东南大学传感器技术考纲.

中小学普及机器人文化的探索结题报告“中小学普及机器人文化的探索”课题组2003年12月[内容提要]智能机器人技术的发展和应用趋势表明，在上世纪末“计算机文化”已深入人心的基础上，“机器人文化”将在本世纪对社会生产力的发展，对人类生活、工作、思维的方式以及人类的意识形态产生无可估量的影响。按照“教育要面向现代化，面向世界，面向未来”的要求，在中小学进行普及机器人文化的探索，开发机器人文化所蕴涵的丰富的教育资源，发掘机器人文化的教育功能和教育价值，对促进教育的改革和发展，对教师专业化发展，对中小学生整体素质的提高，对加快创新人才的培养，同时对促进我国机器人事业的发展，具有重要的现实意义和深远的历史意义。本文对中小学普及机器人文化的必要性、可行性，中小学开展智能机器人教育的教师培训模式、课程教学模式、学校发展模式进行了初步的探索和思考。一、国内外机器人文化教育发展概况在人类文明的悠远长河中，对机器人的梦想和追求已有3000多年的历史。如今，人类进入了信息社会，信息技术的发展造就了有感觉、能思考、会决策的智能机器人，将人类和机器人的文化探索推向了前所未有的新高潮。1997年第15届国际人工智能联合大会上举行了第一届RoboCup机器人足球世界杯赛，国际人工智能与机器人学的研究发生了历史性的转折。来自美、日、瑞典的9位国际著名学者联合发表重要论文，系统阐述了机器人足球的科学意义和教育意义。以体育竞赛为载体的机器人足球比赛是一项前沿科研竞争和高科技对抗，它的发展将对一个国家的科学研究和教育事业产生深远的影响，受到世界各国的高度重视，机器人足球开始进入大学的本科生课程。从90年代以后，在号称“现代机器人故乡”的美国，机器人教育不再局限在大学的专业学科教育中。美国政府有关部门在全国高中生中推行“感知和认知移动机器人”计划，高中生可免费获得70公斤重的一套零件，机器人越来越成为一个培养中学生综合能力的学习平台。在“世界机器人王国”日本，每所大学都有高水平的机器人研究和教学内容，每年定期举行各种不同层次的机器人设计和制作大赛，既有国际性高水平比赛，也有社区性中小学生参加的比赛。机器人的发展为日本近20年的经济腾飞起了重要的推动作用。1986年我国“863”高科技发展计划正式启动“智能机器人”主题。到了“九五”期间，“普及机器人文化”被列为该主题第一专题的宗旨之一。1998年中国科技大学在国内率先进行了机器人足球的教学实验。近几年来，国内高校机器人比赛逐渐增多，“863”计划为“机器人竞赛工作委员会”提供了专项基金，智能机器人比赛正在发展成为我国创新教育的战略性手段。世纪之交，在全球共同奏鸣的教育信息化和教育改革的时代交响曲中，机器人足球的教育作用迅速传播到中小学。在2000年第四届RoboCup机器人足球世界杯赛上，首次设立了“初级组”比赛，来自世界各国的中小学生分别参加了“机器人舞蹈”、“一对一”和“二对二”足球赛等不同类型的比赛。初级组比赛对于培养中小学生的科技素养、创新能力和实践能力具有十分重要的作用。受国际机器人科普活动潮流的冲击，新世纪以来，中华大地涌起一股青少年智能机器人竞赛活动的热潮，得到了政府有关部门的关注。“中国青少年电脑机器人竞赛活动”是为培养青少年的科技创新精神和动手实践能力，让他们能够更好地适应21世纪的科学技术发展趋势的一项全国性、有组织、成规模、紧跟时代科技发展的青少年科学技术活动试点性活动。目前它已经成为我国中小学校青少年科技活动的新亮点，每年大约有50余万青少年机器人爱好者参加这项活动。“全国中小学电脑制作活动”由教育部基础教育司指导、教育部基础教育课程教材发展中心、中央电化教育馆、人民教育出版社等联合主办，从2003年开始，增加了机器人灭火、机器人足球比赛两个重要项目。“全国青少年科技创新大赛”是一项具有20年历史的规模最大、层次最高的具有示范性和导向性的全国青少年科技教育活动，每年约有1500万青少年参加各级各类的青少年科技创新竞赛活动。