《机器人总动员》拓展性课程纲要

 

一、前言

机器人曾经只是人类的幻想,但随着科学技术的日益进步,已经越来越多地走进了我们的现实生活,成为我们生活中必不可少的一部分。

智能机器人的不但具备生活性、实用性,而且还具有趣味性。因此,学习机器人制作和编程思维无疑是一项非常有意义和吸引人的活动。本课程是基于中鸣机器人教学套装,非常适合中小学校学生学习机器人知识的入门套件,即使一个完全未接触过机器人的初学者,通过学习将具备以下能力:

◆了解机器人的基本结构及其制作流程

◆掌握图形化机器人语言的编程

◆亲手编写控制研学旅行方案咨询策划服务学校项目,让机器人实现生活化的一些功能

◆体会学习计算机编程对计算思维培养的意义

课程内容通俗易懂、简单实用,通过生动有趣的生活实例使学生从认识机器人到动手制作自己的简易机器人,最后变成我们生活中的好伙伴。同时,通过学习此课程是学生接受信息技术教育过程中逐步形成学科核心素养综合表现。

 

 

二、课程性质

本课程是以实物机器人实现图形化编程为基础,以促进学生树立数学建模、工程设计和算法思维,开拓传统文化研学旅行的理念,培养学生终身学习的能力。本课程主要具有以下性质特点:

 

(一)综合性

机器人课程的设计是综合性的,集合了数学、物理、化学、艺术和计算机等多项跨学科技术的综合应用。其数学特性表现在学生对于机器人项目的数学建模能力的培养,找到其解决问题的方法与步骤。其物理特性表现在学生对于力学、传动等物理现象在机器人机械搭建的运用。其化学特性表现在学生对于生活中的现象如温度、湿度等在机器人传感器中的转换与实现。其艺术特性表现在智能机器人在声、形等方面的体现,而计算机则是实践这些综合性的最有效。

 

(二)开拓性

机器人课程的思维是开拓性的,通过实践获取知识,针对项目主题进行策划实践活动研究、算法分析、编程调试。学生学习本课程实属入门,课程的模式灵活且不拘于统一固定的模式。学生在课程的引领下,在老师同伴的互助中,掌握其结构特性、传感器原理、模块化编程思维等基本技能,而这都将成为学生学习机器人的奠基石,也是作为其开拓实践更多的奇思妙想和传统文化研学旅行作好准备。

 

(三)生活性

机器人课程的活动是源于生活性的,以自主体验为主,激发兴趣互动挑战,并与传统文化研学旅行畅想相结合。我们是社会人,每天与生活息息相关,同时也可以从生活中获得启发。本课程中的取材源自于对生活的细心观察和发现生活中的科学奥秘,并找出与人工智能机器人实践的契合点,从而让学生从观察力到行动力上得到有效的提升。

 

三、教材编写基本理念

教材既是教师开展教学活动的基本素材,又是学生拓展学习的主要材料之一。机器人材料的确立与所选用的机器人教学设备悉悉相关,需在一定的软件的硬件条件上实施,为此《机器人总动员》教材的编写是以《中鸣机器人教育》为导向,具体如下:

 

(一)帮助学生对机器人入门,播撒兴趣的种子

智能机器人的学习是一门跨专业、 高度综合的新兴学科,将成为世界性的知识技能创新的前沿阵地,也将成为研学旅行课程实践活动研究的开拓者。让学生熟悉、了解、并掌握机器人技术势在必行,兴趣是首要的同时,机器人活动也是一项培养中小学校学生传统文化研学旅行精神和提高中小学校学生的实践能力的竞赛项目,更为中小学校学生提供了解国际最新技术、开拓视野和展示传统文化研学旅行成果的。

 

(二)学校软、硬件配套是本课程有效开展的保障

拓展课程的开设需符合学校学情的实际,还要有专业环境、良好的设备为中小学校学生开展机器人教育提供了丰厚的物质基础,让中小学校学生随时获取最新的机器人教育信息,组成了一个立体的机器人教育阵地。教师应选择适合于不同阶段学生,学习机器人的软件。而在硬件上也需有力支撑,学校配备了一个机器人实验室和专用计算机教室,以及中鸣机器人的16套基础教学设备,并配有固定的足球机器人和机器人灭火场地,每年还添置一些竞赛类的机器人设备和练习场地。

 

