新课程背景下开展中学生机器人教育的研究-硕士论文

M A S T E R S T H E 螂 硕士学位论文 新课程背景下开展中学生机器人教育的研究 论文作者 指导教师 学科专业 研究方向 谭焱 彭文辉教授 现代教育技术 中学课堂教学研究 华中师范大学教育信息技术学院 2 0 1 5 年1 1 月 万方数据 R e s e a r c ho nR o b o t T e a c h i n g i n M i d d l eS c h o o li nC u r r i c u l u m i n n o v a t i o n 彳7 功e s 括 S u b m i t t e di nP a r t i a lF u l f i l l m e n to ft h eR e q u i r e m e n t F o rt h em a s t e rD e g r e ei nE d u c a t i o nT e c h n o l o g y B y T a n Y a n P o s t g r a d u a t eP r o g r a m D e p a r t m e n to fI n f o r m a t i o nT e c h n o l o g y C e n t r a lC h i n aN o r m a lU n i v e r s i t y S u p e r v i s o r P e n gW e n h u i A c a d e m i cT i t l e A s s o c i a t ep r o f e s s o r S i g n a t u r e A p p r o v e d N o v e m b e r 2 015 万方数据 华中师范大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明 所呈交的学位论文 是本人在导师指导下 独立进行研究工作 所取得的研究成果 除文中已经标明引用的内容外 本论文不包含任何其他个人或 集体己经发表或撰写过的研究成果 对本文的研究做出贡献的个人和集体 均已在 文中以明确方式标明 本声明的法律结果由本人承担 作者签名 i 鄞焱 日期 沙修年l 月谚日 学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解华中师范大学有关保留 使用学位论文的规定 即 研 究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华中师范大学 学校有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版 允许学位论文被查阅和借阅 学校可以公布学位论文的全部或部分内容 可以允许采用影印 缩印或其它复制手 段保存 汇编学位论文 保密的学位论文在解密后遵守此规定 保密论文注释 本学位论文属于保密 在 年解密后适用本授权书 非保密论文注释 本学位论文不属于保密范围 适用本授权书 作者签名 谚救 作者签名 1 彭锹 a m 沥扩车 f 月耀日 本人已经认真阅读 C A L L S 高校学位论文全文数据库发布章程 同意将本人的 学位论文提交 C A L L S 高校学位论文全文数据库 中全文发布 并可按 章程 中的 规定享受相关权益 回意诠文提变卮澄卮 日主生 日二生 旦三生发壶 作者签名 V 弹蔽 作者签名 肇瞅 日期 珈妤7 J 月骺焉烈翥 日期钾睁7 c 舻 日 吼 哆 过 瑟 名 戳咖 师期 臣J 习 万方数据 摘要 当今社会是一个技术飞速发展的社会 在这个社会中科学技术是第一生产力 谁能够掌握最先进的技术 那么谁就能够在政治 经济 文化等各方面拥有主动的 权利 而机器人就是创新技术的产物 因此在中学阶段开展机器人教育尤为重要 我国的机器人教育起步较晚 针对在中学阶段开展机器人教育方面的研究也较少 作为科技辅导员 笔者认为必须行动起来积极的去尝试 总结在中学生中开展机器 人教育的策略 从而推动中学生中的机器人教育 本文笔者的实验对象为中学生 主要研究新课程背景下如何在中学生中开展机 器人教育 前期在笔者所在的学校的初中A 班的学生和B 班的学生进行了初步的实 验尝试 不断地撰写反思和课堂日志 掌握了一定的机器人教学规律 开发校本课 程在全校范围内进行推广 在进行机器人教学实验中 主要是通过反复的开展机器 人教学和成果监测来完成试验 从而提出策略 推动机器人教学的提升 文章主要 分为五个部分来展开 最终构建模式 提出策略 为中学生中开展机器人教育提供 参考 第一部分主要阐述了在中学开展机器人教育的目的和意义 以及研究的背景 国内外文献综述 研究的设计和实施过程 第二部分主要讲述了在中学阶段开展机器人教学过程中的一些理论基础 如果 要在中学开展机器人教育除了做好前期宣传和校本课程的开发外 还应该积极的争 取领导的支持才能够将机器人教育很好地开展下去 此外 陈述了机器人教育模式 的相关理论知识 并对教学模式进行了探索 结合自身的教学情况提出了符合实际 的教学模式 第三部分主要从八个方面讲述了开展机器人教育的策略 比如成立社团培养 学生的兴趣 开设课程 普及全校学生的机器人相关知识 参加各类机器人竞赛激 发学生的学习热情 制作机器人教学的微课 让学生能够在课后预习 