在机器人教学中培养学生创新能力的实践和研究《中小学机器人教育应用研究》实施方案.docx
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在机器人教学中培养学生创新能力的实践和研究《中小学机器人教育应用研究》实施方案
《中小学机器人教育应用研究》实施方案
一、问题的提出
随着信息技术的发展和智能技术在社会各行业的应用，智能机器人教育已越来越引起各级教育工作者的关注，并逐步进入了中小学的课堂。
智能机器人技术融合了造型技术、机械、电子、传感器、计算机软件、硬件和人工智能等众多先进技术，充分体现了当代信息技术多个领域的先进技术，是信息技术的重要内容，更是智能技术的结晶。
智能机器人教育已作为信息技术的又一载体，并作为信息技术教学的内容在中小学信息技术教育中出现，会给信息技术教育带来新的内容、新的思考和新的活力，成为培养中小学生能力、素质的智能平台。
目前，一些发达国家已经看好智能机器人教育对未来高科技社会的作用和影响，不同程度地在中小学开展了智能机器人的教学与研究。
我国中小学智能机器人教育方兴未艾，有识的信息技术基础教育的决策者和工作者抓住了这一教育改革创新的先机，将我国的信息技术教育推进到了一个新的水平。
近几年来，我市在中小学信息技术环境建设方面有了很大的突破，已建成并投入使用了覆盖全市中小学的教育专网，全市教育用计算机达到了近10万台，基本达到了每10生一机的配备目标，全市完全小学以上学校全部开设了信息技术课，广大中小学生的信息素养得到了普遍提高。
从2005年起，我市将机器人教育引入了部分中小学，进行了机器人教学与实践活动的尝试。
2008年，市政府出台《济宁教育信息化三年行动计划（2008-2010）》提出建设机器人实验室，推进中小学机器人教育的目标。
在部分学校试点的基础上，“十二五”期间，我们又提出了在全市建设300座中小学机器人教育实验室的目标，依托机器人实验室，面向全体学生，开展机器人教学与实践活动，并纳入了《济宁教育信息化行动计划（2011-2015）》。
2011年启动全市中小学机器人教育实验室建设工程，首批42所试点学校正在建设中。
适合小学、初中、高中教学的机器人校本课程也已在筹划编写中。
机器人教学实践活动已取得了可喜的成果，组织了两届济宁市中小学机器人大赛，连年参加山东省中小学机器人竞赛，不断取得优秀成绩，2008和2011年两届代表山东省参加全国竞赛取得了全国一等奖的好成绩，市电教馆连续三年获得山东省中小学电脑机器人竞赛最佳组织奖。
打造了一支机器人教学的骨干教师队伍，培养了一大批具有较高信息素养的特长学生。
本着边建设、边研究的思路，“十二五”期间，我市将机器人教育纳入课题研究，通过实验，探索中小学开展机器人教育的模式、规律和方法。
随着信息技术的发展，逐步将机器人教育有选修课纳入信息技术的必修课，适应中小学信息技术教育的发展趋势，符合当前中小学开展综合实践活动，推进素质教育的目的，具有一定的超前性和现实意义。
二、指导思想
在辩证唯物主义思想的指导下，以教育部《基础教育课程改革（纲要）》为依据，运用现代教育教学理论和现代信息技术，开展中小学机器人教育的研究与实践，实现素质教育的人才培养目标。
三、实验目标
1、建构并形成中小学机器人教育的课堂教学结构和教学模式。
2、依托机器人实验室，探索中小学开展综合实践活动的方式和方法。
3、探索并总结机器人教育对于培养学生创新精神和实践能力，提高学生综合素质的有效途径。
4、研制并开发适合中小学开展机器人教育的地方课程。
四、实验方法
本实验以行动研究法为主，辅之实验法、观察法、调研法、经验总结法和统计法等。
五、实验步骤
1、准备阶段（2011年11月—2011年12月）
市总课题组制定课题实施方案，提出课题研究计划，组织子课题申报，市总课题组对各子课题进行指导，确认实验学校承担的子课题。
2、实验阶段（2012年1月—2012年12月）
第一阶段（2012年1月—2012年6月）
组织实验的开题和培训活动。
组织相关机器人教育指导教师培训、交流、研讨等活动，组建机器人竞赛裁判员队伍；组织开展市级机器人竞赛活动，推荐优胜队伍参加省级竞赛。
开展机器人教学实验优质课评选，对获奖者予以表彰。
第二阶段（2012年7月—2012年9月）
总课题组继续组织指导各子课题组对实验进行实证研究，积累实验资料，写出阶段性实验报告、总结，交流、研讨，形成阶段研究成果，为结题做好准备。
3、总结阶段（2012年10月—2012年12月）
总课题组对本实验进行全面总结，完成实验资料的整理、检测，实验数据的统计、分析，撰写实验报告和实验论文，汇编实验成果，进行鉴定验收。
六、实验预期成果
1、发表、出版实验研究论文、实验报告；
2、总结一批机器人教案及课堂教学实例；
3、编辑中小学机器人教育校本课程
七、实验经费
本课题研究的所需经费，由子课题实验学校自筹解决，以保证实验的顺利开展。
八、实验的组织与管理
本课题研究实行市县校三级管理模式体制。
