《智能機(jī)器人在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力方面的研究》研究報告

《利用智能機(jī)器人培養(yǎng)開發(fā)學(xué)生創(chuàng)新能力》研究報告一、課題研究的背景、目的和意義1．課題研究的背景。醫(yī)藥技術(shù)、信息技術(shù)的發(fā)展對社會產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。教育如何適應(yīng)科學(xué)技術(shù)的巨大變化已經(jīng)引起世界各國的注意，從我們的教育理念“為了學(xué)生的終身發(fā)展”可以看出：只有不斷地學(xué)習(xí)，不斷創(chuàng)新，才能跟上時代的步伐。重復(fù)性工作已經(jīng)無法滿足社會的發(fā)展，社會需要具有創(chuàng)新意識、有創(chuàng)造性思維的人才。21世紀(jì)中期，人類社會將全面進(jìn)入以智能機(jī)器人為代表的智能時代。最近10年，有關(guān)機(jī)器人的研究與應(yīng)用水平將取得重大突破。機(jī)器人的廣泛應(yīng)用將極大促進(jìn)社會生產(chǎn)力的發(fā)展與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整。通過機(jī)器人教育的實(shí)施，推進(jìn)教育創(chuàng)新，促進(jìn)教育改革和教育現(xiàn)代化，對創(chuàng)造型、研究型、專家型教師隊伍的形成，對提高中小學(xué)生的創(chuàng)新和實(shí)踐能力，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和戰(zhàn)略意義。質(zhì)，必然開拓一條新的渠道。2．課題研究的目的、意義通過該課題實(shí)施，我們旨在進(jìn)行智能機(jī)器人在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力方面的研究，同時培養(yǎng)一批有能力的輔導(dǎo)教師和學(xué)生群體機(jī)器人愛好者，通過傳、幫、帶模式的鞏固，形成機(jī)器人研究的良性循環(huán)。目前，日本、美國等一些發(fā)達(dá)國家高度重視機(jī)器人學(xué)科教育對高科技社會可以預(yù)見，在我國今后的教育教學(xué)中，機(jī)器人必然將異軍突起，成為一個新的教學(xué)資源并逐步發(fā)展為一門獨(dú)立的課程，提前進(jìn)行這方面的研究，將有利于機(jī)器人的普及，并在機(jī)器人培養(yǎng)學(xué)生素質(zhì)方面提供借鑒。開設(shè)本課題，可以充分利用新的智能機(jī)器人資源，開發(fā)學(xué)生的智力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，提高學(xué)生的創(chuàng)造思維，對于學(xué)生綜合素質(zhì)的提高將起到重要作用。雖然目前在機(jī)器人教學(xué)開展時面臨資金不足、機(jī)器人價格昂貴、數(shù)量不足、機(jī)器人教師資源不足等方面的問題，但是隨著研究的深入和逐步的普及，這些問題肯定會得到解決，一旦有了硬件的的保障，在大范圍內(nèi)普及機(jī)器人教學(xué)就成為可能，我們對于學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)就將多出一條嶄新的途徑，我們接近和趕超先進(jìn)國家也就指日可待。二、課題研究的理論依據(jù)由于智能機(jī)器人位于信息技術(shù)發(fā)展的前沿領(lǐng)域，集材料、機(jī)械制造、能源轉(zhuǎn)換、生物仿真、信息技術(shù)之大成，是綜合性很強(qiáng)的現(xiàn)代技術(shù)。它具有高度綜合滲透性、前瞻未來性、創(chuàng)新實(shí)踐性，蘊(yùn)涵著極其豐富的教育資源。