象山二中虛擬機器人課程指導(dǎo)綱要

1、象山二中虛擬機器人課程指導(dǎo)綱要隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是人工智能與機器人的結(jié)合，機器人不再局限于工業(yè)應(yīng)用和研究所內(nèi)，它已經(jīng)進入教育領(lǐng)域。國內(nèi)外教育專家指出，利用機器人來開展實踐學(xué)習，不僅有利于學(xué)生理解科學(xué)、工程學(xué)和技術(shù)等領(lǐng)域的抽象概念，更有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、綜合設(shè)計能力和動手實踐能力。機器人教育在基礎(chǔ)教育越來越受到人們的關(guān)注。我校自2008年首次參加機器人競賽以來，在省市多項比賽中獲獎，在競賽的帶動與促進下，我校設(shè)立了課外科技小組、選修課等豐富多彩的機器人教育活動。在課程改革的要求開設(shè)校本課程的背景下，從我校機器人教育現(xiàn)狀出發(fā)，構(gòu)建科學(xué)、合理、切實可行的機器人課程體系，勢在必行。第一部分

2、 課程性質(zhì)、理念與目標一、 課程性質(zhì)虛擬機器人是一門涉及機械學(xué)、電子學(xué)、工程學(xué)、自動控制、計算機、人工智能等方面的綜合性學(xué)科，以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和技術(shù)素養(yǎng)為宗旨，以綜合規(guī)劃、設(shè)計制作、調(diào)試應(yīng)用為主要學(xué)習特征的實踐性課程。在拓寬學(xué)生的知識面，促進學(xué)生全面而又富有個性的發(fā)展上起著不可替代的作用。1. 科學(xué)性虛擬機器人是一門交叉性很強的綜合性學(xué)科。涉及到許多基礎(chǔ)學(xué)科，包括數(shù)學(xué)、運動學(xué)、動力學(xué)、仿生學(xué)、計算機、控制理論、人工智能等，以多種學(xué)科理論為基礎(chǔ)。2. 實踐性虛擬機器人又是一門實踐性很強的學(xué)科，涉及到多方面的技術(shù)，如機器人結(jié)構(gòu)設(shè)計與制作、操作與執(zhí)行、驅(qū)動與控制、檢測與感知、智能與程序設(shè)計等，均

3、需要通過實踐來實現(xiàn)。3. 綜合性虛擬機器人課程具有高度的綜合性。強調(diào)學(xué)生廣泛地接觸和收集各方面的資料（自然、人文、藝術(shù)等），綜合多學(xué)科知識，通過動腦、動手設(shè)計作品或產(chǎn)品，擴大知識面，提高綜合設(shè)計能力。4. 創(chuàng)造性虛擬機器人課程基于學(xué)科理論，通過規(guī)劃、設(shè)計、制作和評價，通過技術(shù)思想和方法的應(yīng)用及實際問題的解決，為學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)造力提供了廣闊舞臺，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和實踐能力的有效途徑。二、 課程的基本理念1. 立足科學(xué)與技術(shù)素養(yǎng)的培養(yǎng)，著眼學(xué)生的終身發(fā)展科學(xué)與技術(shù)素養(yǎng)是當今社會每個公民必備的基本素養(yǎng)。機器人課程在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)與技術(shù)素養(yǎng)方面有其獨特的優(yōu)勢，作為一門基礎(chǔ)課程，要面向全體學(xué)生，從基礎(chǔ)教育

4、的特點出發(fā)，為學(xué)生適應(yīng)現(xiàn)代社會、走向?qū)W習化和學(xué)生的終身發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。2. 倡導(dǎo)積極主動、勇于探索的學(xué)習方式虛擬機器人課程要為學(xué)生營造動手動腦、進行設(shè)計活動的環(huán)境，提供必要的設(shè)備和工具，倡導(dǎo)學(xué)生積極主動、勇于探索的學(xué)習精神，組織學(xué)生進行探究式學(xué)習， 讓學(xué)生充分動手實踐，積極合作，主動探究。3. 注重拓展學(xué)生的知識面，提高學(xué)生的綜合設(shè)計能力由于機器人的設(shè)計涉及光機電一體化、 自動控制、 人工智能等多方面問題， 既有硬件設(shè)計也有軟件設(shè)計， 所以機器人課程應(yīng)注意學(xué)生知識廣度的學(xué)習，讓學(xué)生了解和掌握大量知識，充分拓展學(xué)生的知識面。同時要提倡設(shè)計過程的規(guī)范化，提高學(xué)生的綜合設(shè)計能力。這是虛擬機器人課程

