在信息技术课程建设中引入机器人平台开展创新教育及专

在信息技术课程建设中引入机器人平台开展创新教育及专题应用研究第1页共33页《在信息技术课程建设中引入机器人平台开展创新教育及专题应用研究》课题结题报告一、课题研究的背景及意义：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，蕴含着极其丰富的教育资源。在全国第三次教育工作会议上,党中央、国务院明确、郑重地把“重点培养学生的创新精神”写入党的教育方针。如何培养在新时期具有创新精神的新一代,是事关国家前途和民族命运的大事,也是基础教育义不容辞的责任,而且课程改革是基础教育和实施素质教育的核心，在中小学开展机器人教育是通向此目的的途径之一。通过机器人的学习活动,让学生了解掌握传感器知识,结构的搭建方法,各种部件的控制方法;引导学生逐渐形成编程的思想,掌握机器人的程序设计方法;在计算机上编写程序,然后通过计算机和机器人的通讯技术,将程序下载到机器人的微处理器上,通过观察机器人的运行情况来调试、验证、反思、改进。这里面涵盖了计算机知识、数学知识、物理知识、结构学知识等,这种多学科的综合性、合作性学习,极大地激发了学生的学习兴趣,有效地培养了学生的创新能力和综合素质能力。所以在中小学开展机器人教育有着重要的意义。我校是参加机器人竞赛较早的学校。自2006起，我校就组织了机器人参赛队参加四川省青少年机器人创新实践活动；2007年至今，每年都在信息技术课程建设中引入机器人平台开展创新教育及专题应用研究第2页共33页有机器人参赛队代表四川省参加全国青少年机器人大赛，并且取得了很好的成绩，据统计8年来获省级获66个，国家级奖9个，其中金牌5枚，3次获全国冠军，我校开展机器人教学有着良好的基础。但是，在多年的机器人兴趣小组培训、参赛过程中，我们也逐渐发现了一些问题。主要如下：1、机器人参赛队人员构成范围狭窄我校每届机器人参赛队由8—16名学生组成，与我校近2800余名学生的办学规模相比，有机会接受机器人教育的学生其比例非常低，学生受教育的公平性得不到保证。2、培训时间短，难以形成系统化教育每年参赛队员一般在春季学期开校后进行选拨培训，到五月中旬参加省比赛，时间仅2-3个月，由于一些项目比赛的性质，对参赛队员要求高，很难在短时间内对学生发展对机器人兴趣进行成体系、有效培养。3、机器人教育平台及经费问题参赛队购买机器人由学生购买，好处是每年都可以使用最新的机器人参赛，但缺点也很明显，由于每年参赛机器人平项目发生变化，对学生进行培训时没有足够的器材，现有的器材都是学生参赛淘汰的。品种五花八门，型号各异，无法开展大规模的培训，甚至机器人参赛队的培训需要都不能满足。机器人器材普遍较昂贵，而学校现阶段也不可能为少数参赛队员投入大量经费。综上所述，现阶段机器人教育在创新教育和专题应用上明显不足，在信息技术课程建设中引入机器人平台开展创新教育及专题应用研究第3页共33页如果把机器人教育目光局限于通过组织参赛队来实现素质教育是不现实的。我们急需要一种能在全体学生中普及机器人教育的方法来实现素质教育的要求。借这次省普教科研资助金项目《中小学信息技术课程中以机器人为载体的创新教育研究》课题研究，我校承担了子课题《在信息技术课程建设中引入机器人平台开展创新教育及专题应用研究》研究工作。我们希望通过研究验证机器人教育是否可以真正进入课堂；验证在课堂上用什么样的方式进行教学效果好；验证什么样教育装备能很好地支撑机器人教学的需要；验证什么样的教材能适应本校实际情况，更好地开展机器人教育;验证如何把机器人普及教育与我校传统机器人竞赛优势结合起来。最终从研究中实现教学内容、教学模式的创新，取得实施这一教育模式的实际经验，并形成系统的书面研究成果，带动教育思想、教育观念的更新，培养学生的操作实践能力，提高创新能力，促进学生的全面发展。