(三)以体验为主,从玩中学是课程遵循的基本原则

营造“科技大教育”的氛围,让机器人教育与学生生活相结合,以学生为主体体验式开展实践活动。提高学习兴趣的同时,学生可以通过亲手组装机器人、检测调整传感器、编制调试控制研学旅行方案咨询策划服务学校项目等学习过程,使其信息技术学科核心素养得以内化的同时,在实践活动研究性学习力、逻辑思维能力、综合应用能力、创新能力等方面得到训练和提升。改变过去我们在机器人教学中过于关注技术训练而轻思维训练的观念,促使学生的思维活动向系统化、可操作化和深刻化方向发展,从而进一步发挥机器人活动在培养学生做中学、玩中学的有效性,同时对于进行综合学科知识渗透、培养信息素养全面的创新型人才也具有极为重要的作用。

 

四、课程目标

 

(一)总目标

通过了解机器人概念的基础知识,学会各类传感器的功能及应用,掌握机器人研学旅行方案咨询策划服务学校项目设计的一般过程与方法,模快化的实例教学能有效激发学习兴趣,让学生形成问题解决方案的过程中产生的一系列思维活动,通过判断、分析与综合各种信息数字资源,运用合理的算法形成解决问题的方案,积累利用计算机解决问题的经验,并迁移到与之相关的生活智能化机器人设计中。

 

(二)具体目标

1.了解机器人的基本结构及其制作流程

2.掌握图形化机器人语言的编程

3.亲手编写控制研学旅行方案咨询策划服务学校项目,让机器人实现生活化的一些功能

4.体会学习计算机编程对思维培养的意义

从“知识与技能、过程和方法、情感和态度”三维度看具体目标如下:

主题

知识、技能

过程、方法

情感、态度

揭开机器人神秘面纱

认识并熟悉中鸣机器人硬件构成和机器人快车软件环境。了解机器人设计制作的一般流程。

通过观看有关机器人的视频,观察实物演示等了解智能机器人的发展与应用领域。

 

破除中学生对智能机器人的神秘感,激发其学习机器人的兴趣。

我教机器人变聪明

熟练掌握模块化编程的方法,理解和运用“变量”进行计算;学习研学旅行方案咨询策划服务学校项目的三大基本结构,掌握循环控制和条件判断基本方法;掌握硬件、模块、属性和研学旅行方案咨询策划服务学校项目间的联系。

通过模仿学习简单实例唱歌机器人、眨眼机器人和交通红绿灯的研学旅行方案咨询策划服务学校项目设计方法,了解发音和发光模块、秒级延时的功能,以及红外发射和红外检测模块的配合使用。学会用观察和数据调试实物机器人的基本方法。

普及机器人编程的一般方法,为进一步学习智能机器人的相关知识技能打下良好的编程思维的基础。

看机器人在行动

学习机器小车的简单搭建,掌握马达模块、红外发射和检测模块、灰度模块的配合使用实现机器人动起来。

通过合作学习,理解同一项目可以搭建出不同物理构造的实物机器人,而不同的硬件组装,研学旅行方案咨询策划服务学校项目设计也要作出相应的修改。探究各类传感器的作用,多模块的组合应用,以及复杂研学旅行方案咨询策划服务学校项目三大结构的综合运用。

让学生知识得到巩固与扩充的同时,通过小组间不同解决方案的碰撞,策略的调整,培养高效思维力和合作规划力。

我是小小发明家

用发现的眼睛去看生活中无处不在的人工智能,并将从设计到搭建,再到给机器人赋予思维和行动上的实践。

结合生活中的发现与揭秘,通过亲身体验完整的设计机器人过程,驱动学生去观察、实践活动研究、分析,引发头脑风暴,将实践与理论有效结合。

能主动地、创造性地利用研学旅行方案咨询策划服务学校项目设计的方法来实现生活中的小创意。感受用研学旅行方案咨询策划服务学校项目设计实现机器人特异功能,激发创造力,保诗学习力,提升学科核心素养。

 

五、课程内容设置

课程遵循机器人的基本认知顺序,通过图形化、模块化研学旅行方案咨询策划服务学校项目设计方式,结合生活实例教学,让学生了解智能机器人发展史,学习机器人传感器的应用,并基本掌握机器人设计的流程中的相关知识与技能。

