“VEX機(jī)器人設(shè)計(jì)校本課程開(kāi)發(fā)研究”課題申報(bào)書(shū)

1、“VEX機(jī)器人設(shè)計(jì)校本課程開(kāi)發(fā)研究”課題申報(bào)書(shū)1問(wèn)題的提出及研究意義1.1問(wèn)題的提出1）目前在美國(guó)、日本等國(guó)家，都在中小學(xué)開(kāi)設(shè)了機(jī)器人課程。機(jī)器人教育是創(chuàng)新精神和動(dòng)手能力的載體已經(jīng)逐漸進(jìn)入我國(guó)中小學(xué)課堂，我校也就VEX機(jī)器人設(shè)計(jì)方面作為校本課程有所實(shí)踐。2）中國(guó)正在實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，大力推動(dòng)大眾創(chuàng)業(yè)萬(wàn)眾創(chuàng)新、互聯(lián)網(wǎng)+和中國(guó)制造 2025,這將有力促進(jìn)機(jī)器人新興市場(chǎng)的成長(zhǎng),創(chuàng)造世界 上最大的機(jī)器人市場(chǎng)。,在市教委、市科3）我市中小學(xué)機(jī)器人競(jìng)賽活動(dòng)從2003年開(kāi)始起步協(xié)的高度重視和大力培育下，已經(jīng)初見(jiàn)成效，在國(guó)際、國(guó)內(nèi)各類(lèi)賽事上取得了優(yōu)異成績(jī)，部分項(xiàng)目發(fā)展水平走在了全國(guó)前列。從2010年開(kāi)始，

2、市教“全國(guó)中小學(xué)電委、市科協(xié)整合了 “全國(guó)中小學(xué)信息技術(shù)創(chuàng)新與實(shí)踐活動(dòng)” 腦制作活動(dòng)”和“中國(guó)青少年機(jī)器人競(jìng)賽”三項(xiàng)全國(guó)賽事的學(xué)生機(jī)器人競(jìng)賽 項(xiàng)目。其中VEX機(jī)器人比賽項(xiàng)目是機(jī)器人競(jìng)賽的一個(gè)重要項(xiàng)目。4）近年來(lái)，我校參與了南岸區(qū)牽頭的課程改革和課程領(lǐng)導(dǎo)力建設(shè)在校本課程設(shè)計(jì)方面有了一點(diǎn)嘗試，但還不系統(tǒng)，不成體系。另一方面我校參加全國(guó)、市、區(qū)組織的各級(jí)VEX機(jī)器人工程挑戰(zhàn)賽已有 7年，成立了機(jī)器人工作室，有6套VEX機(jī)器人，專(zhuān)業(yè)輔導(dǎo)教師2名，在這段時(shí)間，我校參加區(qū)、市、全國(guó)各類(lèi)比賽也取得了比較好的成績(jī)，如全國(guó)青少年機(jī)器人競(jìng)賽初中組二、三等獎(jiǎng)，市機(jī)器人大賽連續(xù)幾屆一等獎(jiǎng)等，這些成績(jī)?cè)谥貞c市內(nèi)有較大影

3、響。 近三年，我校也在這一項(xiàng)目的校本教材編寫(xiě)、課程標(biāo)準(zhǔn)制訂、課程評(píng)價(jià)體系方面做了一些嘗試。但是這一項(xiàng)目還沒(méi)能形成一門(mén)成熟校本課程。因此我們選擇了這一課題進(jìn)行研究,希望通過(guò)此立項(xiàng)課題的研究，可以改變我校沒(méi)有正規(guī)的機(jī)器人課程學(xué)習(xí)的現(xiàn)狀,使我校的學(xué)生有一門(mén)正規(guī)可以選修的校本課程，讓學(xué)習(xí)機(jī)器人技術(shù)的學(xué)生在學(xué)習(xí)機(jī)器人課程時(shí)有正規(guī)化的課程內(nèi)容和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)標(biāo)準(zhǔn)。另外,可以通過(guò)此校本課程的開(kāi)發(fā)，提升研究教師的課程理論研究水平，同時(shí)讓VEX機(jī)器人的學(xué)習(xí)有課程體系作支撐,豐富VEX機(jī)器人的學(xué)習(xí)內(nèi)容。1.2研究意義1) 理論意義。,及時(shí)融(1) 校本課程開(kāi)發(fā)盡可能地反映社區(qū)、學(xué)校和學(xué)生的差異性進(jìn)最新的科技成果、 社

