学习评价对于机器人课程实施具有很强的导向和监控作用。通过对学生的学习评价，可以及时指导和帮助师生改进机器人教与学的活动，促进学生和教师的共同发展。还可以反映本课程的教学质量和管理的教学理念与水平，从而不断提高教育教学质量。（一）评价原则根据智能机器人的性质特征，评价应重参与、重过程，强调评价主体的多元化，机器人教学内容的综合性和全面性，评价标准的合理性，以及评价方法、手段的多样性。为此，要遵循以下原则：1.参与性原则机器人制作是实践性极强的一项活动，注重学生亲身参与和学生间的合作，强调课程计划规定的课时活动内容的参
13、与情况、参与态度进行考核。重视学生的自我评价、组间评价、师生评价。2.过程性原则机器人教育应当重视制作、调试过程中的质疑和反思。调试的过程就是不断自我质疑的过程，也是反复思辨、自我挑战的过程。因而需要关注学生参与探索的过程和实践体验，重视对过程的评价和在过程中的评价，并且把对学生的评价与对学生的指导紧密结合起来。3.综合性原则由于机器人教育既要求学生动手又动脑，又强调软硬件结合，能综合反应了学生在解决问题、技能和能力等方面。因而，机器人实践活动评价的内容、要求、过程和结论都应是综合而全面的。4.激励性原则在机器人教学中学生的好奇心往往很强，但制作中常常会遇到种种的问题，而频繁地遭受挫折和失败。
14、所以，需要通过激励性的评价，保护和培养学生们的好奇心，同时鼓励学生发挥自己的个性特长，施展自己的才能，激励学生大胆尝试，勤于实践、勇于创新，不断拓展和发展自己的学习能力。（二）评价内容评价要体现本课程的基本理念、课程目标。可以从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三方面关注、评价学生的发展。了解学生对机器人的理解和运用情况，强调知识与技能在生活、生产中的应用。进行学生智能机器人学习水平的评价，发展学生的探索兴趣，实事求是的科学态度与创新精神。1知识与技能对学生学习机器人的评价，不是看其直接记忆了多少知识，而是应根据机器人的知识、基本概念、工作原理及理解、应用情况，对学生的机器人学习进行评价
15、。重视通过实践，评价学生的科学探究、综合设计和实践动手能力。对技能学习的评价主要从学生设计与选择机器人、动手搭建机器人、调试机器人的技能、交流技能、评价技能等方面进行。包括如下方面：学习有关机器人的基本原理及相关知识，如控制理论，加深对机器人的理解；初步掌握规划设计机器人的软硬件原理、基本方法和基本技能，对简单的机械结构、电路知识有较深入的理解；从设计、规划、选型结构等方面进行生活与学习中实用机器人的创意设计；结合实际理解机器人科学技术与应用的重要性。2过程与方法对过程与方法的评价，重在评价学生利用机器人解决实际问题的能力、技术的决策能力和创造能力。倡导客观记录学生提出的问题以及在理论学习、技术学习、分组调试、小组合作学习中撰写小论文、调试报告和科学探究等活动中的表现，了解学生对知识与技能的学习情况。关注学生的以及在组装、调试机器人的过程中表现出来的发现问题、提出问题、处理问题的能力。学生应该参与评价活动，通过记录学习过程，记录机器人实验数据，展示自己学习的进步。教师应该关注学生在学习过程中的表现，欣赏学生的发展，帮助学生进步，为学生的发展提出方向。在过程与方法的评价中，要特别注意形成性评价与终结性评价的结合，即不仅要注意学生通过过程与方法的学习获得了什么，而且应该记录学生参加了哪些