以樂高機(jī)器人為例，它包含了傳感器、馬達(dá)、和各種各樣數(shù)量眾多的配件，可以衍生無RCX為了充分發(fā)揮智能機(jī)器人的作用，我們借鑒了建構(gòu)主義先進(jìn)教育理念和多元智能發(fā)展的相關(guān)理論，滲透的課題研究的過程中，讓學(xué)生成為學(xué)習(xí)的主體，使其主動參與到機(jī)器人知識、思路、技術(shù)研究的各個領(lǐng)域中，更多更好的獲取研究成果，而教師在研究的過程中要改變以往的角色定位，作為學(xué)生的朋友，給學(xué)生創(chuàng)造合適的實(shí)踐環(huán)境和良好的研究氛圍，影響他們，鼓勵他們，通過問題任務(wù)驅(qū)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)研究，通過合理分組搭配充分發(fā)揮群體智慧，通過討論交流獲得提高升華。三、課題研究的基本過程（一）研究目標(biāo)通過該課題，我們探討智能機(jī)器人在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力方面的優(yōu)勢和有效途徑，確立智能機(jī)器人在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力方面的教學(xué)模式，研究智能機(jī)器人在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的有效方法和經(jīng)驗(yàn)，借此培養(yǎng)學(xué)生對智能機(jī)器人的興趣，讓學(xué)生了解和掌握以智能機(jī)器人為載體的通用技術(shù)與信息技術(shù)的基本知識和技能，了解技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用對人類生活和科學(xué)的深刻影響。通過智能機(jī)器人課程培養(yǎng)學(xué)生良好的信息素養(yǎng)、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。（二）研究內(nèi)容通過該課題的實(shí)施，我們主要就智能機(jī)器人在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力方面進(jìn)行研究，深入挖掘智能機(jī)器人的優(yōu)勢，研究發(fā)揮其作用的多種途徑和使用方法，通過分組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對比研究，探討培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的有效方法。同時，由于對學(xué)生創(chuàng)新能力的判斷還沒有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，傳統(tǒng)的教學(xué)方式與教材傾向于學(xué)生往往處于這樣一種感覺狀態(tài)：解決問題的途徑是唯一的，這樣，學(xué)生的創(chuàng)造性就得不到恰當(dāng)?shù)拈_發(fā)。導(dǎo)致的結(jié)果是他們只是接受已有的知識體系，而不是主動去探討、去發(fā)現(xiàn)新的東西。我們設(shè)想通過開展智能機(jī)器人活動，不僅有趣，更為他們提供了開放性的問題解決方案，學(xué)生可以用不同的方法達(dá)到同一項目標(biāo)，從而鼓勵學(xué)生充分發(fā)揮想象力、創(chuàng)造力，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維，提高學(xué)生的創(chuàng)新精神。把機(jī)器人技術(shù)應(yīng)該納入創(chuàng)新教育的軌道，作為一種創(chuàng)新教具給最廣大的學(xué)生提供學(xué)習(xí)的機(jī)會，提升最廣的學(xué)生的創(chuàng)新能力、培育他們的（三）研究方法以達(dá)到某種調(diào)查研究目的的方法。間因果關(guān)系的方法?？晒┧私梃b的規(guī)律性的理性認(rèn)識的活動。或有新的發(fā)現(xiàn)、再計劃、再實(shí)施、再評價或發(fā)現(xiàn)……的方式不斷進(jìn)行。（四）研究基本過程和成果1.2006920077創(chuàng)新能力方面的優(yōu)勢和有效途徑。