沈家门第一小学虚拟机器人课程指导纲要.doc

沈家门第一小学虚拟机器人课程指导纲要一、指导思想（一）、培养符合时代需求的科技型人才的需要国家未来的发展，取决于今天人才的培养。而有创新精神和实践能力的高素质人才的培养，需要教育观念、制度、模式、内容和教学方式的与时俱进。在青少年学生中开展机器人教学活动是为了贯彻中共中央“科教兴国”战略，全面推进素质教育，使学生的逻辑思维能力、综合应用能力、创新能力等都能得到全方位训练和提升，对进行学科知识渗透、培养素质全面的创新型人才具有重要的作用和意义。（二）、学校信息技术特色深入发展的需要我校作为浙江省数字化示范单位以及国家信息化试点学校，信息技术是学校的一大特色。我校学生的信息技术素养也在全区名列前茅，学生对于信息技术课堂教学内容以外的知识也有较强的求知欲。为满足学生的需求，学校的“海贝贝乐学超市”自主选课平台中陆续添加了很多信息技术拓展性课程，如Flash动漫制作、平面绘画等。而机器人作为小学阶段的信息技术教学的高端内容，也是深受学生喜爱的内容。以此作为学校信息技术教育的特色项目是符合学生的发展需要的，同时可以进一步拓展我校信息技术教育的资源，充实和完善信息技术教育校本课程，为学校信息技术特色深入发展提供重要保证，形成学校特色。（三）、机器人普及化教育的需要机器人教育有着很多的优点，但由于对资金和场地的要求较高，往往难以普及。为了解决这个问题，虚拟机器人应运而生。一所学校只要投入两三万购置一套虚拟机器人网络仿真平台，学生就能在计算机房通过校园网络登录到这个网络平台，在电脑上模拟参与机器人的搭建、程序编写、场景任务仿真等一系列机器人教学活动。虚拟机器人突破了传统实体机器人资金和场地的限制，又能保留机器人教育的整个过程，对于机器人教育的普及提供了可能。因此我们选择虚拟机器人来作为学校信息技术的特色拓展课程进行开发。我们的主干追求：普及，精品，高效。普及，以“海贝贝乐学超市”学生自主选课系统为平台，面向全校学生开课，让每一位学生都有学习机器人的机会；精品，打造特色精品课程和社团；高效，通过学校信息技术教师精心研讨教学并配合相应微课视频，培养一批具有科学思想、科技知识、科学工作方法的孩子。二、 课程性质 虚拟机器人是一门涉及数学、物理学、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. 综合性 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、物理学、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，在虚拟的场景任务中，学生需要完成一个个任务，解决一个又一个难题，为此学生需要进行一系列的实践，如机器人结构设计与制作、检测与感知、程序设计、仿真调试等。 3. 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。 三、课程目标本课程的总目标是：提高学生的科学素养，促进学生全面而富有个性的发展，培养学生科学解决问题的意识和统筹设计思想；同时鼓励尝试探索，激发学生的创新意识。（一）、 立足核心素养的培养，着眼学生的终身发展 虚拟机器人的教学主要通过一个个问题的解决来完成场景任务，期间需要不断地思考和改进策略，这对培养学生的逻辑思维能力以及解决问题的能力是非常有好处的。而这两种能力对于学生今后的发展是及其有帮助的。（二）、 培养学生积极主动、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，提供必要的软硬件设施，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。 （三）、 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自动控制、 人工智能等多方面问题， 所以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的基本目标之一。 （四）、注重学生创造潜能的开发，加强学生实践能力的培养 在课程教学活动中，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、搭建、仿真调试等活动，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。 四、课程内容简介虚拟机器人是一门涉及物理学、自动控制、计算机、人工智能等多学科知识，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拓展性课程。本课程以汽车总动员这一场景任务为主线，学生使用电脑客户端通过网络登录到虚拟仿真平台，在3D虚拟环境下模拟机器人的搭建、程序的编写并通过各个问题的解决来完成各类场景任务，在完成任务的过程中了解机器人，培养逻辑思维能力。教学内容分五个阶段共计16课时，具体安排如下：第一阶段：（2课时）1.了解机器人及其基本工作原理，初步接触虚拟仿真机器人平台2.注册虚拟机器人仿真平台登录账号，并熟悉平台界面。