巩固机器人 教学中的重难点知识等 第四部分主要结合开展机器人教学中所提出的教学模式和教学策略选取了两 个类型课例进行展示 实例一 初识机器人 主要侧重的是机器人常规教学方面的 内容 实例二 机器人综合技能 主要是侧重让学生参加比赛时的教学策略 进而 从不同的角度介绍机器人教学 万方数据 第五部分指出了在中学阶段开展机器人教育中可能会遇到的困惑 首先没有专 门开设机器人课程 从而导致了学生没有足够的时间去学习机器人的相关知识 其 次是资金问题 在开展机器人教育过程中涉及到很多的人力和物力 然而这些在高 考学科面前显得苍白无力 还有最为重要的师资问题 没有专业的教师和教师团队 让在中学阶段开展机器人教学受到了限制等这一系列问题都有待解决 文章最后笔 者对开展机器人教育的发展方向进行了展望 希望机器人教学能够开展的更好 总之 本文笔者通过在开展机器人教育中发现的问题 从而解决问题 得出结 论 并对开展机器人教育中可能遇到问题进行概括 笔者根据这些问题 提出在新 课程背景下行之有效的解决策略 能够帮助中学的科技工作者开展中学生机器人教 育 最后能够为新课程背景下提升中学生机器人教育尽绵薄之力 关键词 新课改 中学生 机器人 教学 策略 1 1 万方数据 A b s t r a c t N o w a d a y s t h ew h o l es o c i e t ya d v a n c e s l i mm g I l l y d e v e l o p i n gt e c h n o l o g y T h u s s c i e n c ea n dt e c h n o l o g yp l a y sak e yr o l ei nt h ec o m p e t i t i o n i nw h i c ht h eo n ew h oh a v e m a s t e r e dt h em o s ta d v a n c e dt e c h n o l o g yw i l lo w nt h ea d v a n t a g e si nm a n ya s p e c t s s u c h a sp o l i t i c s e c o n o m y a n dc u l t u r e T od r a wac o n c l u s i o n t h ee d u c a t i o na b o u tr o b o t t e c h n o l o g ym u s tb es e r v e df r o mt h es c h o o lt i m e A sas c i e n c ea n dt e c h n o l o g yc o u n s e l l o r t h ew r i t e rf i r m l yh o l d st h ev i e wt h a ta c t i o n ss h o u l db et a k e na to n c et oe x p l o r et h e s t r a t e g i e so fr o b o te d u c a t i o np o s i t i v e l ya n dp r o m o t et h ef u r t h e rd e v e l o p m e n to f i t I nt h ee x p e r i m e n t t h ew r i t e rc h o o s e sm i d d l es c h o o ls t u d e n t sa st h ef o c u so fs t u d y m a i n l yt od oam s e a r c ha b o u th o wt op r o m o t et h ee d u c a t i o na b o u tr o b o tt e c h n o l o g y D u r i n gt h ef o r m e rp e r i o d t h ew r i t e rc o n s t a n t l yp u td o w nt h er e f l e c t i o n sa n dd a i l yr e c o r d a b o u tc l a s s c o m p a r i n gt w oj u n i o rh i 曲s c h o o lc l a s s e s Aa n dB I nt h em e a n w h i l e t h e w r i t e rh a sac e r t a i nc o m m a n do ft h en a t u r eo fr o b o te d u c a t i o nt od e v e l o ps c h o o l b a s e d c u r r i c u l u m a n dd u r i n gt h ee x p e r i m e n t t h ew r i t e rh a sb e e nm o n i t o r i n gt h et e a c h i n g a c h i e v e m e n t s T h r o u g ht h ec o m b i n a t i o no fs t u