小学开展电脑只能机器人活动的实践研究.docx
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式同时排版，故未予以插入一一舒家华注）
郸州区宋诏桥小学
竺红波
2008年9月
课题组成员
组长竺红波办公室主任小学高级
顾问徐卫东鄞州区科技辅导员
副组长胡勤俭
组员陈晓红许一君翁奇辉
鲍期峰华盈琦
内容提要
随着智能技术的发展，电脑智能机器人的教育已经逐渐步入中小学的课堂。
电脑智能机器人教学是一项通过创意、搭建、编程、知识运用等多个方面把现代化的科学技术知识引入中小学生学习生活的活动。
它为学生提供了表现、思索、研究、创造的机会，为多出人才、早出人才创设了广阔的空间，为发挥其育人功能开辟了良好的途径。
在活动中，学生不仅可以学到有关机械、电子、计算机等技术知识，还可以培养多方面的能力和素养，如动手能力、创新能力、综合能力和协作能力等，全面提高学生的综合素质。
我们学校从于2003年初投入资金，着手开展电脑智能机器人活动研究，经过几年的努力，学校机器人活动已获得了长足的发展，本课题主要从学校机器人构建智能机器人的快乐教学模式、倡导“开放式教学”“任务驱动式”的教学方法、机器人校本课程的开发、机器人教学与学生综合素质的提高、机器人教学与学校、教师的发展等几个方面展开研究。
近几年来，通过课题组成员的努力，课题研究取得了一定的成效：
♦学校先后被评为全国首届科技示范学校、浙江省优秀网站、舞州区科技特色学校、舞州区科技示范学校。
♦学校机器人小组连续三年蝉联全国中小学电脑机器人竞赛冠军，并获得全国亚军3次，省级冠军6次，亚军6次，市级冠军6次。
♦学校的科技特色已得到省、市、区主管部门的认可，学校先后承办过2005年宁波市中小学生电脑机器人比赛，2006年浙江省第三届智能机器人比赛，2007、2008年堇B州区电脑机器人比赛。
♦学校的机器人特色已得到社会各界广泛的关注，《钱江晚报》、御州日报》、《宁波晚报》、《现代金报》、舞州电视台等多家媒体专题报道过宋诏桥小学电脑机器人的赛绩。
♦机器人教学促进教师不断地成长，教师专业素质提升明显，1名教师荣获了第八届中国青少年机器人竞赛教练员资格，1名教师的论文《电脑智能机器人--培养学生综合素质的新平台》在浙江省教研论文评比中荣获三等奖，教师日志《我的“第七届中国青少年机器人竞赛”之旅》发表在《中小学电脑报》
♦通过机器人活动不但发展了学生的动手实践能力，同时对学生科学品质、思维品质、良好交往能力、合作能力等方面都起到了极大的促进作用，提升了学生综合素质。
【主报告目录】
一、课题的研究背看 1
二、课题的研究的构想 2
（一）课题的界定 2
（二）课题的理论基础 2
（三）课题的研究目标 2
（四）课题的研究原则 2
（五）课题的研究方法 3
三、课题研究的实践探索 3
一以学生为主体建构智能机器人的快乐教学模式 3
1.树立快乐教学理念是实施智能机器人快乐教学的前提条件 3
2.灵活多变的教学组织形式是实施智能机器人快乐教学的途径 4
3.宽松、和谐的教学氛围是实施智能机器人快乐教学的保证 4
二以素质为支点倡导多样的教学方法 5
1.“开放式”教学 5
2.“任务驱动式”教学 5
3.“竞赛激励式”教学 6
三以活动为抓手提升学生的综合能力 6
1.搭建活动平台，培养学生的科学品质 7
2.抓住教育契机，培养学生的思维品质 7
3.加强动手操作，发展学生的实践能力 8
4.智能机器人活动，促进学生形成良好品德 9
四以创造为动力选编适应新模式的教材 10
五以研究为依托培养创新型的教师 10
1.搭建网络交流平台，充实教学资源 10
2.组织教师培训学习，提高专业技能 10
四、课题研究成果 11
（一）理论成果 11
1.探索和建构了智能机器人“快乐教学”模式 11
2.总结、提炼，创立了三大教学方法 11
（二）实践成果 11
1.提升了学生的综合素质，提高了学生的竞技水平 11
2.增强了教师的教学水平，实现了教师的专业发展 12
3.学校办学特色凸显，社会效应逐步提高 12
五、研究结论与展望 12
【附件目录】
一、研究大事记 14
二、2004年一2008年机器人竞赛获奖一览表 15
三、机器人部分获奖证书复印件 19
四、师生博客内容选登 53
五、教师论文获奖证书及学生调研报告 64
六、校本教材（初稿）部分内容 73
