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

《利用智能機器人培養(yǎng)開發(fā)學生創(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)生了深遠的影響。教育如何適應科學技術(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“為了學生的終身發(fā)展”可以看出：只有不斷地學習，不斷創(chuàng)新，才能跟上時代的步伐。重復性工作已經(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世紀中期，人類社會將全面進入以智能機器人為代表的智能時代。最近10年，有關(guān)機器人的研究與應用水平將取得重大突破。機器人的廣泛應用將極大促進社會生產(chǎn)力的發(fā)展與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整。通過機器人教育的實施，推進教育創(chuàng)新，促進教育改革和教育現(xiàn)代化，對創(chuàng)造型、研究型、專家型教師隊伍的形成，對提高中小學生的創(chuàng)新和實踐能力，具有重要的現(xiàn)實意義和戰(zhàn)略意義。質(zhì)，必然開拓一條新的渠道。2．課題研究的目的、意義通過該課題實施，我們旨在進行智能機器人在培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力方面的研究，同時培養(yǎng)一批有能力的輔導教師和學生群體機器人愛好者，通過傳、幫、帶模式的鞏固，形成機器人研究的良性循環(huán)。目前，日本、美國等一些發(fā)達國家高度重視機器人學科教育對高科技社會可以預見，在我國今后的教育教學中，機器人必然將異軍突起，成為一個新的教學資源并逐步發(fā)展為一門獨立的課程，提前進行這方面的研究，將有利于機器人的普及，并在機器人培養(yǎng)學生素質(zhì)方面提供借鑒。開設(shè)本課題，可以充分利用新的智能機器人資源，開發(fā)學生的智力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力，提高學生的創(chuàng)造思維，對于學生綜合素質(zhì)的提高將起到重要作用。雖然目前在機器人教學開展時面臨資金不足、機器人價格昂貴、數(shù)量不足、機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)普及機器人教學就成為可能，我們對于學生綜合能力的培養(yǎng)就將多出一條嶄新的途徑，我們接近和趕超先進國家也就指日可待。二、課題研究的理論依據(jù)由于智能機器人位于信息技術(shù)發(fā)展的前沿領(lǐng)域，集材料、機械制造、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)新實踐性，蘊涵著極其豐富的教育資源。以樂高機器人為例，它包含了傳感器、馬達、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)揮智能機器人的作用，我們借鑒了建構(gòu)主義先進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，讓學生成為學習的主體，使其主動參與到機器人知識、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，作為學生的朋友，給學生創(chuàng)造合適的實踐環(huán)境和良好的研究氛圍，影響他們，鼓勵他們，通過問題任務驅(qū)動學生自主學習研究，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）研究目標通過該課題，我們探討智能機器人在培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力方面的優(yōu)勢和有效途徑，確立智能機器人在培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力方面的教學模式，研究智能機器人在培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的有效方法和經(jīng)驗，借此培養(yǎng)學生對智能機器人的興趣，讓學生了解和掌握以智能機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)展及其應用對人類生活和科學的深刻影響。通過智能機器人課程培養(yǎng)學生良好的信息素養(yǎng)、創(chuàng)新精神和實踐能力。（二）研究內(nèi)容通過該課題的實施，我們主要就智能機器人在培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力方面進行研究，深入挖掘智能機器人的優(yōu)勢，研究發(fā)揮其作用的多種途徑和使用方法，通過分組實驗進行對比研究，探討培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的有效方法。