5、的基本目標之一。4. 注重學(xué)生創(chuàng)造潛能的開發(fā)，加強學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)在機器人教學(xué)活動中，要鼓勵學(xué)生想象、懷疑和批判，營造民主、活躍、進取的學(xué)習氛圍；充分利用機器人課程內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習興趣，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造欲望；通過設(shè)計、制作、試驗等活動，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力和敢于創(chuàng)新、善于創(chuàng)造的精神和勇氣，使學(xué)生的創(chuàng)造潛能得到良好的引導(dǎo)和有效開發(fā)，進一步發(fā)展學(xué)生的實踐能力。5. 立足科學(xué)、技術(shù)、社會視野，加強人文素養(yǎng)的教育當代社會，技術(shù)與科學(xué)、社會的關(guān)系越來越密切。機器人課程要通過具體的技術(shù)實踐使學(xué)生理解技術(shù)與科學(xué)的聯(lián)系和區(qū)別，以及兩者對社會發(fā)展、人類生活所具有的同等意義上的重要作用，從而深化學(xué)生的認識，

6、開拓學(xué)生的視野。同時，要注意將技術(shù)所蘊含的豐富人文因素，自然地融入教學(xué)活動中，提升學(xué)生的人文素養(yǎng)。 三、 課程目標虛擬機器人教育的總目標是：提高學(xué)生的科學(xué)和技術(shù)素養(yǎng)，促進學(xué)生全面而富有個性的發(fā)展，引導(dǎo)學(xué)生在實際中發(fā)現(xiàn)問題，綜合設(shè)計解決問題的方案及方法，培養(yǎng)學(xué)生的問題意識和設(shè)計思想；發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造能力、綜合設(shè)計能力和良好的思維品質(zhì)，形成科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)創(chuàng)新精神、實踐能力和社會責任感。具體目標如下：1了解機器人的歷史、發(fā)展，分類和應(yīng)用，深刻理解機器人對人類社會的價值。2掌握機器人的基本構(gòu)成、基本原理及相關(guān)軟硬件知識。 3能夠完成機器人的規(guī)劃設(shè)計，制作與組裝，設(shè)計算法編寫程序，程序編輯與調(diào)試，系統(tǒng)的運

7、行與檢測等綜合設(shè)計環(huán)節(jié)。4.通過完整地經(jīng)歷提出問題、規(guī)劃設(shè)計、制作與實施、調(diào)試與反饋等規(guī)范化設(shè)計過程，初步掌握綜合設(shè)計的方法和技術(shù)。5. 認識機器人對人類社會的重要性，增強學(xué)習機器人技術(shù)的興趣。6. 增強正確應(yīng)用機器人的意識，鞏固規(guī)范使用機器人的習慣。第二部分 課程內(nèi)容章節(jié)內(nèi)容課 時第一章 關(guān)于機器人 1、走進機器人的世界1 2、認識我們的虛擬機器人平臺1第二章 駕照必修課 1、直線行駛2 2、安全過彎4 3、精準避障4第三章 新手上路 1、迷宮尋寶4 2、虛擬滅火4第四章 熟練駕駛 1、色彩感知4 2、緊急讓道4 3、坡道飛車4合計32課時第三部分 課程實施一、教學(xué)建議（一）要加強基本原理的

8、學(xué)習任何學(xué)習不僅要知其然，還要知其所以然。盡管機器人的學(xué)習強調(diào)學(xué)生的動手實踐和綜合設(shè)計能力，但是，在教學(xué)過程中，教師首先要讓學(xué)生從原理上了解機器人的基本結(jié)構(gòu)和基本工作過程，讓學(xué)生對機器人有一個科學(xué)、系統(tǒng)、完整的認識，消除以往教學(xué)中把機器人局限在一種或幾種固有模式的狀況，讓學(xué)生對機器人展開豐富的想象力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力。（二）要注意學(xué)生知識廣度的學(xué)習雖然通過一門課程來擴充學(xué)生的知識面效果有限， 但是由于機器人的設(shè)計涉及光機電一體化、 自動控制、 人工智能等多方面問題， 既有硬件設(shè)計也有軟件設(shè)計， 所以學(xué)習機器人課程是讓學(xué)生了解和掌握大量知識的絕好機會。 由于涉及到的內(nèi)容比較多，教學(xué)過程中不要過分