本课程的内容共25课时。

课程内容设置表

模块

课题内容

课时数

揭开机器人神秘面纱

1.认识机器人

1课时

2.认识机器人编程软件

1课时

我教机器人变聪明

3.会唱歌的机器人

1课时

4.会眨眼的机器人

1课时

5.交通红绿灯

1课时

看机器人在行动

6.会走路的机器人

2课时

7.会避障的机器人

2课时

8.机器人走迷宫

2课时

9.职明的运动员

2课时

10.机器人考驾照

2课时

我是小小发明家

11.智能小风扇

2课时

12.智能楼道灯

2课时

13.报火警机器人

2课时

14.刷卡机

2课时

15.机器碰碰车

2课时

 

六、课程实施建议

 

(一)全方位多维度的落实课程目标

从情感态度价值观、能力和知识三维目标是有机统一,学习过程中落实学习动力、毅力和能力的合力。在教学过程中,要通过开展丰富多彩的教学活动,帮助学生掌握必要的机器人设计基础知识,注重培养学生研学旅行方案咨询策划服务学校项目算法分析能力,学会用调试与搭建解决实际问题的能力。

 

(二)形式多样,推进课程开发与实施

通过参观学习,外校取经以及继续教育等方式开展理论学习。课程开发小组,通过实践活动研究课例、研学导师引领、主题研讨等活动,提高教师对本课程实施与开发的思想认识,在积累中不断推进课程的发展。

 

(三)坚持从生活中来,到生活中去的实践

本课程教学要面向学生丰富多彩的生活,深入挖掘学生已有的生活经验和情感体验,积极从生活实际中寻找相关的教学实例,注重选取学生易发现、易掌握、易实现的项目,帮助学生在学习过程中建立兴趣和信心。

 

(四)引导学生自主探究,同侪互助相结合学习模式

学生以小组为单位,使用积木、传感器、马达及齿轮等组件设计自己的机器人,并为机器人编写研学旅行方案咨询策划服务学校项目,让它完成自己想让它做的事情。学生们通过主动探索、动手实践,亲身体验抽象的理论如何变成了触手可及的答案,享受成功的兴奋。在合作中培养多方面的能力和素养,如与人沟通合作的能力,合理分配、利用时间的能力。

 

努力实现从思维到技术的开放式教学

机器人活动主题有趣,更重要的是其问题解决方案是开放性的,学生可以用不同的方法达到同一个目标,因而智能机器人活动让学生充分发挥想象力、创造力,有利于培养学生的开放性思维。在机器人教学活动中,学生通过动手实践获取知识和技能,他们就像真正的工程师一样,针对项目主题进行实践活动研究、策划、设计、组装和调试。

 

七、课程评价建议

 

(一)评价目的与原则

1.评价目的

本课程评价的目的是为了考查学生学习目标的达到程度和教师的教学效能,帮助教师改进教学,保证课程目标的实现,使评价成为促进教师教学和学生综合素养与能力提高的有效手段。

2.评价原则

(1)坚持鼓励性、发展性的评价原则。评价要能够调动学生学习的积极性,增强学生的自信心和进取意识。

(2)课程评价既要考查学生对机器人各种传感器原理的理解和综合运用,更要注重考查学生分析问题的隐形能力,关注学生合作意识和学习毅力的形成。

 

(二)学生的学习评价

评价应客观地记录和描述学生学习过程中学习素养、行为习惯的形成过程。本课程倡导如下评价方法:

1.观察记录

在自然状态下,有目的、有计划地观察学生在日常学习、生活中所表现出来的情感、态度、能力和行为,并记录下来,作为学生自我评价和教师引导评价的依据。

要点与权重

★★

★★★

行为规范

上课不迟到不早退

上课认真听讲

参与学习活动

学习能力

模仿老师操作

需要老师帮助

独立思考实践

操作技能

才学生疏

掌握基础

熟练运用

合作能力

不愿与人合作

能与别人合作

积极与别人合作

情感态度

被动学习

主动学习

快乐学习

第(   )课

共(                )星

2.积分卡

在学生完成基础项目时就可以获得相应的积分,如有项目创新点的便可加分,如能有机会参与机器人相关竞赛视奖项加分。

 

3.综合考察

设计在一些小组研学活动小比赛项目,在竞争中促成长,考察学生综合能力。

 

 

(三)教师的教学评价

对教师的教学评价,应采用多元、开放的评价方式,强调教师对自己教学工作的分析与反思。

1.教师每学期应撰写研学旅行课程教案,并建立研学旅行课程教师档案袋。

2.教师必须在每次研学旅行课程后,作好记录,写好教学反思。

3.课程的开发过程中,教师必须树立档案意识,对研学旅行课程开发中的所有资料搜集整理好,期末上交研学旅行课程开发领导小组,以利总结、改进和研究,并作好展示汇报工作。