d ym e t h o d sa b o v e t h i se s s a yi so fg r e a t b e n e f i tt op r o m o t i n gt h ef u r t h e rd e v e l o p m e n to fr o b o te d u c a t i o n A n dt h i se s s a yC a nb e m a i n l yd i v i d e df i v ec h a p t e r sa sf o l l o w s C h a p t e ro n ei sf o c u s e do ns t a t i n gt h ea i m sa n ds i g n i f i c a n c eo fd e v e l o p i n gr o b o t e d u c a t i o n t h eb a c k g r o u n do fr e s e a r c h l i t e r a t u r er e v i e w d e s i g na n dc a r r y i n go u to f r e s e a r c h C h a p t e rt w oi sa i m e d a t p r e s e n t i n gs o m et h e o r e t i c a lb a s e sd u r i n g t h er o b o t e d u c a t i o n D e s i r i n gt oo w nab e t t e rc a r r y i n go u t w en e e dt oc o n d u c tp r o p a g a n d aa n d d e v e l o ps c h o o l b a s e dc u r r i c u l u m B e s i d e s i t sn e c e s s a r yt ow i no v e rt h es u p p o r tf r o m t h es c h o o lm a s t e r s W h a t Sm o r e t h i se s s a yp e r f o r m sap r i m a r ye x p l o r a t i o na b o u tt h e e d u c a t i o np a t t e r n s w h i c hC a nb e s tm a t c ht h ep r a c t i c a lt e a c h i n g C h a p t e rt h r e ec o n t a i n st h es t r a t e g i e so fr o b o te d u c a t i o no ne i g h ta s p e c t s s u c ha s o r g a n i z i n gs o m ea s s o c i a t i o n st oa r o u s es t u d e n t s i n t e r e s t s p r o m o t i n gc e r t a i nc u r r i c u l u m p o p u l a r i z i n gt h ek n o w l e d g ea b o u tr o b o tt h r o u g h o u tt h ec a m p u s j o i n i n gi nv a r i o u sm a t c h r e l a t e dt or o b o t r e c o r d i n gp r a c t i c a lt e a c h i n g a s k i n gt h es t u d e n t st or e v i e wa n dm a s t e r I I l 万方数据 s o m ei m p o r t a n to rd i f f i c u l tk n o w l e d g ea f t e rc l a s s C h a p t e rf o u rs h o w st w ok i n d so fl e s s o nt y p e s c o n s u l t i n gt h et e a c h i n gs t r a t e g i e s a b o u tr o b o te d u c a t i o n T y p eo n e C o g n i z i n gt h eR o b o t f o c u s e so nt h ed a i l yr o b o t k n o w l e d g et e a c h i n g a n dt y p et w o m eC o m p r e h e n s i v eS b l l si nR o b o tE d u c a t i o n l a y p a r t i c u l a re m p h a s i so nt e a c h i n gs t r a t e g i e si nt h em a t c hf o rt h es t u d e n t s C h a p t e rf