《智能机器人在培养学生创新能力方面的研究》实施方案

《利用智能机器人培养开发学生创新能力》

课题实施方案

一、 课题名称：

智能机器人在培养学生创新能力方面的研究

二、 课题提出：

智能机器人是信息技术发展的前沿领域，集材料、机械制造、能源转换、生物仿真、信息技术之大成，是综合性很强的现代技术。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，蕴涵着极其丰富的教育资源。日本、美国等一些发达国家高度重视机器人学科教育对高科技社会的作用和影响，已在信息技术课与课外科技活动开设了有关机器人的课程内容。

如何变革我们的教育体制？如何让教育更适应世界潮流？今天的教育如何培养明天的人才？这些是所有关心教育和关心下一代的人都在认真思考，并努力探索新的问题。有效的教育改革不仅是中国关注的焦点，也是世界各国正在努力探索开拓的方向。如何通过探索新的教学理念，采用创新教学工具，来培养学生的创造力。以智能机器人为载体的教学，能够而且必须着眼于培养学生的综合能力。要赶超世界教育先进水平，机器人教育必须从中小学抓起。21世纪中期，人类社会将全面进入以智能机器人为代表的智能时代。最近10年，有关机器人的研究与应用水平将取得重大突破。机器人的广泛应用将极大促进社会生产力的发展与产业结构的调整。通过机器人教育的实施，推进教育创新，促进教育改革和教育现代化，对创造型、研究型、专家型教师队伍的形成，对提高中小学生的创新和实践能力，具有重要的现实意义和战略意义。在基础教育领域开展智能机器人教育，让我国今天的中小学生能够有准备地迎接属于他们的明天——智能机器人时代的到来。我们经过论证，决定对智能机器人在培养学生的创新能力方面进行系统研究。参与的几位老师都是中学一级上教师，有超过10年以上的教龄，其中李本水是物理系本科专业，作为本校的物理老师，他们对于电子和机械都有较深的理解，仪修亮老师也是对机器人有着浓厚的兴趣，对于指导学生学习编程控制机器人积累了很多经验，这些老师是我们学校的科技精英，可以保证该课题按时按质按量地完成。硬件上，经过这几年的投资建设，我们拥有了120平方米的25套广茂达机器人标准实验室，还有各种研究需要的配件和机械，加上研究用的微机，总的投资已经超过20万元，作为一所城镇级的初中学校，这也说明了学校领导对机器人的重视。我们学校有比较好的条件进一步投资建设，为机器人教育的开展提供更好的硬件软件条件，使我们的课题研究顺利进行。

三、指导思想 ：

该课题实施过程中要遵循自主、互助的教学原则，按照构建主义理论实施教学研究，以激发学生的兴趣和研究热情为主，实行灵活、生动、以人为本的教学理念，通过多渠道、多思路来激发和提高学生的创新创造能力。我们也通过该课题的开展进行探讨和研究。以研究性学习为主，倡导自主探究、实践体验和合作交流的学习方式，激励学生敢于质疑、敢于实践、敢于创新、敢于卓越。

四、 实验目标：

通过该课题，探讨智能机器人在培养学生创新能力方面的优势和有效途径，确立智能机器人在培养学生创新能力方面的教学模式，研究智能机器人在培养学生创新能力的有效方法和经验，借此培养学生对智能机器人的兴趣，让学生了解和掌握以智能机器人为载体的通用技术与信息技术的基本知识和技能，了解技术的发展及其应用对人类生活和科学的深刻影响。通过智能机器人课程培养学生良好的信息素养、创新精神和实践能力。

五、研究对象：

根据本校的实际情况，我们确定以初一和初二的学生为参与者，通过自主报名和面试考察结合的方式确定参与实验的学生。初一学生以基础学习为主，初二学生负责高一级的研究并负责帮带低级的学生。

六、研究内容：

通过该课题的实施，我们主要就智能机器人在培养学生创新能力方面进行研究，深入挖掘智能机器人的优势，研究发挥其作用的多种途径和使用方法，通过分组实验进行对比研究，探讨培养学生创新能力的有效方法。同时，由于对学生创新能力的判断还没有一个统一的标准，传统的教学方式与教材倾向于就一个给定的问题，告诉学生们一个既定的答案，这就限制学生了天性的发挥。学生往往处于这样一种感觉状态：解决问题的途径是唯一的，这样，学生的创造性就得不到恰当的开发。导致的结果是他们只是接受已有的知识体系，而不是主动去探讨、去发现新的东西。我们设想通过开展智能机器人活动，不仅有趣，更为他们提供了开放性的问题解决方案，学生可以用不同的方法达到同一项目标，从而鼓励学生充分发挥想象力、创造力，培养学生的发散性思维，提高学生的创新精神。把机器人技术应该纳入创新教育的轨道，作为一种创新教具给最广大的学生提供学习的机会，提升最广的学生的创新能力、培育他们的创新意识、创新精神和实践能力。 教育研究发现，如果一个人处于自己喜欢的活动中，需要解决的问题又正好合适，符合自己的知识水平，那么学习就会象呼吸一样自然，你根本就不会意识到自己在学习。我们的目的就是给学生提供一个象空气一样自由的空间，让学生在不经意中成长、提高并达到一定的水平。

七、研究方法：

智能机器人的研发与应用，虽然已有一段较长的历史，但其快速发展与较大范围的普及则是近几年的事情，智能机器人作为教学内容进入中小学，无论国内还是国外，目前都处于起步阶段；中小学智能机器人教学的主要目标是培养学生的创新精神，其教学设计、教学模式、教学方法和教学评价也必须具备创新性。在该课题实施中，我们只有在探索中前进，并及时与参考现时段的研究水平和成果，不断充实创新，形成自己的特色和观点。

