2022年2022年开展智能机器人教学实践活动 .pdf

第 1 页 共 5 页开展智能机器人教学实践活动，探索学生综合素质的提高南海实验中学信息技术组李宁论文内容摘要：大多数学校的机器人教学仅仅围绕比赛而展开，智能机器人作为一种全新的教学平台， 它在学科教学中的作用远远没有发挥出来。在比赛中， 由于过分追求比赛结果，造成学生学习的主动性和思维的开放性和创造性没有得到充分的体现。我校在“机器人活动与学生综合素质的提高”探索的过程中，经历了从发现现象、探索证实到全面展开研究， 到初步成果的体现， 证实了中学信息技术与智能机器人教学实践活动能有效提高学生的综合素质，将智能机器人的基础知识和技能纳入中、 小学的信息技术课， 培养学生的创新精神和综合实践能力的必要性和可行性已经逐趋明朗和成熟。机器人教育在国外已普遍开展， 为了赶超世界教育先进水平， 我国大力加强了机器人教育。教育部于2003 年调整信息技术课程设置内容，增添了信息技术教育中的人工智能与机器人课程，机器人教育已越来越受到重视。一、主要结论与观点机器人教育是指学习、 利用机器人，优化教育效果及师生劳动方式的理论与实践。机器人教学活动是机器人教育的一个重要组成部分。我校在“机器人教学活动与学生综合素质的提高”探索的过程中， 经历了从第二课堂课外小组活动， 到全校信息技术课中的全面开设，从单纯的为了竞赛的获奖，提高学校声誉为目的，到提高了学生的综合素质为目的，从发现现象、探索证实到全面展开研究， 到初步成果的体现， 证实了中学智能机器人教学实践活动能有效提高了学生的综合素质。 探索出了一条全面提升全体学生综合素质的新路子。二、探索过程（一）在第二课堂中开展机器人课外小组活动，在取得比赛获奖喜悦的同时，意外发现小组全体成员的学科成绩和多方面能力有了很大的提高。2003 年初，一个偶然的机会我得知了佛山市准备派学校参加广东省青少年机器人竞赛， 却无人报名的消息， 抱着试一试的态度， 我在没有任何机器人基础的情况下毅然报了名。学校为此投资1 万多元购买了四个机器人及其相关配件、设备。当时受活动场室和设备的限制，我只辅导了四位学生，他们是莫晓龙、戴兆俊、李玎玫和邓帽帆， 与其说是辅导其实是共同探讨，因为当时我们没有任何可借鉴的资料， 我与学生处于同一起跑线上。学生的对机器人的兴趣极大，老师的边学边教已无法满足同学们的需要，我们一同学习机器人的程序设计，一同探究改装机器人， 一同研究比赛方案， 许多时候都是学生编出了更好的程序、首先发现一些传感器的特性、 想出更好的机器人改装方案。 就这样我校成为佛山地区名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 5 页 - - - - - - - - - 第 2 页 共 5 页首批开展机器人活动的学校。 经过一个学期的共同努力， 当年参加竞赛及获得广东省机器人足球赛第三名， 灭火第五名的好成绩， 参加全国智能机器人大赛获得机器人足球赛八强（第五名） ，灭火三等奖（第七名）的成绩。学校肯定了我们机器人活动的成绩后，2004 年正式批准开展课外活动，再投资 2 万元购买机器人及其相关设备， 建立了机器人活动室。 成立多个机器人实验小组进行了机器人足球、 机器人灭火、 机器人创意、 机器人舞蹈等多个机器人实验活动，几年来参加智能机器人实验的学生逐年增加，由最初 4 人已发展到现在的 20 多人。三年多来，我校结合自己的实际，制订了完备的活动计划和实施方案：课外实验小组每周有固定两节课活动时间以及节假日部分时间。在活动过程中辅导教师尽量避免详细的讲解，只是提出每次活动具体的任务和要求，让学生自己设法解决，只是在涉及到安全等重要方面时教师才重点讲解和亲自操作。因为参加机器人实验的学生都是自主报名参加，对机器人实验具有浓厚的兴趣，积极性较高，通过机器人课外活动同学们普遍可以获得如下感受：1自己制作的机器人能够按照设计要求完成动作时的喜悦。2从策划，设计到制作，测试等一系列的开发过程均由自己亲手完成的成就感。3体验参加机器人竞赛时的紧张与激动的心情。4可以向具有无限开发潜力的机器人领域进行永无止境的挑战。成绩的获得让小选手们振奋不已，莫晓龙同学在校刊上发表文章说：“我渐渐感到，我已经深深的迷上了机器人这一门奇妙的学科。