在机器人教学中进行创新思维培养的实践和研究.doc

一、课题的提出1、研究背景智能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，蕴涵着极其丰富的教育资源。 1）教育要面向现代化。让智能机器人教育走进学校，开发机器人文化的教育功能和发掘智能机器人的教育价值，对推进教育创新，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，对提高学生的创新和实践能力，同时对我国机器人事业的发展、人才高地的建设，都具有重要的现实意义和战略意义。 2）教育要面向世界。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。要赶超世界教育先进水平，机器人教育必须从小抓起。 3）教育要面向未来。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；机器人的制造与销售将成为一个新的经济增长点。在基础教育领域开展智能机器人教育，是为了让中国今天的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。二、课题的界定及理论基础1、课题的界定1）创新的含义创新（innovation）指现实生活中一切有创造性意义的研究和发明、见解和活动。包括创造、创见、创业等意。2）创新思维能力创新思维能力是一个内涵颇广的概念，想象力和创新思维能力是决定创新能力的基础和关键，所以创新教育应该着眼于这些能力的培养和训练。现代科学技术发展的一个显著特点，就是在高度分化基础之上的高度综合，而传统教育在综合性人才的培养上先天不足，致使学生知识面狭窄，视野不开阔。而创新教育的实施，就是要从“学科为中心”的教育转向“整体化知识”教育，帮助学生突破认识能力的局限性，使他们的创造力得到最大限度的发挥。创新人才善于利用自己丰富的想象大胆设想，并勇于付诸实践。3）创新思维能力的培养人的创新能力，是发散思维与收敛思维协调作用的结果，其中起关键作用的又往往是发散思维。传统教育偏重于收敛思维的训练，使学生的求同性思维非常发达，但在求异性思维方面却很薄弱。所以，创新教育要更多地关注学生发散思维的训练，培养学生从多角度思考问题，这样，才能培养学生的创新能力。此外，提高教师的创新意识和创新能力，是培养学生创新能力的重要保证。心理学研究表明，对于人的创潜力而言，大多数人的创造性未得到充分发挥，只有极少数人的创造性得到了发展，而这极少数人也都具有较强的自我创新意识和创新精神，他的创新潜力很难得到充分发挥。如果教师没有创新意识和创新精神，就很难培养出具有创新意识和精神的学生。为此，要造就创新型人才，教师本身应具备创新意识和必要的创造能力。2、理论基础以皮亚杰为代表的建构主义学习理论认为，知识是个体与环境相互交互作用的过程中逐渐建构的结果。儿童在不断与环境的接触中建构知识和行为策略。在教育教学过程中，学生的学习活动是一个能动的建构过程。在这个建构过程中，一方面学生受个人兴趣、需要以及外部环境的推动表现为主动性和选择性；另一方面受本人原有知识经验、思维方式、情感品质等制约，在对信息的内部加工上表现为独立性和创造性。建构主义学习理论为建构有利于培养学生创新能力和实践能力的新教学模式提供了理论依据。三、研究目标与内容1、理论目标探索出应用现代教育技术提高学生创新能力、实践能力的原则和策略，构建与之相适应的课堂教学模式，丰富和完善学生创新能力、实践能力提高的理论体系。2、教学目标帮助学生掌握科学的学习方法，形成良好的学习创新、参与实践的习惯，学会收集与处理信息，学生创新能力实践能力普遍提高，为其素质的全面发展奠定良好的基础。促使教师教育观念的转变，提高教师运用现代教育技术的水平，教学水平和科研能力普遍提高，并取得一定质量的教育科研成果。四、研究的原则与方法1、研究原则实践性原则。要求实验教师必须深入实验研究中，理论联系实际。在实践教学中获取第一手资料，归纳总结出具有实际意义的经验方法策略。主体性原则。在课题研究中，必须确立以学生为主体的思想，一切途径和方法的归结都必须以此为出发点。教师要尽可能的提供学生实践的机会、动手的机会，教给学生参于实践的原则和方法，培养学生主动参与实践的兴趣与能力，从而让学生在实践中获取更多的知识与能力。创新性原则。教师必须创造性地运用现代信息技术手段，采用与之相适应教学方法，才能达到培养学生实践能力的目的。循序渐进原则。对学生的实践能力，要分层次、分阶段培养；对学生学习过程中自主、合作、探究的能力，要逐步发展。2、研究方法：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。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。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。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。五、研究措施1、加强硬件建设与软件开发管理硬件建设：学校积极筹措资金、充实有关设备。准备购买新机器人器材的资金，为机器人活动添加硬件设备。以此来创设了良好的机器人学习环境，推动机器人教学。软件开发管理：为满足教学的需要，我们要不断丰富图书资料，购置了机器人开发软件。积极开发机器人教学多媒体课件，加快建立多媒体资料库，不断完善教学、科研管理的信息服务功能。同时通过自主编制的校本机器人教材，使学校的机器人课外教学更加规范化，标准化。使学校的机器人特色得以普及，更使广大学生能轻松的步入机器人的世界。2、着力提高教师素质我们着力通过培训、教研、讲座三个环节来提高教师素质。首先是学习。教师对机器人技术的认识决定着机器人教学的成败。因为教师是实验的直接参与者，只有当教师充分认识到机器人技术的价值，对课题研究充满信心并热情投入时，课题研究才能收到良好的效果。