為了更好地發(fā)揮機(jī)器人的教學(xué)作用，我們組織課題組老師積極參加高密市和濰坊市組織的多次機(jī)器人培訓(xùn)活動，通過培訓(xùn)學(xué)習(xí)了解了機(jī)器人的構(gòu)造、編程和使用方法，然后再具體商討研究怎樣實(shí)施智能機(jī)器人教學(xué)，并在教學(xué)中探討和傳統(tǒng)教學(xué)相比智能機(jī)器人具有怎樣的優(yōu)勢，通過建立多元化目標(biāo)檢測體系我們對參加機(jī)器人小組的學(xué)生成員和沒有接受機(jī)器人教育的學(xué)生進(jìn)行對比檢測，通過數(shù)據(jù)的對比分析研究，我們發(fā)現(xiàn)智能機(jī)器人在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力方面具備傳統(tǒng)教學(xué)所無法比擬的優(yōu)勢，課題組的老師們也在這方面有了深刻的體會撰寫完成了相關(guān)的論文。2.2007920087要研究的方向是智能機(jī)器人在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力方面的教學(xué)模式研究。因?yàn)橹挥薪⒘艘粋€相對完整的可操作的的教學(xué)模式，才便于成果的推廣，最大限度的利用好這一優(yōu)質(zhì)的高科技教育教學(xué)資源，使學(xué)生的綜合素質(zhì)得到提高，通過這一階段的研究，我們初步形成了智能機(jī)器人教學(xué)的教育模式。通過教學(xué)實(shí)踐我們通過多次歸納和總結(jié)形成了“問題驅(qū)動”的教學(xué)模式。課題組的老師們也在這個過程中提高了對教育教學(xué)的理解，深化了教學(xué)理念，并撰寫了相關(guān)的研究論文。3.2008920097合研究智能機(jī)器人在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力方面發(fā)揮的作用，通過比較分析，不斷研究加深，糾正思路，改進(jìn)研究策略，得到相對可靠的數(shù)據(jù)，最后再對這三年中的各項研究成果進(jìn)行歸納總結(jié)，完成了該課題的研究報告。四、研究的設(shè)計與實(shí)施：（一）研究的基本策略：提供豐富學(xué)習(xí)資源，奠定知識基礎(chǔ)我們知道，學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的提高是離不開知識基礎(chǔ)的，只有當(dāng)學(xué)生具備足夠的知識儲備，在面臨一些新奇的問題時，才能憑借自己的經(jīng)驗(yàn)、洞察力及創(chuàng)造力來產(chǎn)生新觀點(diǎn)，在一些互不相關(guān)的事情之間建立聯(lián)系，創(chuàng)造性地解決問題。在實(shí)踐中我們發(fā)現(xiàn)，文本教材中的知識呈現(xiàn)方式是靜止的，信息是有限的，更有甚者有的知識遠(yuǎn)離學(xué)生生活實(shí)際、是抽象的、干巴巴的，學(xué)生學(xué)習(xí)沒有興趣，光憑教師的講解學(xué)生也難于理解。因此，我們積極開發(fā)機(jī)器人課件，利用代教育技術(shù)所具備的集成性和綜合性就能克服上述的這些弊端，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，提高教學(xué)的效益，幫助學(xué)生熟練掌握和運(yùn)用知識，起到事半功倍之效率。營造探究環(huán)境，誘發(fā)創(chuàng)新實(shí)踐證明，學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力并不是教師教出來的，而是憑借學(xué)生自己的經(jīng)驗(yàn)不斷地猜測、聯(lián)想、探究、體驗(yàn)而形成的。我們對傳統(tǒng)教育環(huán)境和創(chuàng)新教育環(huán)境進(jìn)行對比：傳統(tǒng)教育環(huán)境單一感官刺激孤立學(xué)習(xí)信息傳遞被動學(xué)習(xí)后攝反應(yīng)孤立的、虛構(gòu)的情境

創(chuàng)新教育環(huán)境多感官刺激合作學(xué)習(xí)信息交流主動//探究性學(xué)習(xí)前攝或有計劃的行為真實(shí)的，現(xiàn)實(shí)世界的情境從對比中可以看出：只有為機(jī)器人教育營造創(chuàng)新環(huán)境才能最大限度挖掘?qū)W生的創(chuàng)造潛能。因此，我們應(yīng)充分發(fā)揮現(xiàn)代教育技術(shù)的優(yōu)勢，為學(xué)生營造探究環(huán)境，誘發(fā)創(chuàng)新，提高其創(chuàng)新能力。