第二阶段：学习使用仿真平台搭建机器人（2课时）1、初步熟悉“搭建机器人”界面各版块功能，掌握3D视角的切换方法。2、学习使用“模板创建”等便捷操作，尝试搭建一个个性化的机器人。第三阶段：机器人完成简单任务（3课时）1、根据场景任务要求，使用“搭建机器人”界面，搭建一辆车型机器人。2、使用“编写程序”界面编写简单的机器人直行程序并配合搭建的机器人完成直行任务仿真。3、在直行任务基础上，修改原有程序，完成向左走的场景任务仿真。第四阶段：了解并掌握各类传感器的基本使用方法。（2课时）1、了解传感器对于机器人的意义，尝试安装各类传感器到机器人控制器，通过仿真界面观察各类数据，并能说出这些数据代表的含义。2、使用灰度传感器完成机器人循迹踢球任务。第五阶段：综合应用，完成大型任务“汽车总动员”（7课时）1、使用距离传感器，完成“汽车总动员”之“智能前进”分解任务。2、使用红外传感器完成“汽车总动员”之“捡红外得分物”分解任务。3、掌握子程序的设计方法。4、使用距离传感器完成“汽车总动员”之“坡道飞车”分解任务。5、使用灰度传感器完成“汽车总动员”之“路口转弯”分解任务。6、使用计时模块对“汽车总动员”任务进行计时分段。7、掌握变量的使用方法，并对“汽车总动员”计时分段进行子程序封装，简化程序。五、课程实施 （一）、实施流程学校制定虚拟机器人校本课程纲要教务处、信息发展中心根据课程纲要制定实施内容和评价办法执教教师根据信息发展中心实施计划制定具体课程计划执教教师根据具体课程计划实施课程内容期中教务处调研课程实施情况并组织研讨交流执教教师对学生进行校本课程学习评价学校总结校本课程实施情况（二）、实施建议：以普及教学、精品创新、平台实践为思路，在拓展教育的实施过程中，处理好普及与精品统一的关系，学习与实践展示的关系。1、国家课程与校本课程相结合 在国家课程中利用信息技术课观赏机器人相关视频，渗透机器人相关知识，初步了解机器人技术。校本课程则让学生首先通过校园网“海贝贝乐学超市”中了解虚拟机器人项目，根据兴趣、需求个性化网络选课，然后有效地在每周三的超市课实地学习。最后提供学生网络评价、展示和互动交流的平台，使得虚拟机器人拓展教学有扎实的落脚点。2、普及教育与精品创新相结合 通过学习虚拟机器人拓展课程，使学生了解和初步的掌握虚拟机器人的基本搭建以及编程技能，实现大众普及机器人教育的目的。在此基础上挑选优秀学生开设社团，结合小学生的年龄特点进行更深入地教学实践，在普及中实现创新。3、拓展教育与平台实践相结合 对学生进行机器人教育的目的，除了了解机器人技术，学习掌握一项信息技术技能外，更深远的意义在于通过此类教育让学生贴近科学，探索科学，运用科学。学校可以给学生搭建各类展示的平台，让学生学有所用，使学生更自信，更喜欢信息技术。（三）、教学建议 1、要加强基本原理的学习 任何学习不仅要知其然，还要知其所以然。尽管机器人的学习强调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，特别是针对传感器的工作原理和使用方法上要重点关注，让学生在理解的基础上活学活用，这样才能真正学有所得。2、循序渐进，分层教学针对不同年级段的教学对象，在教学内容的设计上也应该有所区分，循序渐进，符合不同年龄阶段学生的认知规律。同时有针对性的对不同层次的学生进行指导，提出不同层次的要求，让每一位学生都能有所收获，不断进步。3、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，虚拟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。在小学阶段通过虚拟平台组装简易机器人渗透综合设计的方法和思想。同时，通过虚拟机器人平台中的各类任务的达成，让学生从设计、搭建、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。 4、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。可以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，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。 （四）、评价建议1.对课程建设的评价：对课程指导意见、教材、课程资源等进行科学性、有效性评审。2.对课程实施过程的评价：对课程实施的管理进行效益评审。对教师的评价：在实施传承教育中有计划、有进度、有教案、有考勤记录、有学生作品收集、有评价。教务处通过查阅资料、访问等形式对教师进行考核。对学生的评价：根据每个学生参加学习的态度进行评价，设立优秀学员。学生成果通过实践创作、作品鉴定、汇报演出等形式，在各类活动中进行展示。3.对实施效果的评价：对学校课程发展、教师教学能力提高和学生能力等进行效益评审。六、课程的管理（一）、教学管理学校形成“校长室教务处信息发展中心执教教师”四级管理网络，由校长室总体负责课程开发、课程纲要制定，教务处从开发、实施到评价等环节对校本课程进行全程管理。信息发展中心具体安排内容并制定评价办法，执教教师具体实施课程计划。（二）、具体职责 教务处组织校本课程学术团体管理小组负责审阅