以智能机器人教学为平台.doc

以“智能机器人”教学为平台 ?D培养学生分析与解决问题的能力西城区教育研修学院现代教育技术中心朱慧西城区自忠小学陈长鑫内容摘要：信息技术不同于其它学科，它是需要同时培养小学生的形象思维能力和抽象思维能力，并将抽象思维渗透于形象思维之中，在生动的教学过程中提高学生的素质。由于智能机器人能动、能唱、能发光，还能够在程序的操控下执行一些较为复杂的动作，非常容易引起学生的兴趣，这样就给我们提供了一个信息技术教学的新思路：我们可以利用智能机器人这个平台，由兴趣入手，逐渐深入，使学生了解机器人为什么能够看到光线、听到声音，能够行走，进而让学生自己用自己编写的软件程序操控机器人。在这个过程中学生用眼、用耳、用脑、动手，可以发挥最大效能来进行学习，一方面可以学到了知识，另一方面还可以提高分析问题和解决问题的能力。主题词：智能机器人 分析问题 解决问题 以“智能机器人”教学为平台 -培养学生分析与解决问题的能力一、问题的提出随着科学技术的迅猛发展，信息技术已经成为在各个行业都发挥着无可替代的重要作用。为了使学生能够适应未来科技发展的要求，真正成为“第一生产力”的生力军，在小学阶段高科技的教育是必不可少的，作为高科技的一个重要组成部分，信息技术教学愈发凸现重要。信息技术不同于其它学科，它是需要同时培养小学生的形象思维能力和抽象思维能力，并将抽象思维渗透于形象思维之中，在生动的教学过程中提高学生的素质。心理学研究表明,当人对某一事物发生兴趣时认识就快，如果毫无兴趣,认识就慢或者不予接受。若想激发创新性,就必须首先激发学生的学习兴趣。那么学生的兴趣从何而来呢?苏霍姆林斯基曾说过:“兴趣”的源泉在于体会到智慧能统帅事实和现实,人的内心里有一种根深蒂固需要一一总要感到自己是发现者、研究者、探索者。在儿童的世界中,这种需要特别强烈。“兴趣”是一种推动学生学习的内在动力,它激发了学生强烈的求知欲望,从而为创新性的产生奠定基础。在学生最初接触机器人课程的时候会把机器人当作一个玩具，兴趣非常高。但是随着教学的逐步深入，问题逐渐复杂，学生解决问题的能力就凸现不足。有一部分同学尽管没有能够将问题最终解决，但还能够积极思考解决问题；另一部分同学则不愿再动脑思考，而是在等同学的研究结果或老师给出的答案。这样非常不利于培养学生分析问题解决问题的能力，会使学生出现进行性的负面分化，思维受到压抑。这完全是与素质教育的要求背道而驰的。由于智能机器人能动、能唱、能发光，还能够在程序的操控下执行一些较为复杂的动作，非常容易引起学生的兴趣，这样就给我们提供了一个信息技术教学的新思路：我们可以利用智能机器人这个平台，由兴趣入手，逐渐深入，使学生了解机器人为什么能够看到光线、听到声音，能够行走，进而让学生自己用自己编写的软件程序操控机器人。在这个过程中学生用眼、用耳、用脑、动手，可以发挥最大效能来进行学习，一方面可以学到了知识，另一方面还可以提高分析问题和解决问题的能力。所以，我们选用“智能机器人”作为信息技术教学的一个重要平台。二、课题实施过程1、制定课题实施目标l 通过一段时间的训练，学生能够在编写程序时，根据具体情况提出有价值的问题。l 学生遇到问题后知道怎样解决，使学生养成独立思考问题的好习惯。提出问题后，在解决问题的时候能够自己先分析问题，尝试解决，如果还是不能够解决问题时再去向同学、书本、老师请教。l 培养学生的合作意识。l 问题解决后能够进行反思，培养学生的创新意识和能力。2、 制订课题教学思路为了解决这个问题，教师首先要充分认识智能机器人教学是培养学生能力的一个重要契机，要在设计教案时充分考虑如何不断刺激学生的学习兴奋点；同时兼顾所有学生，把课堂的“主动权”交给学生，充分调动全体学生自主学习的积极性。在这个思想的指导下，我们进行了课程研究，制定了一个总体思路：通过指导学生编写机器人程序，使得学生能够：第一步第二步第三步第四步第五步提出问题通过各种途径分析问题尝试解决问题找出解决问题的思路与方法进行反思学生只有提出有价值的问题，对问题进行分析，才能去想办法解决问题，进而找到合理的程序思路，编写出正确的程序。在反思中找到更加巧妙思路。3、 制订课题研究的策划为了实现上述教学思路，我们运用过程方法，将每节课的总结工作和下节课的准备工作结合起来，设计了以下教学过程：l 教学过程的策划：课前准备1 将每节课的内容分解为2-3个任务；2 归纳出切入点，精心设计教学方法，以利于学生发现问题，从而顺利地解决问题，使每个学生都有成功的体验。课上实施3 对学生明确提出任务要求和要达到的目的；4 根据任务要求，学生在操作中就会遇到困难进而提出问题；对于学生提出的非常有新意的问题加以记录，作为课后研究资料。