济宁市电教馆设立总课题组，具体负责总课题实施方案的制定及立项，组织有条件的中小学参与本课题实验，开展不同形式的题实验培训、课题实验的过程管理与指导、成果总结交流与推广，组织子课题结题等工作；县市区电教站设立二级课题组，负责辖区内子课题实验学校的申报、过程管理、参与子课题结题等工作；子课题实验学校设立三级课题组，根据总课题实施方案，确定符合学校实际的研究目标并在市总课题组立项，拟定实验计划，合理安排实验教师，开展课题实验的专题研究。
市县校三级课题组织责任明确，分工协作，确保本课题研究的顺利进行。
一、课题研究人员基本信息
主持人姓名
性
别
男
民
族
汉
出生年月
1973年10月
行政职务
专业技术职务
研究专长
最后学历
最后学位
无
“十一五”课题完成情况
A
工作单位
联系电话
1
E-mail
通讯地址
邮政编码
课题组主要成员〔不含主持人〕
姓名
专业技术职务
工作单位
研究
专长
在课题组中的分工
信息技术教学
机器人教学实施与程序设计
信息技术教学
机器人教学实施
信息技术教学与硬件维护
设备维护
信息技术教学
程序设计
信息技术教学
机器人教学实施
课题主持人“十一五”期间（2006年—2010年）教育科研情况
主持的哪一
级别教育科
学规划项目
及完成情况
主持过省市“十一五“规划课题并已结题
发
表
或
出
版
的
主
要
论
文
或
论
著
论文或论著名称
发表报刊杂志及日期
出版部门
合作人
推荐人意见
不具有高级专业技术职务的课题主持人，须由两名具有高级专业技术职务的．且主持过市级以上教育科学规划项目研究课题的专家填写推荐意见。
推荐意见要从课题主持人的“专业水平”、“科研能力”、“组织能力”等方面陈述。
推荐人姓名
专业技术职务
研究专长
工作单位
推荐人主持过的课题名称
推荐意见：
推荐人签名：
年月日
推荐人姓名
专业技术职务
研究专长
工作单位
推荐人主持过的课题名称
推荐意见：
推荐人签名：
年月日
二、课题研究论证报告
1．课题提出的背景与所要解决的主要问题
（1）课题提出的背景
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。
（2）所要解决的主要问题
1、建构并形成中小学机器人教育的课堂教学结构和教学模式。
2、依托机器人实验室，探索中小学开展综合实践活动的方式和方法。
3、探索并总结机器人教育对于培养学生创新精神和实践能力，提高学生综合素质的有效途径。
4、研制并开发适合中小学开展机器人教育的地方课程。
2．本课题在国内外同一研究领域的现状与趋势分析
（1）国内外同一研究领城的现状与趋势分析
目前，一些发达国家已经看好智能机器人教育对未来高科技社会的作用和影响，不同程度地在中小学开展了智能机器人的教学与研究。
按照“教育要面向现代化，面向世界，面向未来”的要求，在中小学进行普及机器人文化的探索，开发机器人文化所蕴涵的丰富的教育资源，发掘机器人文化的教育功能和教育价值，对促进教育的改革和发展，对教师专业化发展，对中小学生整体素质的提高，对加快创新人才的培养，同时对促进我国机器人事业的发展，具有重要的现实意义和深远的历史意义。
随着我国教育信息化的发展、“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。
如何把握发展机遇，对机器人界和教育界都是空前的挑战。
那么到了新世纪，普及机器人文化也将越来越成为促进教育创新的一个战略性手段。
因此，引发了中小学普及机器人文化的探索，一个值得政府部门、学术界、机器人界和教育界共同关注的前瞻性课题。
（2）本课题与之联系及区别，预计有那些突破
我校积极参与济宁市《中小学机器人教育应用研究》子课题的研究。
我校准备依托机器人实验室，面向全体学生，开展机器人教学与实践活动。
并且打造了一支机器人教学的骨干教师队伍，准备培养一大批具有较高信息素养的特长学生。
将机器人教育纳入课题研究，通过实验，探索中小学开展机器人教育的模式、规律和方法。
随着信息技术的发展，逐步将机器人教育有选修课纳入信息技术的必修课，适应中小学信息技术教育的发展趋势，符合当前中小学开展综合实践活动，推进素质教育的目的，具有一定的超前性和现实意义。
3．课题研究的实践意义与理论价值
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。
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。
4.完成课题的可行性分析
本着边建设、边研究的思路，“十二五”期间，我校将机器人教育纳入课题研究，通过实验，探索小学开展机器人教育的模式、规律和方法。
随着信息技术的发展，逐步将机器人教育有选修课纳入信息技术的必修课，适应小学信息技术教育的发展趋势，符合当前中小学开展综合实践活动，推进素质教育的目的，具有一定的超前性和现实意义。
实验证明，现代教育技术是发展学生兴趣的重要手段，它有效地促进了学生学习兴趣的提高。
