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智能机器人科目设计方案

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《智能机器人》科目设计方案
上海市甘泉外国语中学 袁文铮
智能机器人科目经过具体的技术实践使学生理解技术与科学的联系和区别, 理解两者对社会发展、 人类生活所具有的重要意义, 从而深化认识, 开拓视野。与此同时, 将技术所蕴含的丰富的人文因素, 自然地融入智能机器人课的教学之中, 滋润学生的心田, 提升学生的文化品位和人文素养。
一、 《智能机器人》科目开发说明
1．背景分析
我校的拓展型课程是着眼于社会未来发展对人才的要求, 从全面发展学生的素质出发, 以”培养有教养、 有个性、 有竞争力、 有国际视野的现代人” 为课程目标及最终的育人目标。二十一世纪将是一个机器人( PR) 的时代! 早已成熟的PC技术和蓬勃发展的Internet正在逐步改变着人们的生活, 信息更加便利, 家居更加智能化, 作为人类梦想的机器人也已经开始走入工厂, 走进家庭。个人机器人的核心——智能技术作为技术领域的一个学术前沿, 有着无穷的研究空间, 个人机器人产业刚刚开始形成。今后, 个人机器人或许会像当前的个人电脑一样的普及, Internet也可能成为PR大脑的一部分。在不久的将来, 个人机器人或许会成为人们每天学习、 生活、 娱乐中离不开的伙伴!
为此, 智能机器人科目设计以培养学生创新精神、 实践能力为宗旨, 以提高学生的信息素养、 技术素养为目标, 是学生信息科技课程的延伸。智能机器人科目尽可能的面向全体学生, 考虑到学生在兴趣、 生活经历、 地域特征、 文化背景等方面的差异, 在教材、 教学及其评价等方面力求多样性和动态化, 以满足不同学生的不同需要, 促使学生的个性发展。
2．学情分析
初中学生认知结构的各种要素迅速发展, 认知能力不断提高, 认知的核心成分——思维能力逐渐成熟, 并向理论思维转化; 抽象逻辑思维占优势地位, 辩证思维和创造思维有了很大发展; 自我评价和自我控制能力明显增强; 心理状态极不平衡, 多种多样, 偏差心理不时呈现。因此, 在学习活动中, 要进一步拓展视野, 关注机器人技术发展对社会的影响; 培养学生的学习兴趣, 增强创造的欲望; 经过智能机器人设计、 机器人技术试验等活动, 让学生习惯合作学习、 团队协作的学习与研究方法; 营造民主、 活跃、 进取的学习氛围来进行探究和创新, 使学生的创造潜能得到良好的引导和有效的开发, 使学生的实践能力得到发展。
3．教育价值
技术是不断发展变化的, 它具有鲜明的时代印记。《智能机器人》科目的教育价值首先在于它紧密联系学生的生活实际, 在注重课程内容的基础性、 通用性的同时, 注重了它的先进性。其次, 从学生现实生活所接触的技术内容向现代技术和高新技术延伸, 使学生有机会了解现代工农业生产和日常生活中技术发展的崭新成果和未来走向。第三, 让学生在掌握基础知识和基本技能的同时, 有机会接触到所能理解的最新发展成果和技术信息, 从而领略到技术发展的内在动力和文化意义, 增强对当代先进技术及其文化的理解。
4．课时总量
《智能机器人》科目建议的课时总量为20课时。其中第1、 2课时为进入智能机器人世界的入门学习, 要求学生了解机器人的诞生、 机器人的发展、 能力风暴机器人的基本结构、 能力风暴机器人的编程软件等入门知识。从第3课时起, 依次进入15个项目的活动过程, 原则上每个项目活动安排1个课时, 个别较难的项目能够再机动安排1个课时。最后1、 2课时安排创新机器人项目设计, 能够作为科目考核的参考依据。
二、 《智能机器人》科目目标
在《智能机器人》科目实施过程中, 知识与技能、 过程与方法、 情感态度与价值观等方面的目标是一个不可分割的整体, 应注意融合与协调, 努力实现三者的有机统一。
1．《智能机器人》科目的三维目标
( 1) 知识与技能
① 理解智能机器人技术的性质, 了解智能机器人技术的发展历史和一些最新成果以及生活和生产中的应用, 能正确认识智能机器人技术对人们日常生活及社会产生的正反两方面的影响, 具有正确操作机器人基本技能。
② 了解传感器在智能机器人工作中的作用, 理解红外、 光敏、 碰撞等传感器的工作原理和在智能机器人中的应用。