2003年第18届全国青少年科技创新大赛新设青少年机器人创意设计的比赛项目。“Intel工程大赛”、“全国中小学生信息技术创新与实践活动”等全国重要赛事也都把机器人创意列入竞赛项目。除了政府部门的项目外，由学术机构、公司厂商联合主办的智能机器人大赛对推进我国机器人教育活动、普及机器人文化也产生了非常积极的作用。上海广茂达电子信息有限公司1999年研发成功我国第一台教育智能机器人“能力风暴”。自2000年以来，共培训了2000多名相关教师，在全国范围内举办了4届“广茂达杯”中国智能机器人大赛，参赛队从60支发展到150支，比赛项目发展到七项，有机器人灭火、智能机器人足球、机器人创新展示、机器人现场设计、机器人论文、机器人擂台赛和中型组机器人足球赛等。目前，全国有近5000所中小学已经拥有能力风暴机器人，共有2000余万中小学生成为能力风暴机器人的伙伴。方兴未艾的智能机器人活动引起了中小学教育工作者的关注。2000年北京景山学校将智能机器人的普及教育以科研课题的方式纳入到信息技术课程中，在国内率先开展了中小学智能机器人课程教学；上海西南位育中学、卢湾高级中学等学校在2001年开始以“校本课程”的形式进行了智能机器人活动进课堂的探索和尝试。2002年以后，随着我国教育信息化的发展、“校校通”工程的推进，智能机器人技术向教育领域的渗透已有呈加速度发展的趋势。智能机器人事业和教育事业同时面临跨越式发展的极好机遇。如何把握发展机遇，对机器人界和教育界都是空前的挑战。进入信息社会，文化越来越成为一个国家综合国力的重要组成部分。技术对教育的影响，只有通过文化这个重要的中介和桥梁，才能形成可持续发展的生长点。纵观跨越世纪的变化，如果说上世纪末我国“863”高科技发展计划把“普及机器人文化”作为我国发展机器人事业的一项战略措施，那么到了新世纪，普及机器人文化也将越来越成为促进教育创新的一个战略性手段。因此，引发了中小学普及机器人文化的探索，一个值得政府部门、学术界、机器人界和教育界共同关注的前瞻性课题。二、研究概况1.概念界定文化：广义指人类在社会实践过程中所获得的物质、精神的生产能力和创造的物质、精神财富的总和；狭义指精神生产能力和精神产品。机器人文化：在人类对机器人的梦想和追求中产生的一种科学精神与人文精神充分整合的全新的文化形态。机器人文化是民族文化、创造文化、企业文化、大学文化、学科文化、技术文化、竞赛文化、科学家文化等多种文化形态融合的结晶，开拓创新是机器人文化的实质内涵。普及机器人文化：以普及机器人科学知识和应用为载体，开发机器人文化的教育价值，弘扬开拓创新的科学思想、科学精神，提高全体国民尤其是青少年的科学文化素质和人文素质，提高中华民族的创新能力，普及机器人文化在本质上是一个文化创新过程。中小学普及机器人文化：以智能机器人教育为载体，开发、应用机器人文化的教育价值，在文化的融合、精神的建构中实现学生、教师、学校的共同发展，促进中小学教育的跨越式发展。中小学普及机器人文化的本质属性是一个教育创新过程。2.研究目标：通过区域性的以智能机器人教育为载体的教师教育行动研究，提升教师发展的主体精神和主体意识，开发机器人文化所蕴涵的丰富的教育资源，促进学生、教师、学校的共同发展。3.研究内容：1）中小学普及机器人文化的必要性、可行性研究2）中小学普及机器人文化教师教育行动研究3）智能机器人教育进入中小学课程教学模式的探索4）中小学普及机器人文化对教育信息化和教育创新的促进作用4.研究方法：1）调查研究法通过互连网上的搜索引擎，实现跨越时空的信息跟踪，密切关注国内外机器人文化教育发展动态和趋势，为课题研究目标定位提供理论依据；设计调查问卷，通过对我区中小学学生、教师、学校领导不同层面的抽样调查，为中小学普及机器人文化的必要性、需要性、可行性研究提供依据。