七、媒体报道复印件 112
“小学开展智能电脑机器人教学活动的实践研究”是2007年度宁波市教科规划课题。
在四年多的时间里，我们课题组在郅州区教科室的领导和学校教科室的指导下，课题组全体成员按照课题研究所设定方案进行实际操作，基本达到了预定的目标和要求。
本报告侧重介绍了小学开展智能机器人教学的一些有益尝试和成功经验，并对智能机器人活动提升学生综合素质发展的作用和影响进行了阐述。
一、课题研究的背景
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取得了重大突破。
随着智能技术的发展，电脑智能机器人的教育已经逐渐步入中小学的课堂。
电脑智能机器人技术融合了电子、造型、传感器、机械、软件和人工智能等技术，充分体现了当今信息技术多项领域的先进技术，是信息技术的重要内容。
国外一些发达国家非常看好智能机器人教育对未来高科技社会的作用和影响，他们在中小学教育中都不同程度地对学生进行智能机器人知识的教育。
例如，介绍机器人的由来，要求学生搜集各种机器人的图片、小说或录像等资料。
让学生分组讨论有关机器人的功用和局限性及可能对人类产生的影响等问题。
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。
在国内，随着教育信息化的发展、“校校通”工程的推进，智能机器人技术向教育领域的渗透已有呈加速度发展的趋势，智能机器人事业和教育事业同时面临跨越式发展的极好机遇。
与此同时，电脑智能机器人活动为学生提供了表现、思索、研究、创造的机会，为多出人才、早出人才创设了广阔的空间，为发挥其育人功能开辟了良好的途径。
在活动中，学生不仅可以学到有关机械、电子、计算机等技术知识，还可以培养多方面的能力和素养，如动手能力、创新能力、综合能力和协作能力等，全面提高学生的综合素质。
智能机器人活动的开展也将给学校信息技术学科的教学带来新的活力，学生学习智能机器人过程，是学校开展科技教育的最有效途径之一，智能机器人将会成为青少年能力与素质培养的智能平台。
鉴于以上认识，我们学校于2003年初投入资金，着手开展电脑智能机器人活动。
在这几年中，我校的机器人活动取得了长足的发展，辅导教师的技术水平迅速提高，指导的学生在市、省乃至全国级的比赛中都取得了优异的成绩。
成绩取得的同时，我们也发现参加电脑智能机器人小组的学生在创新能力、团队合作精神、耐挫能力等方面明显优于其他同学，2006年10月我们成立了《小学生开展电脑智能机器人教学活动的实践研究》课题研究小组，着手研究小学智能机器人的教学模式、教学方法，以及机器人教学与提高学生的综合素质方面的关系。
二、课题研究的构想
（一）课题的界定
电脑智能机器人活动电脑智能机器人是一项通过创意、搭建、编程、知识运用等多个方面把现代化的科学技术知识引入中小学生的学习生活的活动。
智能机器人技术作为现代高端科技的一个分支，已经在军事、工业、医疗、卫生等各个领域得到了广泛的应用，同时也是现代中小学生非常感兴趣的科目。
而我们所说电脑机器人活动是学生通过老师的辅导自己设计和搭建机器人，编写电脑程序，让机器人智能化的过程。
（二）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提升学生综合素质和实践能力的新教学模式提供了理论依据。
（三）研究目标
1.理论目标
探索出在进行智能机器人教学中提高学生创新能力、实践能力的原则和策略，为小学电脑智能机器人活动的开展提供典型案例，积累有用经验，构建与之相适应的课堂教学模式。
2.实践目标
（1）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。
（2）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）研究原则
1.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。
2.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。
3.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。
4.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。