在与老师合作的有利条件下，我以极快的速度迅速了解了机器人单片机、传感器、驱动电路等的性能和工作原理，掌握了重心、摩擦力、光电效应、转动惯量等物理知识，掌握了结构化的程序设计思想，学会了回溯、深度、广度、动态规划、分治、贪心等算法。在这期间， 我更惊喜地发现， 我的基础学科成绩在迅速提升，从初一时排名总是在二、三十名之间徘徊， 到了现在的能够稳居全级前三名的巨大进步！甚至我还在初中生英语能力竞赛中取得了全国一等奖的成绩！这，给我进一步的学习创造了更加有利的条件。”小组的其他同学同样在学科成绩等方面也有了突飞猛进。这让我为他的巨大进步感到欣喜的同时，不禁思考我们开展的机器人活动除了是第二课堂的教育性、 科技性、趣味性活动以及比赛获奖外还能给学生带来了什么更为实质的内涵？（二）初一初二全面开课，初步形成机器人活动与学生的学习成绩及综合素质的提高方面的课题研究。机器人小组实验活动取得了较为成功的范例，为进行大规模的实验积累了丰富的经验。 2004 年下学期，我们使用自己编写了相关的智能机器人校本课程教材，尝试在部分班级的信息技术课程中加入智能机器人教学内容。教学内容包括名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 5 页 - - - - - - - - - 第 3 页 共 5 页认识了解机器人， 机器人基本工作原理， 主要是机器人的程序设计。 时间安排每周两节，共计 12 周，约 24 课时。教学方式以任务驱动式，设计有“机器人能做什么？” 、 “让机器人走一正方形” 、 “机器人无头苍蝇”、 “机器人走迷宫”等20多个任务， 让学生每节课完成一个任务，由于设备的限制， 我们采用了仿真环境和实体机器人两种活动形式，仿真环境时，两人一个小组，使用实体机器人时67 人一组。每次实验结束前由组长把实验进度及实验结果及时向指导老师汇报，根据指导老师的意见对机器人或程序进行反复修改，使之进一步地完善， 最终把各小组作品作为实验研究成果公开展示，并把设计成熟的作品运用到去参加全国、省、市等各级智能机器人竞赛， 看到自己设计制作的机器人能运用在各类机器人比赛中， 他们都会有一种成就感和自豪感。成功感是激发学生学习热情的源动力，因此通过展示学生的作品， 让他们相互欣赏和评价各自制作的作品，培养学生的鉴赏能力，所以采用成功刺激教学法也是我们机器人教学特色之一。与此同时我们开始追踪参加机器人活动同学的学科成绩和综合素质的变化。我们发现：自 2003 年开展的机器人兴趣小组活动以来，出现了莫晓龙（2007年保送清华大学） 等尖子生，他们不仅各科成绩自参加机器人活动后都有大幅度提升，而且性格都变得开朗，思维反应敏捷，动手能力、团结协作能力都有了很大的提高。 学生的进步鼓舞我们， 跟踪的数据结果也同样令我们惊讶：长期参加机器人活动的学生文化课成绩在全级排名竟无一例外都有很大的进步。近年来一些以竞赛为主的机器人活动越来越受到师生的质疑，在比赛中，由于过分追求比赛结果，造成教师亲自动手、厂家参与竞争、学生成为傀儡，引起了大家的关注和讨论。 机器人活动应该回归它所具有的创新教育的本质。我校清醒地看到这一点， 2005 年开展了机器人活动与学生的学习成绩及综合素质的提高方面的课题研究， 将机器人教学引入课堂， 初一初二全面开课， 由个别学生参与的课外活动或兴趣小组， 普及到更多的学生能够参与其中，以培养学生的综合素质、动手能力和创新能力， 开展机器人活动的目的从单纯的为竞赛获奖到为提高全体学生的综合素质， 取得了一定的竞赛成果的同时学科教学也获得大面积的丰收，近几年中考的尖子率、 重点率、优秀率都有了较大提高， 原因是多方面的，但可以肯定与我们开展机器人教学活动有一定联系。三、通过课题的研究我们得到以下成果：1、智能机器人教学活动有助于培养学生自主探究学习习惯以科技教育、 素质教育和新课程改革理念为指导，以学生的发展为本， 以学生的动手实践为核心， 引导学生与智能机器人亲密接触，跟上现代科学技术发展的步伐，走出普通教室，走进机器人实验室，培养学生探究科学奥秘的兴趣，激发学生的好奇心和求知欲， 初步养成从事科技探究活动的正确态度；让学生学会选择，学会合作，学会探究，学会创新，培养学生探索质疑、解决问题的能力，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 5 页 - - - - - - - - - 第 4 页 共 5 页搜集、处理信息的能力，动手操作、主动实践的能力。