2）行动研究法以教师培训行动研究作为本课题的主线和突破口，设定基于智能机器人教育主题的教师继续教育课程建设教学目标、内容、模式教师培训活动实践培训活动反馈信息分析和研究课程、教材、培训模式的进一步调整教师培训模式的改革和创新3）经验总结法通过个案经验交流、课程开发阶段总结、培训班学员小结和交流、参赛活动总结交流、中期总结、开放的社区交流、基于城域网的超媒体互动学习平台的搭建，激励思想的沸腾、实现文化的融合、促成精神的建构，使课题研究始终定位于教育创新的前沿。5.基本实施过程：1）准备阶段2001年10月——11月对上海广茂达电子信息有限公司的个人机器人产品进行调研，在上海第四届青少年科技节期间，首次参加智能机器人比赛，对本市、本区的机器人活动进行了考察2002年1月与上海广茂达电子信息有限公司达成协议，在教师培训项目上进行合作2002年1月——3月收集信息，处理分析相关资料，开发教师培训课程和教材2002年3月——5月“智能机器人设计和开发”第一期教师培训2002年5月——6月任务驱动教师培训模式的探索，组织教师参加“2002年中国机器人竞赛研讨会”2）实施阶段2002年6月——9月“智能机器人”超媒体学习支持系统的修改第一期教师培训班的总结2002年9月——2003年1月“智能机器人设计和开发”第二期教师培训“信息科技与学科整合的理论和实践（理科）”第一期教师培训撰写中期报告2003年1月——6月“智能机器人教育在线”网站建设“信息技术与课程整合的研究性学习平台”第一期教师培训“中小学普及机器人文化的探索”研训班各类调查问卷的设计和抽样调查3）总结阶段2003年7月——12月各类调查问卷的整理、统计、分析整合各类教案、论文资料教育主题网站撰写课题研究报告三、研究过程1.中小学普及机器人文化的必要性、可行性研究1）哲学层面的论证通过互联网各大搜索引擎的信息检索，对国内外机器人文化教育发展动态和趋势进行了动态跟踪，对国内的教育机器人产品进行了调研。经过信息的处理和分析，对文化、机器人文化、普及机器人文化、中小学普及机器人文化进行了概念界定；对机器人文化的内涵、中小学文化的内涵和中小学普及机器人文化的内涵进行了探索和研究；从哲学层面论证了中小学普及机器人文化的必要性、可行性。2）区域性调查论证为了进一步了解我区中小学在学校、教师、学生层面对普及机器人文化的认识，课题后期，设计了“学校问卷”、“教师问卷”和“学生问卷”，分别在本区部分中小学学生、教师、领导中进行了抽样调查。a.学校问卷调查情况中学问卷发出总数36问卷回收数15问卷回收率42%小学401435%参加调查的中学航华中学梅陇中学闵行二中七宝二中曹行中学闵行三中古美中学莘松中学友爱中学吴泾中学闵行四中基地附中新基础校莘光学校浦江3中参加调查的小学曹行小学黎明小学蔷薇小学塘湾小学吴泾三小北桥小学罗阳小学明强小学七宝实小新梅小学吴泾小学龙柏小学丽江小学倪伟军结果分析100%的学校认为在中小学普及机器人教育是必要的、可行的。50%的小学、80%的中学已开展智能机器人教育活动；79%的小学、93%的中学有智能机器人教育活动意向和规划；这些数据可能高于实际的百分比，因为提交答卷的学校大部分是已开展或准备开展机器人教育的，如乘以回收率，这个百分比会相应降低。中小学普及智能机器人教育的瓶颈问题：学校发展理念教师队伍建设资金的投入结论：在中小学普及机器人教育是必要的、可行的，学校发展理念、师资队伍建设、资金的投入是发展的关键。b.教师问卷调查情况样本总数100参加调查的学校马桥强恕上音荟思浦江3中罗阳小学曹行小学北桥中学北桥小学新基础校莘光学校梅陇中学龙柏小学明星小学浦江一中闵行二中吴泾三小七宝二中各学科样本数数学语文英语物理化学生物地理152156146历史政治美音劳技自然信息体育334102115结果分析大部分教师比较了解国内外智能机器人教育发展的情况；并愿意或认为可以试一试指导学生开展智能机器人学习活动；半数以上的教师指导过学科教育、科技活动和研究性学习方面的智能机器人教育活动，但指导过机器人竞赛的学科教师几乎没有；80%的教师愿意参加智能机器人教育培训；几乎所有的