我们通过对评价模块的四个指标（主动参与、情感体验、思考活动、创新能力）进行分析，从课堂上的提问情况、发表自己的见解情况、对研究问题的关注情况、对探究的兴趣程度、对不懂问题的反应情况、回答问题的创新意识等几个方面，反映出学生的学习兴趣很浓，兴趣高涨。
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，让课堂充满了生命的活力。
三、课题研究设计报告
1．课题界定与研究依据
1、课题的界定
1）创新能力
创新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。
2）创新能力的培养
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.理论假设与研究目标（研究目标分解与具体化）
1、理论假设
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、研究目标
⑴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。
⑵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。
3.研究内容（研究内容的分解与具体化，含子课题的设计）
1、探究教学策略
⑴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。
⑵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
以教师为中心的教学 以学生为中心的教学
单一感官刺激 多感官刺激
单一路径行进 多路径行进
孤立学习 合作学习
信息传递 信息交流
被动学习 主动/探索/探究性学习
基于事实和知识的学习 批判性思维和有见地决策
后摄反应 前摄或有计划的行为
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。
⑶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，让课堂充满了生命的活力。
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。
⑴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。
⑵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。
⑶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。
⑷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。
⑴评价的主要内容
①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。
②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。
⑵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。
4．研究过程设计（阶段时间划分、阶段达成目标、阶段研究内容、阶段成果形式、阶段负责人）
1、准备阶段：
（2011年11月—2011年12月）制定课题研究方案
2、理论学习阶段：
（2012年1月—2012年6月）认真学习方案，制定具体实施方案，并组织进行实验。
3、实验阶段：
（2012年7月—2012年9月）在两年实验的基础上，写出有关课题研究经验总结，同时完成中期实验成果报告。
4、总结、推广阶段：
（2012年10月—2012年12月）进一步用现代教育教学理论指导本课题的研究，并在进一步实验的基础上撰写研究论文，撰写课题研究报告，做好课题结题和成果推广工作。
5.研究方法设计（对应研究目标、内容、过程进行某一方法的具体设计）
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。
6.完成本课题研究任务的保证措施
1.由市教科室领导及校领导全面负责，学校教科室具体组织指导，课题组成员具体实施。
2.课题组组长：
课题组成员：
7.预期研究成果（成果形式及预期完成时间）
1、学生素质显著提高
⑴学习兴趣普遍增强
实验证明，现代教育技术是发展学生兴趣的重要手段，它有效地促进了学生学习兴趣的提高。
我们通过对评价模块的四个指标（主动参与、情感体验、思考活动、创新能力）进行分析，从课堂上的提问情况、发表自己的见解情况、对研究问题的关注情况、对探究的兴趣程度、对不懂问题的反应情况、回答问题的创新意识等几个方面，反映出学生的学习兴趣很浓，兴趣高涨。
⑵创新能力、实践能力明显提高
通过课题实验，充分发挥现代教育技术的优势，整合课程资源，通过多维互动的课堂教学，促进了学生创新能力、实践能力的提高。
2、教师综合素质明显增强
要求教师对机器人重要性的认识进一步加
升级会员 