9、強調(diào)知識的深度，而要強調(diào)知識的廣度。不僅要關(guān)注成品機器人， 還應(yīng)該關(guān)注單片機、 嵌入式CPU、 各種傳感器、 電機、機械部件等軟硬件技術(shù)在機器人和自動化技術(shù)上的應(yīng)用。（三）突出學(xué)生綜合設(shè)計能力和動手實踐能力的培養(yǎng)綜合設(shè)計能力一直以來是我國中小學(xué)生的一個薄弱環(huán)節(jié)，但作為現(xiàn)代社會合格公民的一個基本素質(zhì)，機器人教學(xué)為培養(yǎng)學(xué)生的綜合設(shè)計能力提供的有利條件。因此，在教學(xué)過程中，要突出綜合設(shè)計思想，培養(yǎng)學(xué)生的綜合設(shè)計能力。在小學(xué)階段通過組裝簡易機器人滲透綜合設(shè)計的方法和思想；在初中階段，要提出綜合設(shè)計的思路，讓學(xué)生經(jīng)歷綜合設(shè)計的基本過程，初步體驗其中的方法和思想；高中階段要學(xué)生經(jīng)歷規(guī)范化的綜合設(shè)計全過程，

10、真正體驗綜合設(shè)計的方法和思想。作為一門實踐性很強的課程。機器人教學(xué)為學(xué)生的動手實踐提供了絕好的機會和場所，教學(xué)中一定要充分發(fā)揮學(xué)科的這一特性，讓學(xué)生從設(shè)計、制作到組裝、編程、調(diào)試，每個過程都親自動手、動腦，錘煉學(xué)生的動手實踐能力。（四）從學(xué)生興趣入手，讓學(xué)生親歷探究過程，激發(fā)創(chuàng)造欲興趣是最好的老師，興趣是讓人不知疲倦的動力。在教學(xué)盡量給每個學(xué)生提供平等的參與機會、通過多樣化的評價方式，讓每個學(xué)生都能以偷快的心情進入機器人課程的學(xué)習。通過了解機器人對人類發(fā)展的重要貢獻，通過適當展望，暢想未來機器人給人類帶來的種種方便，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣。通過一些簡單的活動，讓學(xué)生由淺顯處入手，感受機器人的魅力和

11、樂趣，保持學(xué)生的興趣。通過“規(guī)劃解決問題提出新問題”的形式，不斷提出新問題，挑動學(xué)生的求知欲和探索精神，讓學(xué)生從內(nèi)容深處獲得成功的喜悅，增強學(xué)生的興趣。教學(xué)時，多一些引導(dǎo)、鼓勵和期許，也能讓學(xué)生從內(nèi)心更喜愛機器人活動，更愿意在機器人活動上花時間和精力。學(xué)生的創(chuàng)作任務(wù)可以是開放性的，這樣每個學(xué)生都或多或少有自己的想法。而有特長的同學(xué)也可以有無窮的發(fā)揮空間。在評價時，除了核心的一些技術(shù)指標外，還可以有一些其他指標，如創(chuàng)意性、新穎性、搭建美觀等，讓每個同學(xué)都能得分。綜合設(shè)計的成果的多樣性為中小學(xué)生提供了更多的創(chuàng)新機會。研究成果的實現(xiàn)使學(xué)生具有成就感，成就感會激勵學(xué)生的學(xué)習和研究興趣，研究興趣是學(xué)生創(chuàng)

12、新精神的基礎(chǔ)，而創(chuàng)新精神是創(chuàng)新能力培養(yǎng)的有力保障。在這里，情感、態(tài)度、二、評價建議學(xué)生學(xué)習評價對于機器人課程實施具有很強的導(dǎo)向和監(jiān)控作用。通過對學(xué)生的學(xué)習評價，可以及時指導(dǎo)和幫助師生改進機器人教與學(xué)的活動，促進學(xué)生和教師的共同發(fā)展。還可以反映本課程的教學(xué)質(zhì)量和管理的教學(xué)理念與水平，從而不斷提高教育教學(xué)質(zhì)量。（一）評價原則根據(jù)智能機器人的性質(zhì)特征，評價應(yīng)重參與、重過程，強調(diào)評價主體的多元化，機器人教學(xué)內(nèi)容的綜合性和全面性，評價標準的合理性，以及評價方法、手段的多樣性。為此，要遵循以下原則：1.參與性原則機器人制作是實踐性極強的一項活動，注重學(xué)生親身參與和學(xué)生間的合作，強調(diào)課程計劃規(guī)定的課時活動內(nèi)

13、容的參與情況、參與態(tài)度進行考核。重視學(xué)生的自我評價、組間評價、師生評價。2.過程性原則機器人教育應(yīng)當重視制作、調(diào)試過程中的質(zhì)疑和反思。調(diào)試的過程就是不斷自我質(zhì)疑的過程，也是反復(fù)思辨、自我挑戰(zhàn)的過程。因而需要關(guān)注學(xué)生參與探索的過程和實踐體驗，重視對過程的評價和在過程中的評價，并且把對學(xué)生的評價與對學(xué)生的指導(dǎo)緊密結(jié)合起來。3.綜合性原則由于機器人教育既要求學(xué)生動手又動腦，又強調(diào)軟硬件結(jié)合，能綜合反應(yīng)了學(xué)生在解決問題、技能和能力等方面。因而，機器人實踐活動評價的內(nèi)容、要求、過程和結(jié)論都應(yīng)是綜合而全面的。4.激勵性原則在機器人教學(xué)中學(xué)生的好奇心往往很強，但制作中常常會遇到種種的問題，而頻繁地遭受挫折和