提供展示平臺，物化創(chuàng)新在課題實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)學(xué)生完成探究任務(wù)之后，我們就充分利用現(xiàn)代教育技術(shù)的優(yōu)勢，通過演示操作、小組競賽或?qū)嵨锿队?，或?qū)C(jī)器人探究活動的成果上傳到網(wǎng)上等方式將自己或所在團(tuán)隊的機(jī)器人研究成果向老師或同學(xué)展出，使他們看到自己的創(chuàng)新成果，體驗(yàn)到成功的快樂，獲得一種成就感，同時學(xué)生的實(shí)踐能力也得到了提高。（二）具體措施加強(qiáng)硬件建設(shè)與軟件開發(fā)管理硬件建設(shè)：學(xué)校積極籌措資金、充實(shí)有關(guān)設(shè)備。準(zhǔn)備購買新機(jī)器人器材的資金，為機(jī)器人活動添加硬件設(shè)備。以此來創(chuàng)設(shè)了良好的機(jī)器人學(xué)習(xí)環(huán)境，推動機(jī)器人教學(xué)。軟件開發(fā)管理：為滿足教學(xué)的需要，我們要不斷豐富圖書資料，購置了機(jī)器人開發(fā)軟件。積極開發(fā)機(jī)器人教學(xué)多媒體課件，加快建立多媒體資料庫，不更使廣大學(xué)生能輕松的步入機(jī)器人的世界。著力提高教師素質(zhì)我們著力通過培訓(xùn)、教研、講座三個環(huán)節(jié)來提高教師素質(zhì)。為教師是實(shí)驗(yàn)的直接參與者，只有當(dāng)教師充分認(rèn)識到機(jī)器人技術(shù)的價值，對課題研究充滿信心并熱情投入時，課題研究才能收到良好的效果。為此，我們要加強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)教師的理論學(xué)習(xí)。首先要抓的是教育觀念的更新，我們準(zhǔn)備通過學(xué)習(xí)先進(jìn)的教學(xué)資料，組織教師認(rèn)真學(xué)習(xí)相關(guān)教育理論和文件。幫助教師從理論上提高對課題實(shí)驗(yàn)的必要性、重要性的認(rèn)識，促進(jìn)教師進(jìn)一步樹立正確的教育觀念，為實(shí)驗(yàn)的順利開展奠定堅實(shí)的思想基礎(chǔ)。加強(qiáng)教研。為適應(yīng)課題研究的需要，我們要進(jìn)一步開展實(shí)驗(yàn)教師專題討論；開展課外機(jī)器人活動的現(xiàn)場觀摩，并進(jìn)行案例分析，積累在實(shí)際教學(xué)經(jīng)使實(shí)驗(yàn)教師在相互交流中提高，在實(shí)踐探索中成長。論基礎(chǔ)，并請專家進(jìn)行現(xiàn)場指導(dǎo)，對涌現(xiàn)出的好作法、好經(jīng)驗(yàn)，及時總結(jié)、推廣；對發(fā)現(xiàn)的問題，面對面地進(jìn)行指導(dǎo)幫助。有效地調(diào)動了教師的積極性，確保實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。（三）目標(biāo)檢測體系與統(tǒng)計數(shù)據(jù)在課題實(shí)驗(yàn)中，我們通過詳細(xì)研究細(xì)化，最終構(gòu)建了能體現(xiàn)評價內(nèi)容的評價模塊，評價模塊從參與狀態(tài)、創(chuàng)新意識、學(xué)習(xí)方式、創(chuàng)新成果等方面對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和結(jié)果進(jìn)行評價，沒一階段都利用下表對學(xué)生進(jìn)行評價檢測，通過學(xué)生自評、教師評價將果累記匯總，最后進(jìn)行歸納總結(jié)為課題研究提供可供參立新中學(xué)智能機(jī)器人研究目標(biāo)檢測體系二級一級指標(biāo)指標(biāo)

三級分值 自評 校評 折合指標(biāo)C1:參加活動的積極主動性 4分A1:學(xué)生的B1:學(xué)生參與狀態(tài)考察C2:參與活動形式的靈活性 3分參與狀態(tài)與創(chuàng)新意B2:體現(xiàn)知識、能力識 情感有機(jī)結(jié)合30

C3:知識性目標(biāo) 4分C4:能力拓展目標(biāo) 5分C5:情感價值觀 4分B3:具備發(fā)散思維能力C6:具備動手實(shí)驗(yàn)操作能力 5分分達(dá)成 C7:創(chuàng)新思維意識 5分C8:合作意識 4分A2:學(xué)習(xí)方B4:采用合作學(xué)習(xí)方式C9:合作能力 4分式 C10:合作品質(zhì) 4分B5:體現(xiàn)主體性與創(chuàng)造C11:獨(dú)立解決問題能力 5分30 性 C12:求新性能力 5分 B6:在老師的指導(dǎo)下個C13:師生互動參與能力 4性發(fā)展