具体的研究方法我们确定了以下几种：

1.文献法：就是搜集和分析研究各种现存的有关文献资料,从中选取信息,以达到某种调查研究目的的方法。

2.教育实验法：教育实验法指研究者根据研究目的，有组织、有计划地逐步变化条件，观察记录测定与此相伴随的现象的变化，从而确定条件与现象之间因果关系的方法。

3.经验总结法：总结经验是在教育理论的指导下，按照科学研究的程序，使感性认识上升为理性认识的思维加工过程，是一种创造性的脑力劳动。它是在感性认识和初步的理性认识的基础上，通过进一步的分析归纳，抽象概括出可供他人借鉴的规律性的理性认识的活动。 

4.行动研究法：目前，教育心理学、组织管理等研究领域引入此法，用来探讨改进教育方法和改革评定方法。行动研究法与那种为控制研究方法，使研究对象不受研究者或实验事态影响的传统研究方法的区别，在于共同参与，即由研究者和行动过程的实践者结成一体，共同组成课题组，共同进行调查、分析，通过在实践活动的进程中发现问题、设计实验方案、实施实验方案、评价或有新的发现、再计划、再实施、再评价或发现……的方式不断进行。

八、研究目标检测体系：

目标检测体系应该是一种立足现在、前瞻未来的发展性的评价，评价的目的应该由“选拔”转移到“发展”上来，即全面了解学生的学习历程，激励学生的学习和改进教师的教学，为此，我们构建了多元目标检测体系。

1、评价的主要内容
　　①学生的参与状态与创新意识
　　在课堂教学中评价学生学习的参与状态时着重把握好以下几个方面：是否积极主动地投入学习活动；参与活动的形式是否灵活多样；在活动中是否具有探索、交流与合作的意识。评价学生的创新意识主要看学生是否经历了学习新知识的探索过程，善于发现新、旧知识之间的联系；是否善于发现学习中的疑难，提出有思维价值的问题；探讨问题或解决问题的策略是否多样、灵活、新颖、独特。

②教师的角色把握与教育技术的运用
　　在实验中，我们通过1、现代教育思想和观念；2、科学运用媒体技术；3、开发利用学习资源；4、有利于学生自主学习的过程。四个方面来综合评价教师的课堂教学行为。

2、评价模块

在课题实验中，我们通过详细研究细化，最终构建了能体现评价内容的评价模块，评价模块从参与状态、创新意识、学习方式、创新成果等方面对学生的学习过程和结果进行评价，没一阶段都利用下表对学生进行评价检测，通过学生自评、教师评价将果累记汇总，最后进行归纳总结为课题研究提供可供参考的数据支持，同时这样也利于学生自己了解自己，准确评价自己的发展过程。

立新中学智能机器人研究目标检测体系

注：自评分以30%的比例、校评分以70%的比例折合相加得到的分数代表各项目的得分。

九、课题研究实施步骤：

具体实施步骤如下：首先是第一年的探索研究阶段，由学校科技活动积极分子组成的机器人课题小组，采用的是自主型的活动方法。课题组成员对研究方案、途径、问题和困难做出周密步骤与安排，具体解决方案通过学生自已的实验与研究即创造性的实践活动来得出。第二年主要进行教学模式探讨，根据第一年的研究成果，确定一个合适的教学模式进行实施探索，不断进行实验、改革、实践，实验多种个性化的创造性实验方案，最后经过综合分析、评估与优化，最后可以得出最符合问题解决的教学模式。最后是总结整理阶段，通过前几年的经验，进行整理分析，总结出成果，通过交流和实践，进一步检验总结。检验这些成果的最好平台就是每年一度的电脑作品大赛，其中关于机器人的项目有机器人足球、机器人灭火、机器人创意、机器人舞蹈以及科协组织的机器人城市交通、机器人打保龄球、机器人擂台赛等，这些项目基本可以囊括大多数的机器人研究内容，通过比赛检验我们课题组学生的创造水平。

十、预期研究成果 ：

2006年12月－2007年11月主要研究智能机器人在培养学生创新能力方面的优势和有效途径，成果形势：论文；2007年12月－2008年11月主要研究智能机器人在培养学生创新能力方面的教学模式研究，成果形势：论文；2008年12月－2009年12月主要研究智能机器人在培养学生创新能力方面的研究，成果形式为相关的研究报告。

十一、课题研究的组织机构和人员分工：

课题领导小组为：王美贞、单珍、张秀霞、荆世兴；课题指导和研究小组成员有：组长荆世兴、副组长王美贞，课题组成员：隋滨、李本水、仪修亮、刘霞。具体分工如下：总项目策划指导—荆世兴，电子设计指导—李本水，机械制作指导—隋彬，程序控制指导—仪修亮，机器人组装和外观设计—刘霞。

十二、保障措施：

本课题实施得到了学校的大力支持，目前，我们已经有了一个120平方米的实验室，其中有25套能力风暴套装和2套乐高机器人，并配备了13台电脑，已经购买了实验所需的硬件设施。根据课题研究进展情况，对需要的硬件软件提前报计划，由学校继续组织购买事宜。对于成果的奖励，学校有相关的政策对老师进行鼓励和支持。目前，我们学校的机器人活动开展已经积累了四年多的时间，通过各种比赛取得了丰富的经验。我们先后取得了潍坊市足球比赛三等奖，灭火比赛二等奖，山东省机器人创意一等奖，省机器人舞蹈一等奖，学校也被评为山东省机器人优胜组织单位等荣誉称号。这些成绩和经验的获得也使我们有信心做好这个课题。

高密市立新中学机器人课题研究组

二○○八年九月五日（修正）

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/961eab11011ca300a6c390a3.html