“VEX機(jī)器人設(shè)計校本課程開發(fā)研究”課題申報書

1、“VEX機(jī)器人設(shè)計校本課程開發(fā)研究”課題申報書1問題的提出及研究意義1.1問題的提出1）目前在美國、日本等國家，都在中小學(xué)開設(shè)了機(jī)器人課程。機(jī)器人教育是創(chuàng)新精神和動手能力的載體已經(jīng)逐漸進(jìn)入我國中小學(xué)課堂，我校也就VEX機(jī)器人設(shè)計方面作為校本課程有所實踐。2）中國正在實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，大力推動大眾創(chuàng)業(yè)萬眾創(chuàng)新、互聯(lián)網(wǎng)+和中國制造 2025,這將有力促進(jìn)機(jī)器人新興市場的成長,創(chuàng)造世界 上最大的機(jī)器人市場。,在市教委、市科3）我市中小學(xué)機(jī)器人競賽活動從2003年開始起步協(xié)的高度重視和大力培育下，已經(jīng)初見成效，在國際、國內(nèi)各類賽事上取得了優(yōu)異成績，部分項目發(fā)展水平走在了全國前列。從2010年開始，

2、市教“全國中小學(xué)電委、市科協(xié)整合了 “全國中小學(xué)信息技術(shù)創(chuàng)新與實踐活動” 腦制作活動”和“中國青少年機(jī)器人競賽”三項全國賽事的學(xué)生機(jī)器人競賽 項目。其中VEX機(jī)器人比賽項目是機(jī)器人競賽的一個重要項目。4）近年來，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)計方面有了一點嘗試，但還不系統(tǒng)，不成體系。另一方面我校參加全國、市、區(qū)組織的各級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，專業(yè)輔導(dǎo)教師2名，在這段時間，我校參加區(qū)、市、全國各類比賽也取得了比較好的成績，如全國青少年機(jī)器人競賽初中組二、三等獎，市機(jī)器人大賽連續(xù)幾屆一等獎等，這些成績在重慶市內(nèi)有較大影

3、響。 近三年，我校也在這一項目的校本教材編寫、課程標(biāo)準(zhǔn)制訂、課程評價體系方面做了一些嘗試。但是這一項目還沒能形成一門成熟校本課程。因此我們選擇了這一課題進(jìn)行研究,希望通過此立項課題的研究，可以改變我校沒有正規(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,可以通過此校本課程的開發(fā)，提升研究教師的課程理論研究水平，同時讓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。,及時融(1) 校本課程開發(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、會問題，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)可以補充國家課程開發(fā)的不足。(2)使創(chuàng)新教育理論與創(chuàng)新教育實踐有機(jī)結(jié)合。在國家中長期教育改革和發(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)器校本課程的開發(fā)和實施 理論與創(chuàng)新教育實踐的有機(jī)結(jié)合以及創(chuàng)新成果的保護(hù)提供了有效的平臺。(3)為培養(yǎng)學(xué)生具備“ 21世紀(jì)技能”提供了有效的平臺。適應(yīng)能力、多種交流能力、非公式化的問題解決能力、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，能為培養(yǎng)學(xué)生具備“ 21世紀(jì)技能”提供有效的平臺。2) 實踐價值。(1)學(xué)生發(fā)展的需要。在中小學(xué)機(jī)器教學(xué)活動中，學(xué)生必須親手設(shè)計與制作機(jī)器人，自己決定在組裝機(jī)器人的過程中用到哪些零部件。在電腦 上設(shè)計程序，然后再不斷地進(jìn)行試驗，不斷地修改相關(guān)設(shè)備參數(shù)，實現(xiàn)最優(yōu)化的實施效果。在這個過程中，學(xué)生可以得到很多方面的鍛煉。,讓沒(2) 提升學(xué)生參加機(jī)器人競賽能力的途徑。通過本課題的研究接觸過VEX機(jī)器人工程挑戰(zhàn)賽的學(xué)生從零起點學(xué)起以參加比賽為目標(biāo)之,在搭建VEX比賽機(jī)器人的過程中，以解決一個接一個的問題為目標(biāo)以小組為單位分析問題、解決問題，在實踐中設(shè)計方案，在解決問題的過 程中逐步成長。最終在大賽