5 将学生分组，在小组讨论问题，并指定负责人归纳讨论结果，归纳总结任务由教师指定每个小组的组成人员轮流承担，使每一个学生都主动参加到问题讨论中。6 让学生自己动手，在机器人仿真环境中通过实际运行验证问题是否解决。7 填写表格，记录思路、保存编写的程序。课后小结 8 进行课后反思，请同学们想一想还有更好的方法吗？把自己的想法写在表格中，并在下节课集体讨论是否可行。9 进行评价、组内互评、自评相结合。在设计了教学思路后，我们又制定了一个评价标准，以测定学生分析问题解决问题的能力是否提高了。l 制定课题研究的评价标准1 在进行评价时以班为单位，将某个班的全体学生作为母本，随机抽取学生作为样本。我们用于说明的是五年级的一个班级，学生人数刚好是30人，在确定度量标准的时候是按照抽样率进行定义的，是一个相对指标。但为了更好的说明问题，在文中个别指标按照30人的基数转换为了绝对指标。2 评价的定量度量标准采用10分制，10分为最好，1分为最差：（如表所示：）各个阶段评价手段度量标准评价学生理解任务要求的情况通过简单问卷或者随机提问的方式了结学生对本节课所提出要求的理解情况，按照10%-15%的抽样率，用时不超过3分钟。1 满意（9-10分）：答案样本完全满足要求。2 基本满意（7-8分）：1个（按10%抽样时）或2个（按15%抽样时）答案样本不满足要求3 不满意（7分以下）：2个以上答案样本不满足要求评价学生提出问题的情况通过有目的提问的方式了结学生的提问能力，按照20%左右的抽样率实施1 非常满意(10分)：样本答案中至少有1个非常有新意，其他答案满足要求2 满意（8-9分）：所有样本答案满足要求，但都没有太多新意3 基本满意（6-7分）：多数（60%）样本答案满足要求4 不满意（6分以下）：满足要求的答案样本低于60%评价学生解决问题的思路通过评价学生小组讨论的情况来确定学生解决问题的能力，将分组数量作为母本，抽样率100%1 非常满意(10分)：样本答案中至少有1个非常富有新意，其他思路各不相同且基本正确2 满意（8-9分）：绝大多数（80%）思路不相同，只有少量思路是错误的 3 基本满意（6-7分）：多数思路各不相同（60%），其中有部分思路是错误的4 不满意（6分以下）：多数答案雷同或者，多数思路是错误的。评价学生在仿真环境中验证问题解决的情况通过评价学生小组操作仿真环境的操作情况，按照20%左右的比例进行抽样1、非常满意(10分)：所有操作结果样本均已达到期望结果 2、满意（8-9分）：绝大多数（80%）操作样本均已达到期望结果4、 基本满意（6-7分）：多数（60%）操作结果样本达到期望结果5、 不满意（6分以下）：多数操作结果样本没有达到预期结果。因为机器人教学内容有很多值得思考的问题，学生在操作过程中会遇到各种各样的问题，学生出现的问题可以通过上述标准进行检测而且检测比较容易实现，这是一个比较容易操作的行为，根据统计学的一些原理我们设计了这样一个评价标准。下面是我们在课上实施过程的一个案例。教师学生1、 红外测障l 机器人在前进的时候只有正前方有障碍物吗？l 今天我们就来研究当机器人遇到其他方向的障碍物时怎么办？l 为什么会出现这种情况？他的正前方有没有障碍物？没有应该执行那一边的分支？可是他没有办法前进为什么？（右前方有障碍物） 现在应该怎么办？（直到说出再增加一个红外测障模块）在那个分支？l 自己尝试一下l 下面请成功的同学给大家讲一讲l 师小节：程序运行的过程 机器人每前进一步要检测几次？（2）先检测正前方是否 在检测右前方是否。l 没有成功的同学修改你的程序l 老师把机器人拖到右边，该怎么办？l 一名同学到前面讲一讲思路2、练习l 2个房间任选其一让你的机器人走出房间l 一名同学到前面演示l 没有成功的同学接受别人的帮助3、条件判断现在我们的机器人已经能够检测3个方向的障碍物了，他的本领可大了，它可以走房间的迷宫了，但是我们的机器人要想战胜别人的机器人还要进行一些改进，我们先来看一看机器人是怎么说的。出示PPT课件内容如下： 聪明的同学们你们好，我是能力风暴机器人，首先谢谢你们教会了我躲避3个方向的障碍物的本领，可是我每走一步都要检测3次，读3次数据，这样消耗了我很多能源，而且还会影响我的速度，在我进入火场寻找伤员的时候，由于时间很紧急，要用最快的速度，要想省时、省电，你有没有好办法？你们去模块库中找一找，自己试一试？l 你们找到那个模块？l （播放幻灯片）自己学习l 请一名同学给大家讲一讲编写程序的设计思路。l 还有没有其它的思路？