（五）研究方法
1.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。
2.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。
3.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。
4.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。
三、课题研究的实践探索
（一）以学生为主体，建构智能机器人的快乐教学模式
快乐教学模式是指改变教师单纯灌输，学生被动接受的教法，树立以学生发展为中心、为乐学而善教的思想，使教学过程成为学生主动学习、主动思考、主动发展的过程，使学生在活动中有快乐、成功的体验的教学模式。
快乐教学是给每一个学生创造成功的机会，帮助学生建立自信心，产生新的追求，从而获得更大的发展。
1.树立快乐教学理念是实施智能机器人快乐教学的前提条件
快乐教学要培养学生“乐于学习”，其核心在于一个“乐”字。
学生能够在智能机器人的学习中“乐”起来，首先是他们把学习制作机器人作为一种乐趣和发自内心的一种愿望，这样他们才会自觉地积极主动地学习。
只有学生在制作机器人的过程中“玩”出了乐趣，他们才会快乐地完成每天的“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，他们就会有一种成就感和自豪感。
而要让学生能真正快乐地学习，关键在于教师。
只有我们老师树立起快乐教育的理念，转变原有的教学观念，充分认识到实施快乐教学的必要性、迫切性及其事半功倍的实效性，才能让学生身心轻松愉快的学习，让学生乐学、爱学，学有所成。
2.灵活多变的教学组织形式是实施智能机器人快乐教学的途径
由于活动经费、师资力量、参考经验、家长观念等一系列因素的制约要想在全校范围内广泛地开展机器人教育活动在目前仍旧是不现实的。
而课外活动由于其组织形式和教学内容的灵活多样性，并且由于学生参加都是自愿的，更能够激发学生学习的主动性，所以成为大多数中小学校开展电脑智能机器人活动的首要之选。
（1）灵活的教学时间
智能机器人目前在我们学校还没有正式进入常规的课堂教学，一般情况下，学校科技小组的老师每逢一、三、五的三节课后以及周六上午对参加机器人小组的成员进行集中分层培训。
而对于个别尖子选手我们学校对他们实行了“选课”制度，即这些学生如果征得语、数、英等基础学科任课教师的同意，报教导处批准后，对这些学生下午可以选择机器人学科开展研究。
这种灵活的教学时间，最大限度地发挥了广大学生、教师的自主权，使教学不再成为一种负担，而是一种快乐。
（2）多变的教学组织形式
在机器人教学中没有秉承传统的教学方式，我们倡导“小组竞赛”、“师徒结对”的教学组织形式。
由于学习机器人的时间有先后、能力有差异，所以我们对参与活动的学生进行分组，每组有一至两名经验丰富的老队员当师傅，下面带几名徒弟。
平时，对这些小组布置同样的任务，看哪个小组完成得又快又好。
有时,也让几个小组分别完成一个大型任务的不同部分，然后进行组合。
这样既可以促进学生的竞争意识，又培养了团队合作能力，还能训练学生的领导能力。
3.宽松、和谐的教学氛围是实施智能机器人快乐教学的保证
动手能力强、做事认真仔细、遇事爱琢磨的学生往往在更多的机器人比赛中更能出成绩，但如果教学方法不当，例如过分严厉或一味追求整齐化一，就会很快改变学社个这些个性特点，给教学研究带来负面影响。
只有在宽松、和谐的教学氛围中，学生才会思维活跃，敢说敢做，才能有效学习。
而这种氛围的营造主要在于教师。
因此在教学中我们倡导要给予孩子以不同方式的鼓励和赞扬，慎用、少用批评。
即使学生即使做得实在很糟，也不用伤害性的语言。
让他们产生自卑心理，久而久之放弃机器人活动。
同时学校的科技室是面向全体机器人小组成员敞开的，只要他们有时间随时可以进入课堂进行教学，不会受到老师的指责。
这种宽松、和谐的教学氛围使我们的学生把科技室当成了自己的家，往往会在这里痴迷地学习，快乐学习。
（二）以素质为支点，倡导多样的教学方法
1.“自由开放式”教学
传统的课堂教学注重的是知识的传授，但这种教学方式对于机器人教学却不太合适。