利用自己所学过的数学、物理、化学、生物和计算机等相关专业的知识，灵活地运用到机器人的实验和制作活动中，是智能机器人科技教育课程与其它学科知识整合的一个突出实例。在机器人制作过程中呈现了既有探究，又有协商；既有质疑 , 又有感悟；既有合作，又有个性突现的生动活泼的自主探究模式，让他们学到了许多在常规课堂上学不到的知识。2、通过“合作学习”培养学生的创新能力合作学习是指教学过程中进行小组合作探究的一种学习形式。通过讨论、交流等形式， 加深每个学生对所学知识的理解。使学生始终有一种参与感， 从被动接受转为主动探索。 它既能调动学生学习的积极性， 又能充分发挥学生之间协调互补的作用。因此，通过合作学习培养学生合作、自主、创新的精神，是整个合作学习的主要目标。合作学习有利于发挥特长， 发展个性，并使每位学生都能在集体中发挥自己的聪明才智。 合作学习的形式有利于培养学生的创新精神。根据中学生好胜心强的特点，积极培养勇于思考，勇于探索，勇于创新的人才。我们应更深入研究运用这种方法，有意识地培养学生成为适应社会发展的高素质的“创新型”人才。以“小组合作学习”为途径，对培养学生的创新意识、创新思维及创新人格有着重要的作用。3、通过机器人实验活动培养学生对多门学科知识的整合能力，普及机器人教育有助于提高学生的综合素质因为智能机器人的世界是一个丰富多彩、奥妙无穷、 令人期待的世界。 机器人特色教育将引导学生进入这个激动人心的前沿领域，机器人实验融合了数学、物理、化学、生物、信息技术等多门学科的知识，通过亲手装配、实验、编程和实施机器人项目、 参加机器人比赛， 直至设计出自己的独特的机器人伙伴，将使同学们获得发自内心的快乐， 可以培养学生的动手实践能力、创新思维能力、 综合应用能力和团结协作能力； 面对新的挑战， 通过机器人实验同学们会觉得自己变得很从容、很自信，具有成就感。通过几年的实验研究，智能机器人教学活动在我校已具有较强的示范性和普及性。教学效果较好， 深受学生欢迎， 在活动的过程中，学生的综合素质得到了提高和发展，这与新课标推行的素质教育相吻合，提高学生对所学知识的整合能力和综合素质教育是我们的创新点。3、在智能机器人的课堂教学中构建快乐教育模式快乐教育要培养学生“乐于学习” ，其核心在于一个“乐”字。学生能够在智能机器人校本课程的学习中 “乐”起来，首先是他们把学习机器人制作作为一种乐趣和发自内心的一种愿望， 所以他们才会自觉地积极主动地学习。快乐教育是给每一个学生创造成功的机会。成功会使学生建立信心， 有了自信心， 产生新名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 5 页 - - - - - - - - - 第 5 页 共 5 页的追求，从而获得更大的发展。目标是前进的方向，学生有了明确的目标，就会产生前进的动力，就会促进主动地发展， 因此要鼓励学生不断树立新的奋斗目标，并通过艰苦的努力去实现。 这些做法极大地调动了学生的内部动力，促进了他们的主动发展。 学生所进行智能机器人制作实验，是自由式和开放式的学习， 他们在制作机器人的过程中“玩”出了乐趣，所以他们才会如此痴迷地、快乐地完成每天的“作业” 。看到自己设计制作的机器人能出色地完成一系列的动作和任务，或在各类机器人比赛中获了大赛，他们都会有一种成就感和自豪感。所以在智能机器人校本教研活动中，学生能否取得成功是构建快乐教育模式的原动力。4、智能机器人校本课程的开发可以促进教师的专业发展促进教师的专业发展， 可以借校本课程开发来实践这个平台。校本课程的开发，改变了教师的传统角色， 使教师从原来的国家课程实施者转变为校本课程的编制者、实施者、评价者，真正成为了教育活动的主体。教师在开发校本课程的实践同时，自身也获得了一定程度的专业发展。在教学过程中结合学生的需求，编写了科学与艺术智能机器人活动校本课程的教材， 在指导学习训练的同时，通过自身学习， 自身的知识水平也得到了大幅度的提升，达到了教学相长之功效。通过本课题的研究， 是对传统的教学模式进行改革的尝试，注重培养学生的实践动手能力和创新思维能力， 在科技教育、 素质教育和新课程理念下构建学生自主探究、合作学习和快乐教育的新型教学模式。试验取得了初步成功。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 5 页 - - - - - - - - -