l 师：小结学生回答学生根据情况回答学生自己尝试小组互相交流发现没有障碍物，该怎样解决？学生自己尝试怎样添加障碍物学生在模块库中查找看幻灯片自己学习解决问题发散思维 想一想其它的思路，反思一下。l 训练点 问题提出后对问题进行分析的训练 采用不同的方法解决问题的训练l 训练内容迷宫探险一课中的程序：为了提高机器人的速度，红外测障模块进行一次检测并判断前方有没有障碍物，再用条件判断模块判断左、右、方的障碍物。 请你想一想还有没有更好的方法？l 检测形式1、 在表格中填写思路。2、 计算机中保存自己的程序。3、 小组互评、自评。l 检测内容1、 正确的写出程序的过程2、 你还有什么新的想法？请你写出来。3、 在场地中添加障碍物的方法是什么？今天学习的两个程序你认为哪个程序比较合理？优点在哪？这一节课学生学习了机器人的第一个传感器：红外传感器。本课是在上节课的基础上继续学习三方避障。从学生的已有的知识出发：首先复习上节课所学的红外测障模块，是检测正前方的障碍物。由此让学生想一想在机器人行走的时候是否只有前方有障碍物? 学生肯定会想到还会有其他方向的障碍物，由此引出课题-三方避障。我在讲三方避障的时候先出现一个情境，机器人遇到有前方的障碍物，让学生想办法解决这个问题，把问题抛给学生，教师适时地加以引导，学生很快得出结论：这时我让学生讲一讲思路。接着我又出现左前方有障碍物的情况，学生有了刚才的经验很快就得出怎样编写程序。在学生得出结论后，教师又一次讲出这个程序的小缺点，费时、费电请同学想办法找出模块，-条件判断模块，之后请同学们自己学习。教师给出两个迷宫的图，请同学们在学习的基础上自己尝试走出迷宫。练习条件判断模块。最后我请同学们讲一讲这样编写的思路。在这个过程中学生能够切实的体会到发现问题分析问题解决问题的过程，同时也突破了难点，完成了新授的难点任务。本课的思路安排遵循了复习，新授，巩固，提高的学习方式，适应学生的思维曲线。抛弃了传统上先分析后实践的形式，以学生为本，所有任务都采取先实践，发现问题，再分析，解决问题的形式，有利于提高学生实践能力，发现问题能力以及解决问题的能力。从实际效果来看，学生掌握了三方避障的程序设计思路，并能够运用已有的知识迁移到新知识。学生能够在老师的引导下找出程序的不足，并能够自己想出解决的思路，自学方面学生通过看资料能够自己学习，在实际操作中基本上学会了条件判断模块。没有掌握的同学也在同组的同学的帮助下学会了。学生有比较充裕的时间练习条件判断模块。课后我们共同商量，重新进行调整，又做了如下的尝试：第一次进行红外测障后进行条件判断，判断是否是前方的障碍物，后面是两个条件判断模块，分别判断是左方还是右方的障碍物。如果在红外测障模块只进行检测而不进行条件判断，后面是三个方向的条件判断，这样程序是否更完整。经过实践这样编写程序是成功的，机器人可以走出迷宫，能够判断出三个方向的障碍物，而速度也提高了。我们认为这样编写程序的思路更加清晰。每一节课都有自己的训练点，训练点的确定是根据每节课的教学内容而制定的。这只是其中一节课的一个展示。在实验中我们一共进行了11次训练，下面是这11次训练的数据统计。三、数据统计分析样本五年级三班 学生人数 30人 提出问题能力分析问题能力解决问题能力反思的能力1 机器人常识基本满意（7）基本满意（7）?D?D2 直行和转向基本满意（7）不满意*（5）不满意*（5）基本满意（6）3 多次循环基本满意（8）基本满意（7）基本满意（7）基本满意（7）4 正多边形基本满意（7）满意（7）基本满意（7）基本满意（7）5 起动电机和延时等待不满意*（5）基本满意（7）基本满意（7）基本满意（6）6.永远循环和发音满意（7）基本满意（7）基本满意（7）满意（8）7.红外测障满意（8）非常满意（10）基本满意（7）满意（8）8.条件判断满意（7）满意（8）基本满意（8）满意（8）9.迷宫满意（8）满意（8）满意（9）满意（8）10.亮度检测满意（9）非常满意（10）非常满意（10）非常满意（10）11.碰撞检测满意（9）非常满意（10）满意（8）非常满意（10）*发生不满意的原因：前一节对机器人结构的铺垫不够，学生也是第一次接触程序。*发生不满意的原因：实物与仿真环境对应有一定问题，学生在理解上存在一定误区。经过一段时间的试验，我们收集了大量试验数据，并对数据进行了统计。上表是对数据结果的一个结果展示。从数据统计的结果来看，学生在知识方面掌握的很扎实，比较圆满的完成了教学任务。学生对机器人本身有了比较深刻的认识，与教师的配合日渐默契。四、课题研究的结果分析1.通过一段时间的训练，学生掌握了很多解决问题