同時，由于對學生創(chuàng)新能力的判斷還沒有一個統(tǒng)一的標準，傳統(tǒng)的教學方式與教材傾向于學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，學生的創(chuàng)造性就得不到恰當?shù)拈_發(fā)。導致的結(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，學生可以用不同的方法達到同一項目標，從而鼓勵學生充分發(fā)揮想象力、創(chuàng)造力，培養(yǎng)學生的發(fā)散性思維，提高學生的創(chuàng)新精神。把機器人技術(shù)應該納入創(chuàng)新教育的軌道，作為一種創(chuàng)新教具給最廣大的學生提供學習的機會，提升最廣的學生的創(chuàng)新能力、培育他們的（三）研究方法以達到某種調(diào)查研究目的的方法。間因果關(guān)系的方法。可供他人借鑒的規(guī)律性的理性認識的活動?；蛴行碌陌l(fā)現(xiàn)、再計劃、再實施、再評價或發(fā)現(xiàn)……的方式不斷進行。（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)揮機器人的教學作用，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器人培訓活動，通過培訓學習了解了機器人的構(gòu)造、編程和使用方法，然后再具體商討研究怎樣實施智能機器人教學，并在教學中探討和傳統(tǒng)教學相比智能機器人具有怎樣的優(yōu)勢，通過建立多元化目標檢測體系我們對參加機器人小組的學生成員和沒有接受機器人教育的學生進行對比檢測，通過數(shù)據(jù)的對比分析研究，我們發(fā)現(xiàn)智能機器人在培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力方面具備傳統(tǒng)教學所無法比擬的優(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器人在培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力方面的教學模式研究。因為只有建立了一個相對完整的可操作的的教學模式，才便于成果的推廣，最大限度的利用好這一優(yōu)質(zhì)的高科技教育教學資源，使學生的綜合素質(zhì)得到提高，通過這一階段的研究，我們初步形成了智能機器人教學的教育模式。通過教學實踐我們通過多次歸納和總結(jié)形成了“問題驅(qū)動”的教學模式。課題組的老師們也在這個過程中提高了對教育教學的理解，深化了教學理念，并撰寫了相關(guān)的研究論文。3.2008920097合研究智能機器人在培養(yǎng)學生創(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)計與實施：（一）研究的基本策略：提供豐富學習資源，奠定知識基礎(chǔ)我們知道，學生創(chuàng)新能力和實踐能力的提高是離不開知識基礎(chǔ)的，只有當學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、洞察力及創(chuàng)造力來產(chǎn)生新觀點，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離學生生活實際、是抽象的、干巴巴的，學生學習沒有興趣，光憑教師的講解學生也難于理解。因此，我們積極開發(fā)機器人課件，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)學生學習的積極性和主動性，提高教學的效益，幫助學生熟練掌握和運用知識，起到事半功倍之效率。營造探究環(huán)境，誘發(fā)創(chuàng)新實踐證明，學生的創(chuàng)新能力、實踐能力并不是教師教出來的，而是憑借學生自己的經(jīng)驗不斷地猜測、聯(lián)想、探究、體驗而形成的。我們對傳統(tǒng)教育環(huán)境和創(chuàng)新教育環(huán)境進行對比：傳統(tǒng)教育環(huán)境單一感官刺激孤立學習信息傳遞被動學習后攝反應孤立的、虛構(gòu)的情境