i v ep o i n t so u ts o m ed i f f i c u l t i e s i nt h er o b o te d u c a t i o n S u c ha sh a v i n g l i m i t e dt e a c h i n gt i m e b e i n gl a c k i n gi ni n d e p e n d e n tc o u r s e s f u n ds h o r t a g e p r o f e s s i o n a l t e a c h e r s a b s e n c e A m o n gt h o s ep r o b l e m s f u n ds h o r t a g em a k e st h ec o n d u c t o r sh a v el i m i t e dm o n e y a n da u t h o r i t a t i v et e a c h e r st op e r f o r mb e t t e rr o b o te d u c a t i o n T h e n t h ep r o f e s s i o n a l t e a c h e r s a b s e n c el i m i t st h ef u r t h e rd e v e l o p m e n to fr o b o te d u c a t i o n T h e r e f o r e i nt h el a s t p a r t w r i t e rf o r e c a s tt h ef u t u r eo fr o b o te d u c a t i o n s t a r v i n gf o rab r i g h t f u t u r e T os u m m a r i z e w r i t e ri sa i m e da tf i n d i n go u ta n dd e a l i n g i mt h ep r o b l e m sd u r i n g t h ed e v e l o p m e n to fr o b o te d u c a t i o n W i t I lt h eg o i n go fN e wC u r r i c u l u mR e f o r m t h e r e s e a r c h e r sa r el i k e l yt oc o m ea c r o s sm a n yd i f f i c u l t i e sa n db ya n a l y z i n ga l lt h ep r o b l e m s w r i t e rp r o v i d e sas e r i e so fe f f e c t i v es t r a t e g i e st oh e l pt h et e a c h e r sp e r f o r mab e t t e rr o b o t e d u c a t i o n K e y w o r d s N e wC u r r i c u l u mR e f o r m M i d d l eS c h o o lS t u d e n t s R o b o t E d u c a t i o n S t r a t e g y I V 万方数据 硕士学位论文 M A S T E R ST H E S I S 摘要 目录 A b s t r a c t H I 弓l言 1 1 绪论 1 1 新课程背景下开展机器人教育的目的及意义 2 1 2 研究综述 3 1 2 1 国外研究现状 3 1 2 2 国内研究现状 3 1 3 新课程背景下重庆市开展机器入教育研究现状 5 1 4 研究的设计和实施过程 6 2 新课程背景下开展中学生机器入教育的模式探究 7 2 1 开展机器人教育的基本条件 7 2 2 新课程背景下开展机器人教育的教学模式详述 7 2 3 基于任务的中学生机器人教育的教学模式分析 9 2 3 1 创境设问 布置任务目标生成 1 0 2 3 2 自主探究 完成任务目标达成 1 0 2 3 3 合作探究 攻破任务目标深化 1 0 2 3 4 交流评价 展示成果目标巩固 l1 3 新课程背景下开展机器人教育的策略 1 2 3 1 成立机器人社团 培养学生的兴趣 一1 3 3 2 开设课程 普及学生的知识 一1 3 3 3 开发校本课程 因材施教 1 4 3 4 重视教师再深造 打造专业的教师团队 1 6 3 5 参加各类竞赛 学生兴趣再激发 一1 6 3 6 制定评价机制 有效掌握学生情况 1 7 3 7 贯彻区内 学本式 卓越课堂理念 制作学习导学单 1 9 3 8 制作微课 实现机器人课堂教学的翻转 一2 0 4 开展机器人教育教学实例设计 2 2 万方数据 4 1 实例一 一2 2 4 2 实例二 2 8 5 总结与展望 5 1 开展机器人教育中遇到的问题 3 6 5 2 开展机器人教育的发展方向 3 7 参考文献 在校期间发表的论文 科研成果 4 0 致谢 万方数据 引言 本文研究的主要内容是对在新课程背景下开展中学生机器人教育中可能出现 的问题进行解决 