二、课题研究的理论依据：本课题研究结合学校校本教研，结合本校实际，在实施研究的过程中运用“发现学习”理论、习惯培养理论、教学最优化理论和建构主义理论创设以下原则：主体性原则——一切从学生主体出发，让学生成为知识技能的“探究者”，难点问题的“突破者”，使学生真正地成为学习的主人。民主性原则——营造宽松和谐、民主、平等的课堂氛围，有利于学生个性发展。在信息技术课程建设中引入机器人平台开展创新教育及专题应用研究第4页共33页创造性原则——注重激发学生创造性思维，充分发掘学生的天资和潜能，让学生得以自由、充分的发展。系统性原则——在机器人教学中，要有一个全局系统的规范，以便充分利用信息资源，培养学生多种能力。三、课题研究的目标和内容：1、开发出适合我校实际教学需要的，有助于培养学生创新能力的小学机器人教学校本课程，完善信息技术课程建设。2、构建机器人教育专题的资源平台。3、通过机器人搭建、编程、创意等教育教学活动，使学生创新思维得到培养，创新能力得到发展。4、通过实验促进机器人教育的普及，形成一系列有利于学生创新思维发展的专题教育活动。5、通过研究促进参研教师在机器人教育理念上的更新，教学方法得到丰富。四、课题研究的方法：本课题将主要采用文献研究法、个案分析法、调查研究法、经验总结法、行动研究法。五、课题研究的步骤：1、准备阶段（2011.12～2012.3）：⑴研究课题小组成立，填写课题申报书，撰写研究方案。⑵建立机器人教室，建立相关管理制度。在信息技术课程建设中引入机器人平台开展创新教育及专题应用研究第5页共33页⑶组织参研人员进行学习培训。2、实施阶段（2012.3～2013.6）⑴初步形成机器人教学校本的教材。⑵进行机器人课程课堂教学的探究。⑶积极参加各级各类机器人比赛。⑷及时总结课题研究的经验和教训，不断改进研究方案。3、总结阶段（2013.3～2013.6）⑴收集课题研究的资料，汇编成册。⑵总结课题成果，撰写课题报告，申请结题。六、课题研究主要过程：（一）学校加大对信息技术装备投入，建设机器人教育教学环境1、硬环境开展机器人教学对硬件环境要求较高，传统的计算机教室存在许多局限，不能满足开展机器人教学的需要，为更好的开展课题研究，学校出资20余万创建了机器人教室和机器人活动室。其中机器人教室购置学生电脑28套，教师机1台，服务器1台，并由刘东宇主任设计定制适用于开展机器人教学使用的电脑桌8套和机器人套件收纳柜。机器人活动室配备电脑6套，定制活动场地2套，器材配件、工具若干，为课题的开展提供了有力的保障。2、软环境（1）课堂教学过程管理：为保证每个学生都能学习、使用机器人器材，我们根据电脑、机器人器材、班额情况，将学生分为两人一组，以合作学在信息技术课程建设中引入机器人平台开展创新教育及专题应用研究第6页共33页习为主线进行了座位安排。我们还制定了“机器人教室使用制度”、“学生上机情况登记表”、“学生座位安排表”以确保教学的正常有序进行。（2）学校制定了相关制度加强了对课题研究过程的管理：①定期研究制度。每月一次课题组理论研究与课堂教学研究交替进行，交流探讨理论和实际操作问题。②定期总结制度。课题组成人员在自己分担的研究范围内，勤分析、勤总结，每学期至少完成专题总结（案例、反思、教育叙事等）2篇。③后勤保障制度。凡是课题研究需要使用的资源，课题组无条件优先使用。④做好实验期间的检测，收集数据，不断调整、深化实验研究。⑤学校教科室直接指导，统一管理，统一安排活动。参研教师进行机器人课堂教学案例研究，上好实验课、研究课；做好课后反思，不断总结。（二）课程建设机器人教育是一个全新的课程，要想从点到面的普及开来，需要一个有效的课程体系做支撑。1、前期调查，为教材编写提供依据(1)学生情况分析我们对实验班学生进行了“机器人学习”的问卷调查，对学生机器人在信息技术课程建设中引入机器人平台开展创新教育及专题应用研究第7页共33页基础知识、学习兴趣、合作意识、创新意识等方面进行摸底分析。从调查表中我们可以看出，89%的学生对机器人很感兴趣，但是只有42.5%的学生对机器人知识及应用领域有所了解；90.3%的同学喜欢合作学习形式，84.6%的学生希望参与机器人学习。