③ 了解智能机器人设计的基本知识, 初步掌握智能机器人设计的一般程序和基本技能, 能对设计的过程、 方案和成果做出比较全面的评价。
④ 能从技术设计的角度理解结构、 系统、 流程、 控制的一般概念, 了解简单的结构设计、 系统设计、 流程设计、 控制设计的基本知识, 以及这些知识在机器人设计中的内在联系和广泛应用。
⑤ 了解算法的概念和在机器人设计中的重要作用; 能够用自然语言来描述机器人工作的过程。
⑥ 熟悉一种可视化窗口的程序设计, 并应用于机器人的制作。
⑦ 具有初步的技术试验的操作技能, 能进行基本的技术测试和技术指标测量, 会写简单的技术测试和技术试验报告。
( 2) 过程与方法
① 经历根据生活和学习需要提出问题、 并形成设计解决问题方案的过程, 体验学习中应用批判性思维和创造性想象能力的方法。
② 经历技术方案的实现或转化为作品的过程, 初步学会模型或作品的制作、 装配、 调试的方法。
③ 经历作品制作中交流与评价的过程, 学会在小组活动中进行学习的方法。
④ 经历将结构、 流程、 系统与控制的基本知识应用于技术实践的过程, 初步掌握结构、 流程、 系统与控制的基本思想和方法, 并能综合运用所学知识和技能解决一些实际问题, 发展创新精神和理论运用于实践的能力。
⑤ 经历典型的技术设计、 制作和评价的活动过程, 初步掌握基本的技术学习方法和技术探究方法, 具有初步的参与技术活动的能力和使用技术及其产品的能力, 发展技术的决策能力、 创新能力和终身学习能力。
( 3) 情感态度价值观
① 形成和保持对技术问题的敏感性和探究欲望, 领略技术世界的奥秘与神奇, 关注技术的新发展, 具有对待技术的积极态度和正确使用技术的意识。
② 熟悉从事技术活动必须具备的品质, 能够安全而又负责任地参加技术活动, 具有良好的合作和交流的态度, 养成严谨、 守信、 负责、 勤俭、 进取等良好品质。
③ 体验技术问题解决过程的艰辛与曲折, 具有克服困难的勇气和决心, 培养不怕困难、 不屈不挠的意志, 感受解决技术难题和获得劳动成果所带来的喜悦。
④ 认识技术的创造性特征, 形成实事求是、 精益求精的态度, 培养富于想象、 善于批判、 敢于表现个性、 勇于创新的个性品质。
⑤ 理解技术的文化特性和艺术特性, 具有认识技术问题的国际视野和全球意识, 以及一定的对技术文化的理解和选择能力。
⑥ 理解科学、 技术与社会的相互关系, 增强劳动观念, 具有敬业意识与创业意识, 形成与技术相联系的经济意识、 质量意识、 环保意识、 伦理意识, 以及主动参与当地经济建设的意识。
2．教学设计中教学目标设计的原则与要求
《智能机器人》立足信息技术教学的基础, 以基础的、 宽泛的、 与学生日常生活联系紧密的技术内容为载体, 以进一步提高学生的信息素养、 技术素养、 促进学生全面而富有个性的发展为目标。
经过学习, 学生将进一步拓展信息技术、 技术学习的视野, 学会或掌握一些通用技术的基本知识和基本技能, 掌握技术及其设计的一般思想和方法; 具有一定的技术探究、 运用技术原理解决实际问题以及终身进行技术学习的能力; 形成和保持对技术的兴趣和学习愿望, 具有正确的技术观和较强的技术创新意识; 养成积极、 负责、 安全地使用技术的行为习惯, 发展初步的技术能力和一定的职业规划能力, 为迎接未来社会挑战、 提高生活质量、 实现终身发展奠定基础。
三、 《智能机器人》科目内容
1．内容选取的原则及组织形式说明
《智能机器人》科目的内容选取原则: 注重学生创新精神和实践能力的培养, 并着力于以下几个方面形成目标上的独特追求: 技术的理解、 使用、 改进及决策能力; 意念的表示与理念转化为操作方案的能力; 知识的整合、 应用及物化能力; 创造性想象、 批判性思维及问题解决的能力; 技术文化的理解、 评价及选择能力。
《智能机器人》科目的组织形式: 由智能机器人活动教程、 项目活动记录表、 项目活动答案参考、 配套例程几个模块组成。涉及智能机器人的概念, 基本结构和工作原理, 机器人的发展历史, 机器人的应用等项目活动。其中, 《智能机器人活动教程》是自行开发的区域性拓展型教程, 其中包含五大章节, 15个活动项目, 约六万余字。《项目活动记录表》共15份, 与《智能机器人活动教程》中的15个项目活动相配套。
2．完整的内容框架
①《智能机器人》科目内容框架:
内容
活动教程
活动记录表
配套例程
图示