由于机器人教学的目标是动态的，学习内容、组织形式是开放的，并且学生的学习层次差异较大，因此我们倡导的是一种自由开放式的教学方法，给学生以差异的、动态的、开放的学习指导。
这种教学方法以学生和学习为中心，给学生以充分的自主权，在教学中不断激发学生的学习活力，激起学生的探索、发现、想象和表现的愿望，让学生的思维、心态处于开放状态。
近几年来，我们学校参加智能机器人活动的学生逐年增加，由最初5人已发展到现在的120多人，小组成员分布在3-6年级。
这些学生按参加的项目的不同分成了机器人足球、机器人灭火、机器人创意、机器人相朴、机器人FLL挑战等不同小组，每个小组由2—6名学生组成。
每个小组由组长负责进行项目的实验、项目完成情况记录、机器人设备的管理等工作。
每个实验小组成员根据各自特长承担不同的学习任务，分工明确，责任到人；各小组间通力协作，相互交流，取长补短，根据自己所担负的研究任务开展机器人活动。
各小组可以按学习时间的不同、学习任务的不同自行选择学习时间，完成学习任务。
在操作中遇到问题，先自己琢磨，无法解决再小组讨论，还不行在找老师指导，这种开放式教学能给每个学生提供更多的参与机会和成功机会，让每个学生在参与中得到发展。
2.“任务驱动式”教学
“任务驱动式”教学方法是基于建构主义学习理论的一种教学方法。
它强调学生要在真实情境中的任务驱动下，在探究完成任务或解决问题的过程中，在自主和协作的环境中，在讨论和会话的氛围中进行学习活动。
教师是学习情境的创设者、学习任务的设计者、学习资源的提供者、学习活动的组织者和学习方法的指导者。
“任务驱动式”教学方法最显著的特点是以学生为主体，改变了以往“教师讲，学生听”，以教定学的被动式教学模式，创造了以学定教，学生主动参与、自主协作、探索创新的新型学习模式。
学习中，根据任务的不同又可以分为两种：
（1）竞赛任务驱动。
每次机器人竞赛，都有一定的项目。
根据这些项目，我们经过综合比较，从中挑选出适合我们的项目，分组进行攻克。
由于机器人竞赛的形势始终是在变化的，教师也不能保证自己的技术是最先进的，为了保持领先，我们不能固步自封。
所以，我们的活动开展模式就是围绕竞赛任务，开展探索研究。
往往是教师在各个阶段布置一些相应的小任务，学生进行各种各样的尝试，最后在一起组合起来，直至能够完成竞赛任务。
这个模式有点类似于导师和研究生的探究模式。
（2）常规任务驱动。
学生能够参加竞赛的技能来自于平时学习的积累。
在平时学习、训练中，我们并没有固定的课堂教学模式。
而是把各个知识点分散到许多个难易不同的小任务中。
学生任何时候都可以到科技室来进行研究。
遇到问题首先通过互相帮助、翻阅资料、网上检索等方法进行解决，实在不行再去咨询老师。
通过完成各个任务，学生掌握了机器人的基本技能，从而完成原始知识的积累。
3.“竞赛激励式”教学
学生是需要激励的，学生在活动中，通过自己的琢磨掌握一定的技巧，通过各种竞赛激发他们的斗志，激励他们不断探索、钻研新的知识。
在教学中，我们的具体做法一是游戏激励，时常通过小组间的轨道竞赛、走迷宫、趋光反应能活动激发学生，当学生有一点进步时及时表扬，给与肯定。
二是竞赛性激激励，我们经常带领学生参加区、市、省、全国级的比赛，每一次比赛对学生都是一种锻炼，赛后我们把在比赛中搜集的资料与学生一起分析，寻找我们与别人之间的差距，思考减少差距的根源通过不断提高自身水平的基础上强大自己，超越自我。
（三）以活动为抓手，提升学生的综合能力
电脑智能机器人活动为学生提供了表现、思索、研究、创造的机会，为多出人才、早出人才创设了广阔的空间，为发挥其育人功能开辟了良好的途径。
在活动中，学生不仅可以学到有关机械、电子、计算机等技术知识，还可以培养多方面的能力和素养，如与人沟通合作的能力，合理分配、利用时间的能力等，全面提高学生的综合素质。
途径一：
带学生参与各级竞赛。
各级各类的组织部门每年都会举行许多机器人竞赛活动，如：
中国青少年电脑机器人竞赛、世界机器人奥林匹克竞赛、FLL工程挑战赛、机器人世界杯、中小学电脑制作活动等。
竞赛项目有：
机器人竞步、机器人爬楼梯、机器人足球、机器人灭火、机器人创意、机器人相朴、机器人FLL挑战、机器人营救和机器人打保龄球等。
这些高级别的竞赛活动既能锻炼学生的竞技水平，让学生充分运用自己学到的知识和技能解决实际问题，同时对学生应变能力、心理素质、团队合作精神等综合能力。
途径二：
开展校内竞赛活动。