从而提出相应的教学模式和开展机器人教育中所应用的教学策 略 众所周知 在当前考试为先的情况下 在中学阶段开展机器人教育可谓是困难 重重 除了不被学校重视之外 家长也并不是很支持 再加上学生对机器人的知识 知之甚少 大多都会出现畏难情绪 这给在中学阶段开展机器人教育造成了很大的 阻力 笔者所在学校是本区科技特色学校 科技特色较为鲜明 因此校长相对来说 比较重视机器人教育的 但是由于笔者所在学校并没有专业的科技辅导教师 他们 并没有接受过专业的培训 在开展初期遇到了很多的问题 如辅导时间不够 学生 参与度不高 机器人教育不能形成很好的体系等 最后通过团队不断地尝试和改进 比如通过将机器人课程融入到信息技术课程中普及学生的知识 通过在学生中开展 机器人社团吸引感兴趣的学生加入到社团中 通过在科技周开展宣传 科技大篷车 进校园等活动努力的宣传我校的科技特色 甚至以招收科技特长生的方式吸纳优秀 的学生 这些努力和尝试最后将机器人教育由一般的感兴趣到最后的普及 笔者从 中不断地总结 反思 概括 形成了在中学阶段开展机器人教学的一般策略 为机 器人教育献计献策 万方数据 1 绪论 1 1 新课程背景下开展机器人教育的目的及意义 新课程改革的三大理念 国际视野与中国特色 课程的继承与创新 注重营造 一种新的课程文化 在这其中就要求我们的教育既与国际接轨 又要能够很好地培 养学生的创新意识 而机器人本身就是创新的产物 它在创新教育上能够提供一个 良好的平台 机器人教育的创新性 实践性能够较好地培养学生创造新事物的一种 意识和对新事物的探索的综合能力 新课程背景下在中学阶段开展机器人教育对学生的意义是非常深远的 它不仅 对学生一生的发展 同时对中学生综合能力的提升也起着举足轻重的作用 首先 学生在对机器人的学习和操作的过程中不仅动手实践能力提升了 其思维也开阔 了 解决实际问题的能力也大大的提高 最终自己的信息素养也提高了 其次 在 中学阶段开展机器人教育让学生明白一定的人生道理 学生在通过搭建机器人完成 相关任务的过程中 需要不断地尝试和摸索 这是一个相对漫长的过程 学生在这 个不断遇到问题 解决问题的过程中自己的意志和毅力也得到了磨练 让他们明白 遇到问题不要怕 只要勇于去解决 去克服最后战胜问题取得最后的胜利 再次 机器人教育科研培养学生的协作能力和团队合作的精神 机器人活动不是某一个个 体的活动 大部分机器人项目都需要两个甚至更多的成员共同合作完成 同学们组 成一个团队共同的去探索遇到的问题 最后解决问题 而在这过程中可以锻炼组员 之间的互帮互助以及协作能力 共同完成任务 最后 让同学们树立科学的人生观 和价值观 学生们在机器人探索的时候更加的了解科学技术的知识 从而激发他们 对科学的热爱和学习 追求科学的热情 提升他们的科技素养 目前 机器人教育逐步成为教育中不可缺少的部分 目前它主要分为两类 一 类是机器入课程 它从社会角度出发 推动教育的不断创新 促进教育的现代化 从教师的角度出发 能有效的促进机器人教师专业技能的提升 从学生角度出发 能够增强学生的动手实践能力同时提升学生的创新精神 除此之外 还有一类机器 人教育是以独立活动形式开设的 即有点类似于机器人社团的形式 没有单独的课 程 学生只要在规定的时间完成布置规定的任务即可 大部分是根据学生的需要和 兴趣来开展的 2 万方数据 1 2 研究综述 1 2 1 国外研究现状 在国外 机器人教育很早就已经被提及了 美国1 9 9 4 年的时候 设计和建 造L E G O 机器人 课堂 M a r t i n 就已经被美国麻省理工学院 M I T 设立 这是 机器人课程进入到大学课堂的一个标志 美国的机器人课程主要提供了两种类型的 机器人课堂 一种是以课程的形式贯穿于整学期 另一种是课堂之外的形式 除此 之外还有一种形式是以机器人为中心内容开展的夏令营的形式 它是由美国基础教 育领域提出的 而他们大多都是由机器人零件的生产商来推动活动的开展 相对于美国日本对于机器人发展的提及要稍微晚一些 但是日本作为后起之秀 在机器人产业方面己经赶超了很多科技比较发达的国家 而这一成果得益于他们从 一开始就对机器人教育 以及全民机器人文化的提升的高度重视 在这个国家不仅 大学里面设置有机器人教学课程 同时其他的学习阶段有较为专业的团队会定期根 据需要面向不同层次的国民举行机器人的设计 制作的赛事 从而提高全民的科技 素养 这个赛事涉及的范围很广不仅有高水平的比赛 而且有一些较为简单适合中 小学生以及社区民众参加的比赛 笔者查阅资料整理发现 在国外机器人教育入课堂主要是在大学阶段才开始 的 美国的教师对大学生的机器人教育的内容主要是注重培养学生的信息处理能力 和对科学技术的感知力 日本的机器人教育虽然基本上在每个学段已经普及 他们 根据学习对象认知水平的不同开设不同的课程 普及机器人教育提升全民的科学素 养 但是他们并没有系统的去总结和概括有关机器人教育的策略和模式 因此研究 新课程背景下在中学阶段开展机器人教育是一个很好的切入点 1 2 2 国内研究现状 机器人教育陆续在全球不断燃起星星之火 激发着我国机器人教育的崛起 促 进我国机器人教育的不断发展 我国于两千年初颁布的 普通高中技术课程 实验 标准 中提出在 通用技术 科目中设立简易的机器人制作模块 同时将 人工智 能初步 这一教学内容也加入到高中信息技术的选修板块中 从此机器人教育正式 