② 《智能机器人活动教程》的目录:
《智能机器人活动教程》目录

第一章 进入智能机器人世界
一、 机器人的诞生
二、 机器人的发展
三、 能力风暴机器人的基本结构
四、 能力风暴机器人的编程软件
第二章 让你的机器人动起来
项目1 运行自检程序
项目2 运行表演程序
项目3 传感器功能的测试
第三章 小试身手
项目4 走正方形
项目5 打招呼
项目6 折返跑
项目7 边走边唱
项目8 追星族
第四章 更进一步
项目9 接力赛
项目10 机器人回家
项目11 飞蛾扑火
项目12 篝火晚会
第五章 挑战自我
项目13 旅行者
项目14 走迷宫
项目15 消防员

3．配套的课程资源说明
《项目活动答案参考及配套例程》是提供给教师备课或指导学生实践时的一个参考, 配套例程中包含有15个项目活动中涉及到的所有设计程序, 有些项目还提供多种程序思路, 以帮助教师开拓思维, 多角度地解决机器人程序设计中的实际问题。
四、 《智能机器人》科目实施
学生的技术学习过程是主动建构知识、 不断拓展能力的过程, 也是富有生机、 充满探究、 生动活泼的活动过程。在这个过程中, 学生是学习的主体, 教师是学习活动的引导者、 帮助者, 更是学生的亲密朋友。
1．活动组织形式及实施原则
在《智能机器人》科目的实施过程中, 以小组化的合作形式展开教学活动。其实施原则: 第一, 从学生的实际出发, 精心设计和组织学生的学习活动; 第二, 根据学生的身心发展规律和技术学习特点, 指导学生采取自主学习、 合作学习、 网络学习等多种学习方式; 第三, 促进学生探究能力的提高, 积极的情感态度与价值观的形成, 以及终身学习能力的发展。
2．活动设计的要求
① 引导学生亲历设计的过程
在教学中, 应让学生亲历由一系列环节组成的设计活动。首先, 教师要重视学生的全员性参与。教师应密切结合学生的生活经验, 重视改进教学方法, 激发学生对技术问题的兴趣和研究愿望, 并注意发挥每个学生的积极性, 最大限度地开发每个学生的潜能, 促使其主动、 有效地参与设计过程, 获得直接经验。其次, 要强调学生的全程性参与, 即每个学生都必须经历设计方案的形成过程、 方案转化为作品的过程、 交流和评价的过程。为此, 教师应注意保持学生学习兴趣的稳定性和持续性, 引导学生从多个角度提出问题, 用多种方法解决问题, 运用各种技术交流和评价手段丰富设计过程, 以使学生获得比较完整的体验。
在设计的教学过程中, 教师还要以引导者的身份创设一种开放、 民主、 活跃、 进取的学习氛围, 鼓励学生展开想象, 大胆创新, 使设计真正成为生动活泼、 师生互动的过程, 使全体学生在设计过程中都得到发展。
② 加强对学生的个别辅导
由于智能机器人科目内容之间的联系十分紧密, 同时学生的接受能力也各有差异, 因此在学生的学习过程中, 容易出现分化现象。特别是调试中, 有些学生如果得不到教师的及时辅导和具体帮助, 往往会造成学习的中断, 甚至还会干扰正常的教学秩序。因此, 在技能操作方法教学和学生动手实践过程中, 教师要加强巡视, 注意教学信息的及时反馈, 根据不同情况, 采用小组辅导、 个别辅导和学生之间互帮互学等多种方式, 及时给有困难的学生提供帮助。在辅导过程中, 要重视对所出现的技术问题的分析和方法上的指导, 防止出现教师代替学生操作的现象。
在制作过程中, 有的学生如果提前完成任务, 教师能够及时聘请她当”小老师”, 辅导有困难的学生, 分析出现问题的原因; 或者对这些学生提出更高的要求, 让她们继续进行研究和改进。
③ 加强教学研究