14、失敗。所以，需要通過激勵性的評價，保護和培養(yǎng)學(xué)生們的好奇心，同時鼓勵學(xué)生發(fā)揮自己的個性特長，施展自己的才能，激勵學(xué)生大膽嘗試，勤于實踐、勇于創(chuàng)新，不斷拓展和發(fā)展自己的學(xué)習能力。（二）評價內(nèi)容評價要體現(xiàn)本課程的基本理念、課程目標。可以從知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀三方面關(guān)注、評價學(xué)生的發(fā)展。了解學(xué)生對機器人的理解和運用情況，強調(diào)知識與技能在生活、生產(chǎn)中的應(yīng)用。進行學(xué)生智能機器人學(xué)習水平的評價，發(fā)展學(xué)生的探索興趣，實事求是的科學(xué)態(tài)度與創(chuàng)新精神。1知識與技能對學(xué)生學(xué)習機器人的評價，不是看其直接記憶了多少知識，而是應(yīng)根據(jù)機器人的知識、基本概念、工作原理及理解、應(yīng)用情況，對學(xué)生的機器人學(xué)習進

15、行評價。重視通過實踐，評價學(xué)生的科學(xué)探究、綜合設(shè)計和實踐動手能力。對技能學(xué)習的評價主要從學(xué)生設(shè)計與選擇機器人、動手搭建機器人、調(diào)試機器人的技能、交流技能、評價技能等方面進行。包括如下方面：學(xué)習有關(guān)機器人的基本原理及相關(guān)知識，如控制理論，加深對機器人的理解；初步掌握規(guī)劃設(shè)計機器人的軟硬件原理、基本方法和基本技能，對簡單的機械結(jié)構(gòu)、電路知識有較深入的理解；從設(shè)計、規(guī)劃、選型結(jié)構(gòu)等方面進行生活與學(xué)習中實用機器人的創(chuàng)意設(shè)計；結(jié)合實際理解機器人科學(xué)技術(shù)與應(yīng)用的重要性。2過程與方法對過程與方法的評價，重在評價學(xué)生利用機器人解決實際問題的能力、技術(shù)的決策能力和創(chuàng)造能力。倡導(dǎo)客觀記錄學(xué)生提出的問題以及在理論學(xué)

16、習、技術(shù)學(xué)習、分組調(diào)試、小組合作學(xué)習中撰寫小論文、調(diào)試報告和科學(xué)探究等活動中的表現(xiàn)，了解學(xué)生對知識與技能的學(xué)習情況。關(guān)注學(xué)生的以及在組裝、調(diào)試機器人的過程中表現(xiàn)出來的發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、處理問題的能力。學(xué)生應(yīng)該參與評價活動，通過記錄學(xué)習過程，記錄機器人實驗數(shù)據(jù)，展示自己學(xué)習的進步。教師應(yīng)該關(guān)注學(xué)生在學(xué)習過程中的表現(xiàn)，欣賞學(xué)生的發(fā)展，幫助學(xué)生進步，為學(xué)生的發(fā)展提出方向。在過程與方法的評價中，要特別注意形成性評價與終結(jié)性評價的結(jié)合，即不僅要注意學(xué)生通過過程與方法的學(xué)習獲得了什么，而且應(yīng)該記錄學(xué)生參加了哪些機器人活動、在活動中有什么表現(xiàn)和進步等情況。對于過程與方法的評價，活動表現(xiàn)評價、成長記錄表評價應(yīng)該作為評價的主要形式。3情感、態(tài)度與價值觀情感態(tài)度與價值觀的評價應(yīng)著重從學(xué)生參與機器人學(xué)習的態(tài)度是否積極認真；在學(xué)習過程中，是否具有精益求精、實事求是的態(tài)度，是否具有不屈不撓、克服困難、解決難題的信心和意志，是否具有良好的合作精神；是否形成積極嘗試應(yīng)用機器人解決實際問題的意識；設(shè)計制作的機器人作品能否體現(xiàn)關(guān)愛自然、珍視生命等積極向上的情感等方面進行。 對于機器人文化的理解是體現(xiàn)學(xué)生價值觀的重要方面，例如學(xué)生對機器人倫理方面認識和思考，健康應(yīng)用機