进入我国的中学生课堂中 这一举措表明我们在机器人教育道路上又前进了一步 机器人教育的内容已经融入到我国的 信息技术 综合实践 和 通用技术 等课程 这让大家进一步的认识到机器人的教育作用 对机器人教育越发重视起来 但是 由于我国高考这个指挥棒的影响 机器人教育仍然处在参加比赛等一些对学 万方数据 硕士学位论文 M A S T E R ST H E S l S 生具有实际作用的阶段上 教师仅仅重视技术的讲解 并没有关注学生思维方式的 培养 这就偏离了我们开展机器人教育的初衷 虽然机器人教育在我国已经陆续的发展起来 但是它们的发展并没有涉及到如 何去教学好机器人 而大多作为一个兴趣或者一门选修课在开展 下面笔者在中国 期刊的硕士论文数据库中进行了有关的文献查阅 截止2 0 1 5 年1 月 以 关键词 作为搜索范围 如文献参考表1 1 所示 表1 1 文献参考表 关键词 数据库 机器人教育机器人教学教育机器人 中国期刊全文数 据库 1 9 72 3 41 0 4 中国优秀硕士论 文数据库 1 381 6 中国优秀博士论 文数据库 212 共计 2 1 2 2 4 31 2 2 由表1 1 可知 在我国虽然与机器人教育教学方面的论文有上百篇 但关于机 器人教育硕士博士论文一共仅1 5 篇 其中 硕士论文研究的内容主要针对机器人 教育的模式探究和分析 开展机器人教学的课程设计等进行研究 而博士论文则更 甚 它主要研究内容如基于物联网 基于平台的机器人教育的研究 其方向主要是 智能机器人方向 对中学阶段的机器人教育的研究甚少 笔者查阅资料整理发现 我国对于机器人教育的研究主要包括以下的几个方 面 第一 关于在中学阶段开展机器人教育的现状研究 其研究的主要方向是了解 目前我国开展机器教育的情况 开展机器人教育遇到的困难等进行调查研究 第二 关于在中学阶段开展机器人教育的价值研究 曾繁均老师就发表了 中学生开展机 器人教育的意义 重点阐述了开展机器人教育的价值和重要性 第三 关于对参与 机器人比赛的研究 主要是针对目前的一些比赛项目作具体的指导 第四 关于机 器人教育资源建设的研究 比如学习平台 学习团队等等 由此可知 其对机器人教学内容 教学模式 教学策略 教学设计等研究还有 待充实和深入的进行探索 本文笔者以学校是科技特色学校的优势 以自身的机器 4 万方数据 人教学并结合成功的科技教育工作者的经验进行汇总 形成新课程背景下开展机器 入教育的教学模式 教学策略和教学设计 1 3 新课程背景下重庆市开展机器人教育研究现状 我国于2 0 0 3 年4 月正式颁布 普通高中技术课程 实验 标准 中提出在 通 用技术 科目中设立简易的机器人制作模块 同时将 人工智能初步 这一教学内 容也加入到高中信息技术的选修板块中 但是由于目前中学机器人教育不受重视的 客观因素 专业教师的欠缺 导致了重庆市的很多学校机器人课程开展情况不是很 顺利 很多学生都是只能在参加比赛的时候接触到相关机器入的内容 平时主要都 是以主科教学课程为主 根据笔者的调查 目前重庆市开设的机器人课程的学校相 对较少的 他们大多都是以机器人社团活动的形式存在 学生们通过自己的兴趣爱 好选择报名自己感兴趣的项目最后参加比赛 因此笔者所在的地区开展机器人教育 仍困难重重具体有以下的几点困难 首先 有关机器入教育的教学内容只存在于选 修课中 然而目前该选修模块并没有开设 很多学校高二信息技术课已经被通用技 术课所代替 并且该课程在通用技术课程中同样是处于选修模块 并没有作为必修 内容进行普及 其次 缺乏专业的师资 据调查重庆市除了一些较好的市级直属学 校有专门的科技辅导员之外 绝大部分学校都是其他学科教师兼职科技辅导员 最 后 机器人教育的教学经验欠缺 正因为没有专业的科技辅导员教师 导致了智能 机器人相关教学经验的参考较少 没有一个明确的方向 教学目标和教学重难点的 把握也较为模糊 以上的因素都阻碍了机器人教育在中学生中的长远发展 比较欣 慰的是 教育主管部门意识到当前时代开展机器人教育的重要性 通过各种方式来 促进学校开展机器人教育 如重庆市的 市长奖 市长提名奖 的条件就是要 求学生必须要参加科技活动且取得突出的成绩 市科协授牌科技工作开展积极的学 校为科技特色学校 如笔者所在学校就是重庆市科技特色学校之一 另外每年一度 的科技论文比赛等都是在提升大家对机器人教育的重视程度 这些举措都将带领我 们在机器人教育的阶梯上越爬越高 笔者所在学校也属于重庆市的科技特色学校 因此校领导相对来说比较重视 考虑到这一点笔者所在教研组除了积极的开展各项科技活动外 还积极合作开发出 校本课程 探索新课程背景下机器人教育的研究 让机器人教育深入到每个学生 校本课程的开发不仅可以发掘有机器人这方面潜能的学生 同时可以普及学生机器 人知识 激发学生的创新意识 万方数据 硕士学位论文 M A S T E R ST H E S I S 1 4 研究的设计和实施过程 1 研究目标 笔者作为一名信息技术教师同时也兼任科技辅导员 在开展科技教育的过程中 遇到了一些问题 这些问题激发了笔者对在中学阶段开展机器人教育的思考 通过 在教学中不断地尝试和实践 总结在中学阶段开展机器人教育的策略 通过在不同 领域如课堂和辅导学生竞赛等方面进行不断地探索 寻求开展机器人教育的基本模 式 从而实现理论与实践的结合 为中学阶段开展机器人教育献计献策 