这些数据为校本教材的开发、课题研究的开展提供了参考方向和依据。(2)对教材的分析我们现在用的是四川省教育科学研究所编写的信息技术六年级下册教材，其中1~7课是介绍PCLOGO相关知识，机器人部分是8课~14课。教材中有两种版本的LOGO语言，虽然它们同属于一种语言，但从操作界面和命令构成上还是有相当大的区别的，相比之下智慧LOGO更适合学生的心智发展；机器人部分课程的内容对学生的知识水平和能力要求都较高，对于刚刚接触机器人知识的学生来说难度较大，我们发现旧的知识体系已经无法适应机器人教学的开展，我们需要适合我校机器人教学、针对性强的课本。2、编写机器人校本教材（1）教材内容的选编我们结合智慧天下机器人套件，在原有课程的基础上进行了创编，删减了5课，改编了《进入奇妙的LOGO世界》和《重复命令》两课。研究中我们发现，“智慧天下”机器人器材中“LED显示模块”、“声音传感器”、“扬声器模块”、“多功能灯”在教材中都没有实际教学内容，于是我们新编了与之相关的4课机器人专题应用课程，丰富了机器人课程内在信息技术课程建设中引入机器人平台开展创新教育及专题应用研究第8页共33页容。（2）教材的编排我们根据学生的认知特点，将教材分为“基础知识”和“专题应用”两大模块，前5课主要介绍机器人的一些基本知识和LOGO的简单命令，后8课结合智慧天下机器人套件设计的专题应用活动，安排上从易到难，从简单到复杂，环环相扣，层层深入，既有针对性，又有实效性。3、搭建机器人学习资源平台在信息技术课程建设中引入机器人平台不仅对学生来说是个全新的内容，对教师也是一个挑战，我们需要不断丰富专业知识，提高技能才能确保研究顺利进行，机器人学习资源平台的建设就显得犹为重要。我们收集了一些机器人相关资料建立了机器人学习资源平台。目录基础篇一了解机器人二课认识机器人三与机器人“对话”四进入奇妙的LOGO世界五重复命令专题应用篇六让机器人动起来七安全警示灯八聪明的“光控路灯”九自动干手机十拍掌计数十一抢答器十二不会碰坏的机器人十三能识路的机器人综合实践活动在信息技术课程建设中引入机器人平台开展创新教育及专题应用研究第9页共33页（1）资讯类:主要以收集整理机器人相关知识为主，包括机器人的种类；机器人的发展；什么是教育机器人及国内外一些与机器人相关的最新资讯等。（2）教学辅助类：A、智慧LOGO命令、小程序；B、图形化编程方法与实例；C、主要针对教学内容自制的课件（3）专题应用类：配合小学机器人创新大赛参赛项目收集整理的资料，包括文件、规则、程序、培训课件、视频等。我们的做法：采用收集整理、自编自制、归纳汇总等方法将资料分类，保存至快盘，并及时进行更新；建立十小机器人QQ群，方便大家沟通交流。我们还将这些资源存入学校资源服务器，在学校每一间教室里都可以随时调用该资源。资源平台的内容丰富，形式多样，是教学的有效补充，它的开放性，又从时间和空间上满足了师生的需求。（三）以机器人为载体，开展教育教学活动1、学习机器人基础知识，训练学生基本技能开展机器人教育，除了解一定的机器人相关基础知识外，语言学习很重要，在学习计算机语言的过程中，学生的编程能力得到训练、严谨的逻辑思维能力得到培养、动手操作能力得到锻炼。案例1：谢瀚飞老师在教学《重复命令》一课中，引导学生从观察入手，发现特征，再让学生动手操作，探索规律，从而“悟”出了正多边形的画法。在信息技术课程建设中引入机器人平台开展创新教育及专题应用研究第10页共33页首先我以观察为主，对比为辅，教学中注意做好难点的辅垫，使得难点迎刃而解。如在让学生绘制出三角形和正方形后，提问：小海龟重复了几次，每次旋转了多少度？小海龟一共走了多少度？学生边回答，老师边板书。在绘制三角形时，学生就明白了小海龟重复了三次，每次旋转了多少度？有个别聪明的学生就与正四边形的内容对比的看。有一个学生回答出来后，其他同学就有豁然开朗的感觉。表格式的板书使得学生的对比观察，思路清晰。其次，让学生动手绘