4、會(huì)問(wèn)題，充分考慮到教師的積極參與、學(xué)生的認(rèn)知背景與需要，為學(xué)生提供多樣化的課程選擇，它在一定范圍內(nèi)可以補(bǔ)充國(guó)家課程開(kāi)發(fā)的不足。(2)使創(chuàng)新教育理論與創(chuàng)新教育實(shí)踐有機(jī)結(jié)合。在國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(20102020)中明確提出了創(chuàng)新人才的培養(yǎng)模式,并,正為創(chuàng)新教育曾40多次提到“創(chuàng)新” 一詞。機(jī)器校本課程的開(kāi)發(fā)和實(shí)施 理論與創(chuàng)新教育實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合以及創(chuàng)新成果的保護(hù)提供了有效的平臺(tái)。(3)為培養(yǎng)學(xué)生具備“ 21世紀(jì)技能”提供了有效的平臺(tái)。適應(yīng)能力、多種交流能力、非公式化的問(wèn)題解決能力、自我管理及自我發(fā)展能力、系統(tǒng)化的思維能力被稱(chēng)為“21世紀(jì)技能”的組成部分。機(jī)器人課程以它自身具有的鮮明特

5、點(diǎn)，能為培養(yǎng)學(xué)生具備“ 21世紀(jì)技能”提供有效的平臺(tái)。2) 實(shí)踐價(jià)值。(1)學(xué)生發(fā)展的需要。在中小學(xué)機(jī)器教學(xué)活動(dòng)中，學(xué)生必須親手設(shè)計(jì)與制作機(jī)器人，自己決定在組裝機(jī)器人的過(guò)程中用到哪些零部件。在電腦 上設(shè)計(jì)程序，然后再不斷地進(jìn)行試驗(yàn)，不斷地修改相關(guān)設(shè)備參數(shù)，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的實(shí)施效果。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生可以得到很多方面的鍛煉。,讓沒(méi)(2) 提升學(xué)生參加機(jī)器人競(jìng)賽能力的途徑。通過(guò)本課題的研究接觸過(guò)VEX機(jī)器人工程挑戰(zhàn)賽的學(xué)生從零起點(diǎn)學(xué)起以參加比賽為目標(biāo)之,在搭建VEX比賽機(jī)器人的過(guò)程中，以解決一個(gè)接一個(gè)的問(wèn)題為目標(biāo)以小組為單位分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，在實(shí)踐中設(shè)計(jì)方案，在解決問(wèn)題的過(guò) 程中逐步成長(zhǎng)。最終在大賽

6、中取得好成績(jī)。(3) 學(xué)?？蒲信d校的需要。實(shí)現(xiàn)科研興校是我校近幾年發(fā)展規(guī)劃目標(biāo)中十分重要的一個(gè)方面，也是教師隊(duì)伍內(nèi)涵發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，更是我們學(xué)校能否再上一個(gè)新臺(tái)階的關(guān)鍵。抓住課題研究這個(gè)機(jī)會(huì),通過(guò)專(zhuān)家的引領(lǐng)，教師參與教育科研活動(dòng)，從而提高全體教師的素質(zhì)，解決教育教學(xué)中的實(shí) 際問(wèn)題，提高教育質(zhì)量和效益，高效優(yōu)質(zhì)地實(shí)現(xiàn)學(xué)校內(nèi)涵發(fā)展。(4) 有利于教師的專(zhuān)業(yè)發(fā)展。校本課程開(kāi)發(fā)賦予了教師一定的自主權(quán)充分調(diào)動(dòng)了教師積極參與課程開(kāi)發(fā)的熱情，為教師提供了發(fā)揮創(chuàng)造性空間和大顯身手的機(jī)會(huì)。教師參與課程開(kāi)發(fā)有助于提高教師的專(zhuān)業(yè)水平和課程 意識(shí)，對(duì)實(shí)施國(guó)家課程和地方課程也有促進(jìn)作用。機(jī)器人是全新的信息技 術(shù)教學(xué)領(lǐng)域