能参加上一级部门的机器人竞赛毕竟是只有一批拔尖的学生，能够出线参赛的学生很少，不利于电脑智能机器人活动的广泛开展。
为了让更多学生有机器人研究的热情，学校积极为这批学生搭建活动展示的平台，我们把每年的12月份定为学校的科技节。
科技节中活动内容精彩纷呈：
机器人足球赛、FLL机器人竞赛、车模比赛、小制作比赛、编程比赛等，活动难易程度不等，既给拔尖学生创造竞赛的舞台，又给机器人爱好者提供了一个展示和发展的机会，同时也有利于为参加高一级的竞赛选拔优秀的选手。
今年在科技节中我们通过机器人表演，让全校师生参与到机器人活动中来，从而了解什么是机器人以及中小学机器人活动的现状，引起了全体师生的浓厚兴趣。
好多学生表示“早就知道我们学校的机器人活动搞得十分出色，现在才知道他们原来是这样搞机器人的。
这些活动平台的搭建不但让学生更多地了解了机器人，同时还能提升学生的综合素质。
1.搭建活动平台，培养学生的科学品质
机器人活动，有许多理论知识需要学生理解掌握，如果过分强调理论知识的掌握，会使学生逐渐丧失他们天生的对科学探究的好奇心。
因此，我们采以活动为平台，将这种好奇心转化为对科学的兴趣，逐步形成科学的品质。
学校每年举行一次科技节活动，以机器人表演为为载体，吸引更多的学生加入到机器人活动的行列。
如：
在学生已经能够利用程序控制机器人行走固定路线以后，学习兴趣已经逐渐消退。
这时候，我在机器人上面加装了一个避障传感器,并且修改了程序，使之能够自动避开障碍物行走。
学生发现这种情况以后立即惊奇地叫了起来，还一个劲儿地问我是怎么做到的，眼尖的学生还发现了我多加装的一个传感器。
孩子们的学习劲头立刻被激发出来了，他们带着这样的劲头去探索、去试验，效果当然不一样。
他们懂得了科技活动不仅仅是凭兴趣就能取得成功的，还要持之以恒、不断探索，要有不达目的誓不罢休的坚毅品质。
在探索过程中，一定会遇到这样或那样的困难，要想方设法克服困难，要有心理承受力。
要随时准备应付各种挫折和失败，人正是由失败和教训使自己不断聪明的，对于失败，我们应当理智地总结经验教训，把挫折磨难看作是磨练意志、锻炼能力的好机会，在困难与阻力面前要有一股敢拼敢斗的勇气，从而战胜自己的畏难情绪。
让他们懂得，历史上任何科学成果都是经过若干次、甚至上百次的试验才获得成功的。
通过这些活动，为下一阶段的工作打下了基础。
2.抓住教育契机，培养学生的思维品质
不断地优化思维，不断地强化思维能力，是思维本质内在的趋向性要求。
通过电脑智能机器人这个平台，可以有效地训练、激活学生的各种思维素质。
Cl）运用多种教学手段启发学生的想象能力
小学生的想象力其实是很丰富的，但是在传统教育的禁锢下，他们的想象力却被无意之中束缚了。
而在电脑智能机器人教学活动中，教师有义务也有可能通过各种手段激发学生的想象，启迪学生的思维。
如：
在关于“我心目中的机器人”创作活动中，刚开始，大多数学生创作的思维还停留初步的认识上，创作的机器人外形就是像人。
通过我们的引导，强调：
其实机器人不一定要像人一样，只要具有一定的自动功能，一般都可以称之为机器人。
慢慢地学生们创作出的了一个个鲜活生动、别具一格的形象，如：
扩大某一器官功能的机器手、具有警卫功能的机器狗、方便人们生活的机器轮椅等。
虽然学生创作的形象并不一定具有相应的功能，但是已经激发了的想象的火花对学生的成长有诸多益处。
（2）在程序编写过程中训练学生的逻辑思维
在日常的机器人学习活动中，学生让编写的程序来驱动机器人完成预定的动作，反过来又通过机器人的反馈信息来评判程序的正确、优劣。
把程序的抽象和机器人动作的直观紧密地结合起来往往能取得事半功倍的效果。
如：
程序语言教学中，循环语句是教学的难点，对小学生来说，很难理解循环语句的作用和几种循环语句的区别，而通过机器人这个平台，学生可以直观地看到应用循环语句以后的效果，并且根据不同的效果随时进行调整。
在循序渐进的训练中，学生体会到了计算机的强大功能，不再反感计算机编程，同时学生的逻辑思维能力也得到了培养。
（3）基于问题开展教学，培养问题意识
学生具有问题意识不仅体现了个体思维的灵活性和深刻性，也反映了思维的独立性和创造性。
机器人活动应基于问题开展教学。
从创设问题情境开始，让学生在对问题的探究中学习、质疑，从而生成新的更高层次的问题。
如：
为了让学生明白摩擦力
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