創(chuàng)新教育環(huán)境多感官刺激合作學習信息交流主動//探究性學習前攝或有計劃的行為真實的，現(xiàn)實世界的情境從對比中可以看出：只有為機器人教育營造創(chuàng)新環(huán)境才能最大限度挖掘?qū)W生的創(chuàng)造潛能。因此，我們應充分發(fā)揮現(xiàn)代教育技術(shù)的優(yōu)勢，為學生營造探究環(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)新在課題實驗中，當學生完成探究任務之后，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隊的機器人研究成果向老師或同學展出，使他們看到自己的創(chuàng)新成果，體驗到成功的快樂，獲得一種成就感，同時學生的實踐能力也得到了提高。（二）具體措施加強硬件建設(shè)與軟件開發(fā)管理硬件建設(shè)：學校積極籌措資金、充實有關(guān)設(shè)備。準備購買新機器人器材的資金，為機器人活動添加硬件設(shè)備。以此來創(chuàng)設(shè)了良好的機器人學習環(huán)境，推動機器人教學。軟件開發(fā)管理：為滿足教學的需要，我們要不斷豐富圖書資料，購置了機器人開發(fā)軟件。積極開發(fā)機器人教學多媒體課件，加快建立多媒體資料庫，不更使廣大學生能輕松的步入機器人的世界。著力提高教師素質(zhì)我們著力通過培訓、教研、講座三個環(huán)節(jié)來提高教師素質(zhì)。為教師是實驗的直接參與者，只有當教師充分認識到機器人技術(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，我們要加強了實驗教師的理論學習。首先要抓的是教育觀念的更新，我們準備通過學習先進的教學資料，組織教師認真學習相關(guān)教育理論和文件。幫助教師從理論上提高對課題實驗的必要性、重要性的認識，促進教師進一步樹立正確的教育觀念，為實驗的順利開展奠定堅實的思想基礎(chǔ)。加強教研。為適應課題研究的需要，我們要進一步開展實驗教師專題討論；開展課外機器人活動的現(xiàn)場觀摩，并進行案例分析，積累在實際教學經(jīng)使實驗教師在相互交流中提高，在實踐探索中成長。論基礎(chǔ)，并請專家進行現(xiàn)場指導，對涌現(xiàn)出的好作法、好經(jīng)驗，及時總結(jié)、推廣；對發(fā)現(xiàn)的問題，面對面地進行指導幫助。有效地調(diào)動了教師的積極性，確保實驗的順利進行。（三）目標檢測體系與統(tǒng)計數(shù)據(jù)在課題實驗中，我們通過詳細研究細化，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、學習方式、創(chuàng)新成果等方面對學生的學習過程和結(jié)果進行評價，沒一階段都利用下表對學生進行評價檢測，通過學生自評、教師評價將果累記匯總，最后進行歸納總結(jié)為課題研究提供可供參立新中學智能機器人研究目標檢測體系二級一級指標指標

三級分值 自評 校評 折合指標C1:參加活動的積極主動性 4分A1:學生的B1:學生參與狀態(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 情感有機結(jié)合30

C3:知識性目標 4分C4:能力拓展目標 5分C5:情感價值觀 4分B3:具備發(fā)散思維能力C6:具備動手實驗操作能力 5分分達成 C7:創(chuàng)新思維意識 5分C8:合作意識 4分A2:學習方B4:采用合作學習方式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:科技實踐活動 4分C19:足球機器人獲獎成果 7分40 B9:（足球、C20:滅火機器人獲獎成果 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：目標檢測統(tǒng)計表機器人成員 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：會對于學生綜合素質(zhì)的提高具有重大意義。學生的創(chuàng)新思維明顯得到改善通過學生的能力知識、發(fā)散思維、創(chuàng)造能力、新課程實施等方面我們檢測發(fā)現(xiàn)，參加智能機器人培訓的學生在這方面有明顯的提高學生的學習方式得到改變通過學生學習方式、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，參加培訓的學生水平明顯比沒有參加以前有顯著提高，與沒有參加培訓的平行對比組檢測發(fā)現(xiàn)也出現(xiàn)了顯著差異。學生的創(chuàng)新能力明顯提高參加培訓的學生在機器人創(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有顯著提高。六、問題與思考：經(jīng)過近幾年來的實踐，我們充分認識到提高學生創(chuàng)新能力的重要性，在機器人教育中提高創(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)對于機器人的研究還遠遠不夠，怎樣充分利用智能機器人培養(yǎng)開發(fā)學生創(chuàng)新能力，還有很多問題有待解決。發(fā)展，需要學校每年投入大量的資金保障，這對于處于義務教育階段的學校來說存在一定的困難。機器人課程還沒有完全得到普及和開展之前，教師的培訓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踐中進行不斷的完善。七、課題組成員簡介課題負責人：荊世興，現(xiàn)任高密市立新中學電教中心主任，濰坊市信息技術(shù)教學能手，中學一級教師，擅長學習和研究，在機器人輔導方面具備較強的實力，輔導的學生多次在