7、,在開(kāi)展機(jī)器人課程開(kāi)發(fā)過(guò)程中，教師不僅是實(shí)施者，更是教學(xué)的設(shè)計(jì)者、教材的編制者。這些都要求教師在教學(xué)過(guò)程中不斷地去探索規(guī)律，提高自身的理論素養(yǎng)。不僅要有扎實(shí)的基本功,專(zhuān)業(yè)的學(xué)科知識(shí)，精湛的教學(xué)藝術(shù)，還要有整合貫通的綜合能力。2理論基礎(chǔ)與依據(jù)2.1皮亞杰建構(gòu)主義理論教育心理學(xué)家強(qiáng)調(diào)，在建構(gòu)主義看來(lái)，認(rèn)識(shí)是一種適應(yīng)性活動(dòng)，皮亞杰認(rèn)為，學(xué)習(xí)并不是個(gè)體獲得越來(lái)越多外部信息的過(guò)程,而是學(xué)到越來(lái)越多有關(guān)他們認(rèn)識(shí)事物的程序 ，即建構(gòu)了新的認(rèn)識(shí)圖式。VEX機(jī)器人課程涉及的內(nèi)容廣泛，有著許多交叉領(lǐng)域的知識(shí)，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，因此學(xué)生無(wú)法按照一個(gè)固定的路徑或模式來(lái)接收相應(yīng)內(nèi)容，也不能將待解決的實(shí)際問(wèn)題按照其特點(diǎn)歸類(lèi)，

8、再逐步分類(lèi)解決。從硬件的搭建、編寫(xiě)程序、調(diào)試程序，到運(yùn)用各學(xué)科知識(shí)完成某項(xiàng)任務(wù)，都由學(xué)生在相互的對(duì)話、討論以及嘗試中逐漸形成，在此過(guò)程中，學(xué)生不僅能共享提供的資源、工具，還能在協(xié)商中分享各自的經(jīng)驗(yàn)、觀點(diǎn) ，相互學(xué)習(xí)、取長(zhǎng)補(bǔ)短。2.2多元智能理論霍華德加德納的多元智能理論認(rèn)為，兒童天生有八種智能：視覺(jué)空間智能、數(shù)理邏輯智能、語(yǔ)言智能、音樂(lè)智能、身體運(yùn)動(dòng)智能、人際交往智能,發(fā)揮功能，又和自我認(rèn)識(shí)智能、自然觀察者智能。這八種智能互相合作機(jī)器人同時(shí)獨(dú)立地存在。兒童會(huì)利用這八種智能認(rèn)識(shí)這個(gè)世界和創(chuàng)造知識(shí)。課程對(duì)促進(jìn)學(xué)生的多元智能也是有幫助的，機(jī)器人制作活動(dòng)透過(guò)真實(shí)的情境，親身的體驗(yàn)，使用積木、傳感器、馬

9、達(dá)及齒輪等組件設(shè)計(jì)和制作自己 的機(jī)器人，并為機(jī)器人編寫(xiě)程序，使它完成指定的動(dòng)作。機(jī)器人制作也是一個(gè)跨學(xué)科的課程，要靈活運(yùn)用各種學(xué)科（包括物理、邏輯、機(jī)械、電子和 軟件編程等），不但能培養(yǎng)學(xué)生的共通能力，對(duì)多元智能的開(kāi)發(fā)也有一定 的作用。2.3合作學(xué)習(xí)理論合作學(xué)習(xí)現(xiàn)在已成為當(dāng)代教育理論、研究和實(shí)踐領(lǐng)域中影響最大和成果最多的改革之一。它要求以學(xué)生為主體，圍繞教學(xué)的主題，以合作的學(xué)習(xí)方式，由學(xué)生進(jìn)行合作互助、探索研究，通過(guò)學(xué)生能動(dòng)性、主動(dòng)性發(fā)揮利用合作性人際交往，促成學(xué)生認(rèn)知、情感和社會(huì)性的全面發(fā)展，培養(yǎng)發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。中小學(xué)生雖然對(duì)機(jī)器人所涉及的各個(gè)學(xué)科 領(lǐng)域的知識(shí)都知之甚少，甚至可

10、以說(shuō)連新手都談不上。但如果能提供了一個(gè)合作學(xué)習(xí)的環(huán)境，讓他們參與到機(jī)器人的設(shè)計(jì)與制作活動(dòng)中來(lái)，并在個(gè)體之間的對(duì)話、協(xié)作、沖突中互動(dòng)，組成一個(gè)實(shí)踐共同體，具有共同的目標(biāo)、協(xié)商的意義、實(shí)踐、形成相互依賴(lài)的系統(tǒng)，從而能把新知識(shí)和現(xiàn)有的知 識(shí)整合起來(lái)，明確闡述問(wèn)題和推論，不斷地評(píng)論和重組他們的思維，促進(jìn)調(diào)節(jié)。所以機(jī)器人的課堂教學(xué)中，在完成基本的知識(shí)把握之后，關(guān)鍵是同學(xué)們以小組合作為形式，進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)、編制程序、組裝部件、演習(xí)實(shí)驗(yàn)研 究、研究反思等。2.4認(rèn)知-發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)理論認(rèn)知心理學(xué)家布魯納認(rèn)為，學(xué)生不是被動(dòng)的知識(shí)接受者，而是積極的信息加工者。學(xué)生的學(xué)習(xí)包括三個(gè)幾乎同時(shí)發(fā)生的過(guò)程:獲得新信息；轉(zhuǎn)換信息；