C14:主體發(fā)展意識 4分A3:創(chuàng)新成果

B7:電腦作品B8:科技發(fā)明制作

C15:電腦動畫 5分C16:電子報刊 5分C17:小發(fā)明、小制作 5分C18:科技實(shí)踐活動 4分C19:足球機(jī)器人獲獎成果 7分40 B9:（足球、C20:滅火機(jī)器人獲獎成果 7分分 滅火創(chuàng)意等獲獎成C21:創(chuàng)意等其它類型智能機(jī)果 7分器人獲獎成果總分3070項目的得分。五、研究結(jié)論：經(jīng)過最終檢測我們得到的統(tǒng)計結(jié)果如下圖所示：目標(biāo)檢測統(tǒng)計表機(jī)器人成員 對比班成員自評校評折合自評校評折合C13.83.63.66C13.53.23.29C22.62.62.6C22.62.22.32C33.83.73.73C33.63.43.46C44.54.44.43C44.54.14.22C53.63.53.53C53.23.13.13C64.84.64.66C64.94.24.41C74.64.64.6C74.34.14.16C843.93.93C83.83.83.8C93.93.93.9C93.63.53.53C1043.83.86C103.73.73.7C114.94.84.83C114.84.54.59C124.84.84.8C124.64.44.46C134.94.94.9C134.94.84.83C1443.93.93C143.63.43.46C154.84.54.59C15444C164.74.64.63C164.24.14.13C173.83.83.8C173.63.53.53C184.84.64.66C183.23.13.13C196.86.56.59C19000C206.86.66.66C20000C216.96.96.9C215.65.45.46利用工具生產(chǎn)的圖表如下所示：會對于學(xué)生綜合素質(zhì)的提高具有重大意義。學(xué)生的創(chuàng)新思維明顯得到改善通過學(xué)生的能力知識、發(fā)散思維、創(chuàng)造能力、新課程實(shí)施等方面我們檢測發(fā)現(xiàn)，參加智能機(jī)器人培訓(xùn)的學(xué)生在這方面有明顯的提高學(xué)生的學(xué)習(xí)方式得到改變通過學(xué)生學(xué)習(xí)方式、解決問題的能力、個性發(fā)展、主體發(fā)展等方面的考察檢測，參加培訓(xùn)的學(xué)生水平明顯比沒有參加以前有顯著提高，與沒有參加培訓(xùn)的平行對比組檢測發(fā)現(xiàn)也出現(xiàn)了顯著差異。學(xué)生的創(chuàng)新能力明顯提高參加培訓(xùn)的學(xué)生在機(jī)器人創(chuàng)意設(shè)計、電腦作品制作、科技創(chuàng)新發(fā)明等方面明顯比對照組的同學(xué)有顯著提高。六、問題與思考：經(jīng)過近幾年來的實(shí)踐，我們充分認(rèn)識到提高學(xué)生創(chuàng)新能力的重要性，在機(jī)器人教育中提高創(chuàng)新能力和素養(yǎng)的深刻內(nèi)涵?；仡欉^去的工作，我們發(fā)現(xiàn)對于機(jī)器人的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，怎樣充分利用智能機(jī)器人培養(yǎng)開發(fā)學(xué)生創(chuàng)新能力，還有很多問題有待解決。發(fā)展，需要學(xué)校每年投入大量的資金保障，這對于處于義務(wù)教育階段的學(xué)校來說存在一定的困難。機(jī)器人課程還沒有完全得到普及和開展之前，教師的培訓(xùn)和課題研究的時間都不容易得到保證，各級部門的相關(guān)激勵和保障制度也需要在實(shí)踐中進(jìn)行不斷的完善。七、課題組成員簡介課題負(fù)責(zé)人：荊世興，現(xiàn)任高密市立新中學(xué)電教中心主任，濰坊市信息技術(shù)教學(xué)能手，中學(xué)一級教師，擅長學(xué)習(xí)和研究，在機(jī)器人輔導(dǎo)方面具備較強(qiáng)的實(shí)力，輔導(dǎo)的學(xué)生多次在