6、中取得好成績。(3) 學(xué)?？蒲信d校的需要。實現(xiàn)科研興校是我校近幾年發(fā)展規(guī)劃目標(biāo)中十分重要的一個方面，也是教師隊伍內(nèi)涵發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，更是我們學(xué)校能否再上一個新臺階的關(guān)鍵。抓住課題研究這個機(jī)會,通過專家的引領(lǐng)，教師參與教育科研活動，從而提高全體教師的素質(zhì)，解決教育教學(xué)中的實 際問題，提高教育質(zhì)量和效益，高效優(yōu)質(zhì)地實現(xiàn)學(xué)校內(nèi)涵發(fā)展。(4) 有利于教師的專業(yè)發(fā)展。校本課程開發(fā)賦予了教師一定的自主權(quán)充分調(diào)動了教師積極參與課程開發(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。教師參與課程開發(fā)有助于提高教師的專業(yè)水平和課程 意識，對實施國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、,在開展機(jī)器人課程開發(fā)過程中，教師不僅是實施者，更是教學(xué)的設(shè)計者、教材的編制者。這些都要求教師在教學(xué)過程中不斷地去探索規(guī)律，提高自身的理論素養(yǎng)。不僅要有扎實的基本功,專業(yè)的學(xué)科知識，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，認(rèn)識是一種適應(yīng)性活動，皮亞杰認(rèn)為，學(xué)習(xí)并不是個體獲得越來越多外部信息的過程,而是學(xué)到越來越多有關(guān)他們認(rèn)識事物的程序 ，即建構(gòu)了新的認(rèn)識圖式。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，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，因此學(xué)生無法按照一個固定的路徑或模式來接收相應(yīng)內(nèi)容，也不能將待解決的實際問題按照其特點歸類，

8、再逐步分類解決。從硬件的搭建、編寫程序、調(diào)試程序，到運用各學(xué)科知識完成某項任務(wù)，都由學(xué)生在相互的對話、討論以及嘗試中逐漸形成，在此過程中，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、觀點 ，相互學(xué)習(xí)、取長補短。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：視覺空間智能、數(shù)理邏輯智能、語言智能、音樂智能、身體運動智能、人際交往智能,發(fā)揮功能，又和自我認(rèn)識智能、自然觀察者智能。這八種智能互相合作機(jī)器人同時獨立地存在。兒童會利用這八種智能認(rèn)識這個世界和創(chuàng)造知識。課程對促進(jìn)學(xué)生的多元智能也是有幫助的，機(jī)器人制作活動透過真實的情境，親身的體驗，使用積木、傳感器、馬

9、達(dá)及齒輪等組件設(shè)計和制作自己 的機(jī)器人，并為機(jī)器人編寫程序，使它完成指定的動作。機(jī)器人制作也是一個跨學(xué)科的課程，要靈活運用各種學(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，對多元智能的開發(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，通過學(xué)生能動性、主動性發(fā)揮利用合作性人際交往，促成學(xué)生認(rèn)知、情感和社會性的全面發(fā)展，培養(yǎng)發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力。中小學(xué)生雖然對機(jī)器人所涉及的各個學(xué)科 領(lǐng)域的知識都知之甚少，甚至可

10、以說連新手都談不上。但如果能提供了一個合作學(xué)習(xí)的環(huán)境，讓他們參與到機(jī)器人的設(shè)計與制作活動中來，并在個體之間的對話、協(xié)作、沖突中互動，組成一個實踐共同體，具有共同的目標(biāo)、協(xié)商的意義、實踐、形成相互依賴的系統(tǒng)，從而能把新知識和現(xiàn)有的知 識整合起來，明確闡述問題和推論，不斷地評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、編制程序、組裝部件、演習(xí)實驗研 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)生不是被動的知識接受者，而是積極的信息加工者。學(xué)生的學(xué)習(xí)包括三個幾乎同時發(fā)生的過程:獲得新信息；轉(zhuǎn)換信息；