11、評(píng)價(jià)、加工處理信息。布魯納發(fā)現(xiàn)的學(xué)習(xí)教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)內(nèi)部學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī) 的作用。本課題中,合理的VEX機(jī)器人設(shè)計(jì),能夠讓學(xué)生邊做邊想,教師 提供給學(xué)生獨(dú)立思考的條件，而不是提供結(jié)果和知識(shí)，從而讓學(xué)生成為知 識(shí)的主動(dòng)吸收者。3核心概念界定VEX機(jī)器人設(shè)計(jì)：是學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)器人、進(jìn)行科技創(chuàng)新活動(dòng)的平臺(tái)。通過(guò)對(duì)這一機(jī)器人的學(xué)習(xí)與開(kāi)發(fā) ，學(xué)生可以更好地掌握科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)的知識(shí),同時(shí)利用VEX機(jī)器人平臺(tái),可以讓教師和學(xué)生了解并開(kāi)展與STEM:移動(dòng)機(jī)有關(guān)的課程，從而更好地發(fā)揮他們的聰明才智。涵蓋內(nèi)容主要包括器人，機(jī)械臂，機(jī)械化自動(dòng)，機(jī)械系統(tǒng)，安防系統(tǒng)模擬裝置，小型住宅結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)，人工智能等。校本課程開(kāi)發(fā)：是指學(xué)

12、校為了達(dá)到教育目的或 解決學(xué)校的教育問(wèn) 題,依據(jù)學(xué)校自身的性質(zhì)、 特點(diǎn)、條件以及可以利用和開(kāi)發(fā)的資源，由學(xué)校教育人員與校外團(tuán)體或個(gè)人合作開(kāi)展的課程開(kāi)發(fā)活動(dòng)。校本課程開(kāi)發(fā)是促進(jìn)教師專(zhuān)業(yè)發(fā)展的又一條重要途徑，因?yàn)樾１菊n程開(kāi)發(fā)不僅對(duì)教師提出了新的要求，還為教師的專(zhuān)業(yè)發(fā)展提供了可能性。本課題所指的校本課程開(kāi)發(fā)是 專(zhuān)指以VEX機(jī)器人設(shè)計(jì)方法為主的學(xué)習(xí)課程內(nèi)容。4同類(lèi)課題的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀述評(píng)4.1研究現(xiàn)狀截至2016年1月，在中國(guó)學(xué)術(shù)期刊網(wǎng)絡(luò)出版總庫(kù)、中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)、中國(guó)優(yōu)秀碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù)、中國(guó)重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫(kù)以關(guān)鍵詞檢索,VEX機(jī)器人設(shè)計(jì)校本課程相關(guān)研究文獻(xiàn)如下1)“ VEX機(jī)器人

13、課程”的相關(guān)文獻(xiàn)0篇;2)“VEX機(jī)器人”的相關(guān)文獻(xiàn) 5篇;3)“機(jī)器人課程”的相關(guān)文獻(xiàn)11篇;4)“機(jī)器人”相關(guān)文獻(xiàn)28 956篇;5)“機(jī)器人教育”的相關(guān)文獻(xiàn)42篇。4.2主要研究成果1）機(jī)器人教育理論。如彭紹東在電化教育研究上發(fā)表的論機(jī)器人教育（上）和（下）是對(duì)機(jī)器人教育較為系統(tǒng)、完整的研究。2）機(jī)器人教學(xué)的探索。對(duì)機(jī)器人教學(xué)的探索主要集中在兩個(gè)方面是對(duì)機(jī)器人學(xué)科教學(xué)的探索，二是機(jī)器人教育與其他課程的整合方面。如董艷秋的探究式學(xué)習(xí)的實(shí)踐探索一一機(jī)器人在物理實(shí)驗(yàn)探究中的應(yīng)用 麗文的“高中機(jī)器人探秘教學(xué)設(shè)計(jì)”。3）對(duì)機(jī)器人競(jìng)賽的研究。由于目前機(jī)器人競(jìng)賽在機(jī)器人教育中的作用與影響，國(guó)內(nèi)學(xué)者也對(duì)