2 研究内容 a 论述新课程背景下在中学阶段开展机器人教育的理论基础和价值 b 在实际的教学中探索新课程背景下开展机器人教育的策略 对案例进行详 细的分析 c 总结归纳实践经验 探索中学阶段开展机器人教育的基本模式 并对模式 进行具体的介绍和分析 3 研究方法 笔者主要采用了实证研究法 在研究的准备阶段主要是文献研究法 学习相关 的机器人教育的知识进行知识储备 研究的中期主要采用课堂实验法和反复总结 法 最后采用了行动研究法和归纳总结法 4 研究过程 a 准备阶段 查看相关的文献资料 了解在中学阶段开展机器人教育的背景意义 走访有关 的单位 了解新课程背景下在中学阶段开展机器人教育的情况和现状 同时认真的 学习和了解研究中学阶段开展机器人教育的理论知识和现实意义 b 实施阶段 依托笔者所在学校的机器人教育 同时结合所在区域信息中心的相关老师的指 导 开展机器人教育的教学实践 通过不断地教学实践了解在中学开展机器人教育 的特点和困难 合理安排教学计划开展教学 从中不断地反思和撰写教学日志 总 结在中学阶段开展机器人教育的模式和策略 c 总结阶段 整理并且分析在准备阶段中所收集的资料 同时将实施阶段中所获得的策略进 行整理和提炼 做好论文的资料储备准备撰写论文 6 万方数据 2 新课程背景下开展中学生机器人教育的模式探究 2 1 开展机器人教育的基本条件 作为非高考学科的机器人教育 在中学阶段开展起来困难重重 如得不到学校 领导的重视 资金匮乏 师资力量不足等 考虑到有这些种种的困难 想要很好地 在中学阶段开展机器人教育我们就必须做好准备 第一 做好前期的宣传 这个宣传除了在校园内部进行宣传 还应该去到周边 的社区 街道 学生 学校的教师大会进行宣传 在街道宣传是为了让大家从意识 上就接受机器人教育 了解机器人教育的目的和意义 在学校宣传 让学生对机器 人有充分的了解 提升学生对机器人的学习兴趣和学习热情 为以后的教学做铺垫 在教师大会中做宣传 主要是为了让其他学科的老师了解机器人教育更有利于以后 开展机器人课程 第二 开发具有本校特色的机器人课程 当前还没有统一的机器人教育教学的 教学大纲和指导思想 校本课程的开发不仅能够让每一个学生都具有高度的自主 性 独立性和创造性 同时给学生一个自由发展的空间 校本课程内容的呈现形式 多样内容丰富 教师在开发校本课程的同时深入了解学生的需求和教学需求 不仅 增强了教师的课程意识和开发能力 同时教师在完善教师知识结构的同时能够增强 教师之间的合作意识 提升教师的自身素养 第三 争取学校政策的支持 基于我国教育的现实状况 机器人教育在教学中 并不是衡量学生成绩的标准 因此相对于其他的学科来说重视程度也较为薄弱 所 以 争取领导的支持 除了能够让老师能够大展才华外 同时也能够获得更多的资 金的支持 购买更多的机器人设备供教学所用 2 2 新课程背景下开展机器人教育的教学模式详述 教学模式是基于相关的教学的思想以及教学的理论知识而构建起来的整体教 学结构框架和教学活动的程序 教学模式作为教学的整体框架的意义 在于突显教 学模式中课堂的整体和课堂每个小环节之间的联系和作用 教学模式能够有序的进 行以及它的移植性好则是活动程序的功劳 陋1 教学模式的形成方式主要有两种 一种是在一定的教学思想和理论指导下进行 万方数据 硕士学位论文 M A S T E R ST H E S I S 教学工作 为了更好的实现一定的教学目标 一线教师经过经验总结 通过一定简 化和抽象形成的教学模式 一种是在一定的教学思想和理论指导下 为实现一定教 学目标 通过假设 证实 演绎形成的教学模式 教学模式中有一些典型的特点 比如以学生为主体的教学模式 以人为本的生本的教学模式 情景教学模式等 所 有教学模式都是为围绕完成某个教学目标来设计 教学目标是教学模式的中心 教 学模式的其他因素都应围绕教学目标来制定 教学目标是评价教学好坏的标准 师 生的组合关系和教学模式的可操作性都是由教学目标来决定 基于教学目标和教学 模式的组成关系 所以决定了教学模式的多样性 但任何教学模式都是为达成某个 教学目标而设计 新课程背景下想要机器人教学在中学教育中引来可持续的发展 就必须要求学 校的机器人教学能够和其他学科一样有序的进行发展 如有专门的辅导教师 专项 的经费进行补给 另外还有一定的考核制度等 而这些就激发我们应该为机器人教 学的开展构建一套行之有效的教学模式 笔者通过自己平时工作中的总结以及教研 组老师的共同探讨 构建出了一套机器人教学模式 主要从个别逐渐的推广 最后 到普及 该模式可以从不同的角度进行考量 总体来说从学生角度就是一个 点 线 面 相结合 从教学的角度基本是基于任务的探究式教学 合作学习相结合模式即 合作探究式的模式 以学生问题解决为重心的 注重学生的自身的探索问题 并通 过小组合作取得最佳成绩的基于任务的教育模式 基于 任务 的探究性教学模式 指在教学过程中 要求学生在教师指导下 将教师分配下来的任务通过自学知识 探究问题 合作学习的学习方式对所学课程的知识点进行逐一学习 通过这一教学 模式的开展较好地实现知识与技能目标以及情感态度价值观目标 基于任务的 合 作探究式 教学模式的构建以新课程理念为指导 以任务激发学生兴趣为前提 通 过完成任务促进学生发展为最终目标 充分体现了教学的过程性 探究性和创新性 过程性主要体现在 