要根据本标准的要求, 结合学校的实际情况, 立足于教学的具体问题, 经过讨论、 听课、 公开教学、 课题研究、 教学评比等各种形式, 加强对本课程的教学研究。学校( 或校际) 应建立技术教研组, 组织教师探讨教学中的问题, 开展教学经验和研究成果的交流, 从而促进课程资源的开发, 提高教师的教学能力。
3．必要的技术使用原则及德育要求
① 重视技术思想和方法的学习指导
在解决具体技术问题的过程中, 重视对学生进行技术思想和方法的学习指导, 并把它贯穿在整个教学过程中。在教学中, 教师要精心挑选一些集中体现技术思想和方法的技术设计实例, 引导学生使用技术思想和方法这把”钥匙”, 去打开技术问题的”大门”, 从而去体验、 领悟技术思想和方法的真谛。技术思想和方法的获得并非经过一次实践就能解决, 而要经过”实践——认识——再实践——再认识”的多次循环。
② 倡导学习方式的多元化
针对不同的学习内容和学生差异, 选择模仿、 合作和研究等不同的学习方式, 促进学生在教师指导下主动地、 富有个性地学习。模仿是一种学习方式, 它在工具的操作技能等教学中有着广泛的应用, 但要防止把它作为唯一的教学方式。
应特别重视合作学习方式在技术教学中的应用。能够让学生分工协作设计某个作品来完成某个技术任务。在合作学习过程中, 要注意调动每个学生的主动性与积极性, 注重分工的合理性和均衡性; 发挥小组全体成员的作用, 形成优势互补; 激发每个小组团体成员的集体荣誉感, 加强成员之间、 小组之间的及时沟通和交流, 培养人际交往和沟通能力, 形成与她人协作、 分享与共进的态度和团队精神。
另外, 要积极渗透研究性学习的方式, 改变以往的教学过于偏重接受性学习的倾向, 促进课内外的沟通, 加强学生学习的自主性, 提高学生的技术探究能力。
五、 《智能机器人》科目评价
《智能机器人》科目评价采用过程性评价与结果性评价相结合的方式。
过程性评价贯穿在每一个项目活动中, 以问题的形式体现, 且每次评价表都会根据项目活动内容的不同做出相应的调整, 使评价内容更贴近学生的亲身经历与实际感受。以”项目活动9-接力赛”为例的过程性评价详见附录。
结果性评价则体现在科目的后期, 要求学生以小组为单位, 在前期掌握的机器人相关知识与编程技巧基础之上, 设计并制作一个机器人创意项目。在该创意项目的设计、 制作、 修改、 完善的过程中, 既有对此过程的学生自评、 互评、 师评, 也有对最后完成作品的交流与评价。
附录 《智能机器人活动教程》之”项目活动9-接力赛”过程性评价表
运行调试——接力比赛

每个组指定一位同学做好以下的记录:
1、 我们组的机器人在接力赛中跑的是: o第1棒 o第2棒 o第3棒
2、 我们组的机器人在比赛中耗时: 第一次__________秒
第二次__________秒
3、 我们团队在机器人接力赛中的成绩: 第一次__________秒
第二次__________秒
4、 我们团队的机器人获得了比赛的: o第一名 o第二名 o第三名
学习评价

( 在表头填入小组成员的姓名, 并依据实际情况在符合选项的单元格中打ü)
小组成员
评价项目

J 我对自己所担任工作的评价是:
o胜任愉快

o勉强完成

o有点困难

J 我对我们小组活动能力的评价是:
o很好

o一般

o感觉有些困难

J 我对我们小组合作氛围的评价是:
o和谐融洽

o有商有量

o不能合作

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我们的收获