为此，我们要加强实验教师的理论学习。首先要抓的是教育观念的更新，我们准备通过学习先进的教学资料，组织教师认真学习相关教育理论和文件。帮助教师从理论上提高对课题实验的必要性、重要性的认识，促进教师进一步树立正确的教育观念，为实验的顺利开展奠定坚实的思想基础。其次是教研。为适应课题研究的需要，我们要进一步开展实验教师专题讨论；开展课外机器人活动的现场观摩，并进行案例分析，积累在实际教学经验，提高教师把机器人技术融入教学实践的能力；组织校内外机器人竞赛活动，使实验教师在相互交流中提高，在实践探索中成长。三是讲座。邀请专家来校讲座，进一步提高课题组成员的理论基础，并请专家进行现场指导，对涌现出的好作法、好经验，及时总结、推广；对发现的问题，面对面地进行指导帮助。调动教师的积极性，确保实验的顺利进行。六、研究内容1、探究教学策略提供丰富学习资源，奠定知识基础我们知道，学生创新能力和实践能力的提高是离不开知识基础的，只有当学生具备足够的知识储备，在面临一些新奇的问题时，才能凭借自己的经验、洞察力及创造力来产生新观点，在一些互不相关的事情之间建立联系，创造性地解决问题。在实践中我们发现，文本教材中的知识呈现方式是静止的，信息是有限的，更有甚者有的知识远离学生生活实际、是抽象的、干巴巴的，学生学习没有兴趣，光凭教师的讲解学生也难于理解。因此，我们积极开发机器人课件，利用代教育技术所具备的集成性和综合性就能克服上述的这些弊端，激发学生学习的积极性和主动性，提高教学的效益，帮助学生熟练掌握和运用知识，起到事半功倍之效率。营造探究环境，诱发创新实践证明，学生的创新能力、实践能力并不是教师教出来的，而是凭借学生自己的经验不断地猜测、联想、探究、体验而形成的。我们对传统教育环境和创新教育环境进行对比：传统教育环境创新教育环境1以教师为中心的教学以学生为中心的教学2单一感官刺激多感官刺激3单一路径行进多路径行进4孤立学习合作学习5信息传递信息交流6被动学习主动/探索/探究性学习7基于事实和知识的学习批判性思维和有见地决策8后摄反应前摄或有计划的行为9孤立的、虚构的情境真实的，现实世界的情境从对比中可以看出：只有为机器人教育营造创新环境才能最大限度挖掘学生的创造潜能。因此，我们应充分发挥现代教育技术的优势，为学生营造探究环境，诱发创新，提高其创新能力。提供展示平台，物化创新在课题实验中，当学生完成探究任务之后，我们就充分利用现代教育技术的优势，通过演示操作、小组竞赛或实物投影，或将机器人探究活动的成果上传到网上等方式将自己或所在团队的机器人研究成果向老师或同学展出，使他们看到自己的创新成果，体验到成功的快乐，获得一种成就感，同时学生的实践能力也得到了提高。2、探究新型课堂教学模式教学模式是在一定教学思想指导下所建立起来的为完成教学任务的比较固定的教学程序及实施方法的策略体系。要培养学生的创新能力和实践能力，就应该建立与之相适应的课堂教学模式。在机器人教育的研究中，我们运用新的教学方法、采用新的教学模式、使用新的教学手段来进行机器人课堂教学，促进了教学思想、教学过程、结构模式的根本变革，让课堂充满生命的活力。经课题组教师的深入研究，探索出能充分体现多维互动思想的教学模式：创设情境问题探究交流验证总结深化。创设情境。在学习过程中，教师应用现代教育技术，创设特定的情境。这特定的情境可以是问题情境，可以是社会、文化、自然情境，也可以是虚拟实验情境，但这个情境必须有利于学生对所学内容的意义建构。我们要求实验教师在创设情境时，将其创新性目标尽可能体现在情境创设之中。学生在认真观察获取感性认识的基础上，提出问题，明确需要探究的方向。问题探究。一、对提出的问题进行猜测或联想进而提出假设；二、搜集支持假设的资料，并适当进行归纳整理；三、独立或合作进行探究；四、形成自己或小组的认识或结论。在问题探究的过程中，应充分发挥现代教育的优势，为学生提供丰富的信息资源，为学生的探究活动提供工具和帮助，为学生物化探究结果提供技术支撑。教师应鼓励学生从资料的收集与分析、假设的提出与验证等方面发扬协作精神，倡导小组成员之间通过会话商讨如何完成探究任务，实现资源共享，于是形成学生主动思考，人人参与，合作探究的场面，充分体现其主体性、参与性、开放性和适度性原则。交流验证。一、汇报个人或小组探究的结果，进行小组或班级交流，交流方式可是口头的，也可以通过操作演示、小组竞赛及实物投影等方式；二、运用多媒体技术展示和验证探究结果，辨析正误。交流验证阶段，要调动学生充分发表自己的意见，彼此间质疑、争辩，让每个学习者的思维成果为整个学习群体所共享，进而得出问题的结论。总结深化。一、对所探究的问题进行小结；二、运用所掌握的知识解决新的问题。心理学研究证明：人的素质只有通过各种活动，经过反复训练才能形成，才能内化到个体素质中。在总结深化阶段教师要帮助学生对当前所学习内容所反映的事物的性质、规律以及事物之间的内在联系达到较深刻的理解，同时设计多样化练习，学生根据自己的特点、兴趣和水平，选择练习内容和进度，可以改变过去多种层次的学生要求整齐划一的弊端，不仅检测了学习效果，也使不同层次的学生都具有成就感。3、探究教学评价体系教学评价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，我们构建了多元评价体系。评价的主要内容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。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。评价模块在课题实验中，我们利用现代教育技术构建了能体现评价内容的评价模块，评价模块从主动参与、情感体验、思考活动、创新能力四个方面对学生的学习过程和结果进行评价，每节课后评价模块将学生自评、互评、教师评价的结果累记下来，这样更有利于学生自己了解自己，准确评价自己的发展过程。七、研究过程设计1、准备阶段：2008年3月2008年6月 制定课题研究方案2、理论学习阶段：2008年9月2009年6月 认真学习方案，制定