11、評價、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)動機(jī) 的作用。本課題中,合理的VEX機(jī)器人設(shè)計,能夠讓學(xué)生邊做邊想,教師 提供給學(xué)生獨立思考的條件，而不是提供結(jié)果和知識，從而讓學(xué)生成為知 識的主動吸收者。3核心概念界定VEX機(jī)器人設(shè)計：是學(xué)生學(xué)習(xí)機(jī)器人、進(jìn)行科技創(chuàng)新活動的平臺。通過對這一機(jī)器人的學(xué)習(xí)與開發(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,同時利用VEX機(jī)器人平臺,可以讓教師和學(xué)生了解并開展與STEM:移動機(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，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，人工智能等。校本課程開發(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 題,依據(jù)學(xué)校自身的性質(zhì)、 特點、條件以及可以利用和開發(fā)的資源，由學(xué)校教育人員與校外團(tuán)體或個人合作開展的課程開發(fā)活動。校本課程開發(fā)是促進(jìn)教師專業(yè)發(fā)展的又一條重要途徑，因為校本課程開發(fā)不僅對教師提出了新的要求，還為教師的專業(yè)發(fā)展提供了可能性。本課題所指的校本課程開發(fā)是 專指以VEX機(jī)器人設(shè)計方法為主的學(xué)習(xí)課程內(nèi)容。4同類課題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀述評4.1研究現(xiàn)狀截至2016年1月，在中國學(xué)術(shù)期刊網(wǎng)絡(luò)出版總庫、中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫、中國優(yōu)秀碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫、中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫以關(guān)鍵詞檢索,VEX機(jī)器人設(shè)計校本課程相關(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。對機(jī)器人教學(xué)的探索主要集中在兩個方面是對機(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)的實踐探索一一機(jī)器人在物理實驗探究中的應(yīng)用 麗文的“高中機(jī)器人探秘教學(xué)設(shè)計”。3）對機(jī)器人競賽的研究。由于目前機(jī)器人競賽在機(jī)器人教育中的作用與影響，國內(nèi)學(xué)者也對

14、機(jī)器人競賽做了一些研究。研究內(nèi)容主要集中于對 競賽的剖析，競賽器械的制作等等。 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”，何智的“中小學(xué)生機(jī)器人競賽的教育價值述評” 州中學(xué)把VEX機(jī)器人開設(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)站展臺一一小學(xué)機(jī)器人教育專題研究 學(xué)機(jī)器人教學(xué)資源網(wǎng)站推介；優(yōu)秀主題網(wǎng)站展臺一一機(jī)器人教育在線等。4.3現(xiàn)狀述評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來說都比較少。多數(shù)的文獻(xiàn)都是一些簡單的論文,真正把機(jī)器人教育作為課題來研究的只有幾個。在研究

15、角度上,機(jī)器人教育的研究主要是對機(jī)器人教育價值的挖掘教學(xué)實驗的開展，機(jī)器人教育理論的闡述，機(jī)器人教育經(jīng)驗的介紹。但把機(jī)器人教育作為校本課程來開發(fā)的還沒有。關(guān)于VEX機(jī)器人設(shè)計方面的校本教材，校本課程更是沒有。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開展，前兩年我們編寫了相關(guān)的校本教材與課程標(biāo)準(zhǔn)而本課程還沒有一個成熟的開發(fā)體系，所以有必要針對校本課程的開發(fā)設(shè)計一個成熟的體系。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)器人校本課程的開發(fā)擬完整的開發(fā)一整套有關(guān)學(xué)生學(xué)習(xí)VEX機(jī)器人設(shè)計的技術(shù)型課程，有著完備的課程開發(fā)的體系建設(shè)，與以往很多學(xué)校的興趣活動小組的建設(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)容開發(fā)為成熟的校本課程體系，為以后的教學(xué)實施找到了正規(guī)化的方向。5.2研究的假設(shè)通過本課題的研究能探索出通過機(jī)器人設(shè)計提高學(xué)生創(chuàng)新能力、實踐能力的策略，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）形成我校的科技類特長,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)計能力，良好的團(tuán)隊合作意識。3）提升學(xué)生的機(jī)器人競賽能力。.2研究的內(nèi)容1) VEX機(jī)器人設(shè)計校本課程標(biāo)準(zhǔn)研制。2) VEX機(jī)器人設(shè)計校本課程開發(fā)研究。3) VEX機(jī)器人設(shè)計校本課程實施研究。4) VEX機(jī)器人設(shè)計校本課程評價體系研究。7研究的對象及范圍本課題研究的對象為科技類特長學(xué)生，范圍為我校學(xué)生中有興趣、長期堅持學(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