14、機(jī)器人競(jìng)賽做了一些研究。研究?jī)?nèi)容主要集中于對(duì) 競(jìng)賽的剖析，競(jìng)賽器械的制作等等。 例如趙玉良的“中小學(xué)足球機(jī)器人系統(tǒng),浙江寧波市的鄞設(shè)計(jì)”，何智的“中小學(xué)生機(jī)器人競(jìng)賽的教育價(jià)值述評(píng)” 州中學(xué)把VEX機(jī)器人開(kāi)設(shè)為校本課程,名為VEX機(jī)器人工程建設(shè)。4）教育資源的建設(shè)。由于機(jī)器人教育剛起步，機(jī)器人教育資源較匱乏。；中小主要有：關(guān)于機(jī)器人優(yōu)秀主題網(wǎng)站展臺(tái)一一小學(xué)機(jī)器人教育專(zhuān)題研究 學(xué)機(jī)器人教學(xué)資源網(wǎng)站推介；優(yōu)秀主題網(wǎng)站展臺(tái)一一機(jī)器人教育在線等。4.3現(xiàn)狀述評(píng)從已有的研究我們發(fā)現(xiàn)在數(shù)量上，機(jī)器人教育的研究目前相對(duì)來(lái)說(shuō)都比較少。多數(shù)的文獻(xiàn)都是一些簡(jiǎn)單的論文,真正把機(jī)器人教育作為課題來(lái)研究的只有幾個(gè)。在研究

15、角度上,機(jī)器人教育的研究主要是對(duì)機(jī)器人教育價(jià)值的挖掘教學(xué)實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展，機(jī)器人教育理論的闡述，機(jī)器人教育經(jīng)驗(yàn)的介紹。但把機(jī)器人教育作為校本課程來(lái)開(kāi)發(fā)的還沒(méi)有。關(guān)于VEX機(jī)器人設(shè)計(jì)方面的校本教材，校本課程更是沒(méi)有。我校的機(jī)器人校本課程研究剛剛啟步以往屬于課外活動(dòng)開(kāi)展，前兩年我們編寫(xiě)了相關(guān)的校本教材與課程標(biāo)準(zhǔn)而本課程還沒(méi)有一個(gè)成熟的開(kāi)發(fā)體系，所以有必要針對(duì)校本課程的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)一個(gè)成熟的體系。5研究的創(chuàng)新及研究的假設(shè)5.1研究的創(chuàng)新我校的VEX機(jī)器人校本課程的開(kāi)發(fā)擬完整的開(kāi)發(fā)一整套有關(guān)學(xué)生學(xué)習(xí)VEX機(jī)器人設(shè)計(jì)的技術(shù)型課程，有著完備的課程開(kāi)發(fā)的體系建設(shè)，與以往很多學(xué)校的興趣活動(dòng)小組的建設(shè)有著本質(zhì)的不同。更為

16、重要的是我們主要是把VEX機(jī)器人的內(nèi)容開(kāi)發(fā)為成熟的校本課程體系，為以后的教學(xué)實(shí)施找到了正規(guī)化的方向。5.2研究的假設(shè)通過(guò)本課題的研究能探索出通過(guò)機(jī)器人設(shè)計(jì)提高學(xué)生創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力的策略，構(gòu)建與之相適應(yīng)的課程標(biāo)準(zhǔn)、教學(xué)模式，豐富和完善學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力提高的理論體系。6研究的目標(biāo)及內(nèi)容6.1研究的目標(biāo)1）提升教師課程研究的理論水平,提高教師的 VEX機(jī)器人教學(xué)能力。2）形成我校的科技類(lèi)特長(zhǎng),有正規(guī)的VEX機(jī)器人課程體系,提升學(xué)生的自我創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力，良好的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)。3）提升學(xué)生的機(jī)器人競(jìng)賽能力。.2研究的內(nèi)容1) VEX機(jī)器人設(shè)計(jì)校本課程標(biāo)準(zhǔn)研制。2) VEX機(jī)器人設(shè)計(jì)校本課程開(kāi)發(fā)研究。3) VEX機(jī)器人設(shè)計(jì)校本課程實(shí)施研究。4) VEX機(jī)器人設(shè)計(jì)校本課程評(píng)價(jià)體系研究。7研究的對(duì)象及范圍本課題研究的對(duì)象為科技類(lèi)特長(zhǎng)學(xué)生，范圍為我校學(xué)生中有興趣、長(zhǎng)期堅(jiān)持學(xué)習(xí)VEX機(jī)器人技術(shù)的學(xué)生。8研究思路及方法8.1研究思路8.2研究方法1）文獻(xiàn)研究