注重学生在学习新知识的过程中其能力的培养 创新性主要体 现在其目标是以培养学生的创新意识和创新精神为主 而探究性主要表现在学生自 己探索以及合作探索的过程中去提出 分析 解决相关问题 最终激发学生学习机 器人的热情 使学生掌握机器人学习中的一些策略和技巧 H 1 具体理论依据是在2 0 0 8 年国务院颁布的 国家九年义务教育课程综合实践活 动指导纲要 中 提出初中信息技术教育关于机器人教育的有关目标是 学生能 够在设计 制作机器人的过程中 以机器人作为依托利用程序去控制机器人从而解 决相关问题的过程 晦1 同时很多的心里学家和教育学家也提倡因材施教 他么指 万方数据 硕士学位论文 M A S r E R ST H E S l S 出 给学生足够的学习时间 使他们获得科学的学习方法 通过他们自己的刻苦 努力 掌握学习内容 不同的学生需要用不同的方法去教 不同的学生对不同 的教学内容保持注意力的时间长短不同 从上述的理论知识 我们可以了解在新课程背景下在中学阶段开展机器人人教 育首先要以兴趣出发点 学生为主体 教师为主导螺旋式的展开教学 让学生能够 进入到机器人世界中 然后根据相应的任务 带动周边的同学让他们也感受到机器 人的奥妙 最后通过参加机器人各种比赛来检验自己的学习成果 笔者通过教学反 复尝试教学和修改 构建了如下的教学模式 具体的教学模式图如下图2 1 教师 主导 剑境途回 设计 握出任务i 却迟速选 k 毒j 毒二 0 孟二蛐 避 县 塑 丽j 趟 图2 1 教学模式图 2 3 基于任务的中学生机器人教育的教学模式分析 蕊稳 的反 i 馈交 藏和 i 浔争铸熏i 在整个机器人教育的过程中所采用的模式都是基于任务的合作探究机器人教 育模式 基于任务合作探究教学模式也就是以机器人完成不同的任务为依托 小组 成员通过合作探究完成任务的小组学习方法 基于任务的教学模式有以下特点 首 先 他主要是以机器人完成任务作为依托 让学生在完成任务的同时能够给以学生 安全感和自信心 根据学生完成任务的情况教师不仅能够很好地把握学生的任务的 理解程度和掌握程度 其次 我们的机器人教育最初是以社团的形式呈现的 因此 就要求学生利用更多的课余时间去解决任务 这不仅大大促进了学生学习习惯的养 成 同时学生在课后相互之间进行探索和思考加大了教师的管理难度 最后 基于 任务的合作探究教学模式让学生通过自己的思考和与同伴交流大大增加了每个人 的实践机会和表达自己想法的机会 这对提高学生的学习积极性提升他们的能力有 极大的帮助 在现代社会的背景下利用合作探究的方式进行教学对于培养学生的素 9 万方数据 硕士学位论文 M A S T E R ST H E S I S 质 具有不可低估的作用 笔者在教学过程中由点及线再到面让学生在完成任务过 程中获得最大的收获 基于任务的合作探究模式由四个部分构成 创境设问 布置 任务目标生成 自主探究 完成任务目标达成 合作探究 攻破任务目标深化 交 流评价 展示成果目标巩固 分析如下 2 3 1 创境设问 布置任务目标生成 在这个环节里面教师先通过一些手段如播放切合主题的视频 设置游戏等 创 设情境激发学生的学习热情和学习兴趣 并根据情境自然而然的提出所设计的任务 将设计的任务提出来布置给学生进而达到教学目标的生成 比如在上机器人的初识 课的时候 很多学生都对机器人非常的生疏 我们可以创设情境 如播放视频让学 生了解各类机器人的形态或展示生活中常见的机器人 让学生从感官上认识机器 人 让学生知道其实机器人离我们并不遥远 从而拉近学生与机器人之间的距离 或者我们可以事先搭建一个简易的机器人小车当场完成相应的任务 让学生去认识 到实体机器人 从而降低学生的畏难情绪 2 3 2 自主探究 完成任务目标达成 在第一个环节里面教师设计任务并布置任务之后 学生已经初步的了解整个任 务的要求 就可以开始进行初步任务的探索了 比如在搭建一个机器人小车的任务 上 学生这个时候可以进行每个零件的学习 了解每个零件的用途从而为后续的任 务打下基础 又或者在初识机器人这个任务中学生可以自己去体验机器人小车 对 小车的整个任务进行拆分去完成各项任务 并且将在完成任务过程中比较复杂的问 题记录下来稍后进行解决 老师在这个环节主要是起到一个引导的作用 引导学生 如何去分解任务 完成任务从而达成目标 整个过程中同学们通过学习知识并完成 任务 从而提高他们的动手能力 开拓思维 经历了发现问题 解决问题的过程增 强了他们克服困难的过程 2 3 3 合作探究 攻破任务目标深化 在通过自主探究之后 教师进一步布置相对较难的任务从而深化目标 让学生 通过小组成员一起合作完成任务突破教学的重难点 在这个过程中教师主要发挥主 导作用 学生在这个环节的主体作用得到体现 充分发挥学生的主观能动性 利用 小组合作的优势解决问题 掌握科学的学习方法和团队合作技巧 同时培养学生合 作学习能力 提高学生的创造性 自觉性 独立性 主动性 使学生从单一 被动 1 0 万方数据 无趣的死板课堂中得以解放 从而养成主动学习 快乐学习 学以致用的学习习惯 让学生得以更加全面的发展 比如机器人综合技能项目上就特别看重学生的合作探 究 每一个任务都需要学生合作来完成 教师在这个过程中就动态的监控教学过程 及时的了解学生对任务的完成情况和知道学生对知识的掌握程度 记录 下载监控 学生在完成任务过程中学生遇到的普遍较难的问题 从而在后续