推荐信息

热门信息

当前位置：首页>> 办学特色>> 科技创新

科技创新

开展创造性科学活动，实践“做中学”的机器人教育

录入者：adminr  人气指数： 次  发布时间：2014年04月08日

 

摘 要：中学机器人教育方兴未艾，本文立足于机器人校本课程的研究和实践经验，阐述机
器人教育中关于组织、管理，以及如何让学生利用学校的特色资源建立新型的科学
研究模式，让师生在互动中实现“做中学”的教育理念。
关键词：机器人教育 做中学 创新实践
 
一、背景
为了迎接21世纪的挑战，落实科教兴国战略，全面实施素质教育，推进基础教育课程改革，提高全体公民的科学素养水平，教育部和中国科学技术协会共同倡导和推动中国“做中学”科学教育实验项目。
     20世纪80年代以来，世界上许多国家基础教育阶段的科学课程改革方案中，科学探究被列为中小学课程目标和内容体系的最关键和最基本的要素，以学生亲自动手的方式开展科学教育是一个极其重要的发展方向和趋势。机器人教育这种新型的科学教育模式不仅培养了学生学习的方式和态度，也培养了他们对待生活的方式和态度。
 
二、活动概况
每个走进泉州七中校园的孩子都是巨大的能量宝库，他们渴求知识，梦想成功，充满想象力与创造力，关键在于如何开发，怎么引导他们学习知识、塑造自我。
2003年初，我校成立了福建省首批，泉州市第一家青少年机器人工作室。经过三年多来学校和老师的努力，一个崭新的创造性科技活动和“做中学”科学教育实验项目活动平台已经构建出来。本着为孩子们创造一个适当的、利于智能开发的环境的目的，我们坚持利用周末课余时间开展创造性科技活动。旨在启发学生无穷的想象力和创造力，充分利用所学的知识和技能，使整个学习过程充满刺激感与挑战性，让学生体验挑战能力极限后的无比的自豪和愉快感。而这些恰好都是一个成功者不可缺少的经历。
近年来，学校培养出大批青少年科技人才，先后在国家、省、市各级青少年科技创新大赛、电脑机器人大赛等各类赛事中获得105枚金银铜牌，并于2005、2006两年连续在世界电脑机器人大赛中为中国夺得金牌。2005年吴晓斌、柯斌、林子君同学的研究项目《2061星空机器人乐队》以全国赛一等奖的成绩入选国家代表队，在该年度世界机器人奥林匹克竞赛中获得高中组创意赛唯一一枚国际金牌。其突出的项目优势和答辩技能打动了每位专家，并获得一致赞赏！2006年第六届全国青少年机器人大赛中，我校学生陈学栋、陈成坤的作品《“水下观察者”全天候仿生观测鱼系统》，获得了全国一等奖的好成绩，再度作为国家队代表成员参加2006世界机器人奥林匹克竞赛，并勇夺金牌。2008年7月，我校学生王海泉以《多功能管道机器人》项目展示获得第八届全国电脑机器人竞赛一等奖的优异成绩。他们中多人获得全国211重点大学的保送或享受高考加分。
 “做”中学，“赛”中提高是我们教育的宗旨，在互动式教学形势下，孩子们学得其乐无穷，这是我们“寓教于乐”的方式，孩子们也能在“玩”的同时学到科学知识，在高考中“自己给自己加分”！那么，是什么东西真正地吸引着我们的孩子们呢？
 
三、循序渐进的学习过程
获取知识的最佳途径是让学生置身于充满趣味性、刺激性、挑战性的活动中。因此，在设定任务前，必须首先考虑学生的知识和技能水平。因而我们的教程均围绕进阶式教育思想展开，旨在让每个学生都能找到适合自己的起点，并使他们有机会进一步拓展已有的知识和技能，为进入下一阶段的学习，迎接更有趣更艰难的挑战做好准备。我们的每一位老师都清楚地知道，安排适合全体学生学习的课程是非常重要的，如果太简单，学生很快就会因厌倦而放弃；如果太难，则会给学生很大的心理压力。合理的安排可以使每个学生都有机会找到适合自己的挑战，在解决问题的过程中，每个学生都能时刻感觉到正在实现自己的目标，从而达到创造性学习的最佳状态。学生可以根据自己的情况调整学习进度，利用所学，展开深一步的研究，形成学习知识、积累知识的良性循环，最终能够做到独立的创新发明。
 
四、创新科技活动的几个过程
1、认识电脑机器人
在现代社会，机器人对孩子们也并不陌生，但使自己做的“机器人”“智能”化，也就是所说的“电脑机器人”，知道的同学就不多了。电脑机器人虽小，技术的含量却很高。它需要你掌握机器人的结构、计算机的编程、传感器等知识。这些新名词学生们初听觉得陌生又很神秘。怎样让学生们认识了解它呢？如果把一大堆专业性很强的技术灌输给学生，他们会觉得摸不着头脑。在初期机器人的教学活动中主要先让他们认识——“看”中学，“观”中悟。首先，老师带领学生观看电影、资料片中的中、外机器人，提高同学的积极性。其次，再观看以前的比赛录像，观看中不失时机地提出问题：模型为什么能够按照规定的路线移动、行走（引入模型搭建知识）、发光（光电传感知识）、响应外界环境（计算机编程）等，在顺其自然中了解了机器人。 通过实物展示给学生一个十分形象的体验。
2、建立合作小组
活动以小组的形式存在，每组2-3人，学生年龄相仿，男女生相互搭配。同学们可以按照兴趣爱好给自己的小组起了好听的名子。然后分别以掌握知识、提出问题、讨论问题、解决问题为步骤分成若干任务单元完成。
3、基本技术的掌握，完成硬件与软件的配合
在这个阶段以完成一个个任务为主，通过新的知识和活动后取得的经验，使学生能够
创造和组建更复杂的事物，整合更多的新知识。按照不同的类别，从简单到复杂给同学设计了几十组“游戏”式的任务，同学们在“游戏”中自己设计方案、设计模型、自己测试……，提供充分的机会，让学生运用他们的想象力，去发挥着他们创造力。这时的教师只给予方向性的指导，剩下的都是要靠学生自己做了。
通过这些“游戏”，同学们在充满趣味的挑战中最大程度地发挥自己的才能，寻到成功的方法、享受成功的快乐，同时又极大地增强了不断探索的自信心，形成一个良性循环，这就是帮助他们获取知识的最好方法，“做中学、动中悟”。
4、使学生在活动中学会如何发现问题，从问题中提高解决问题的能力
心理学认为：当有机体具有一个目标但并不知道怎样达到这一目标的时候，就产生了问题。在活动中常常是，问题的存在与否是相对与问题解决而言的。换言之，在同一个环境中，对某部分学生来说可能是问题，但对另一部分学生可能就不是问题。在科技活动中这是一个普遍现象，怎样协调呢？
①极力鼓励学生去设计自己的活动方案；
②在“动手做”的过程中测试自己的想法（如果自己解决不了的问题，就查找资料请老师帮助，或与其它同学探讨，改进设计，直到最后的成功。在这个过程中，我采用真正有效方法去培养学生解决问题的能力和创造力。）；
③让他们通过实际活动将问题按列表填写下来，再将问题用绘制图表或列出方阵（如机器人足球赛的情况分析），有了具体实在的数据，为同学们们用多方法解决问题提供科学的依据。
5、活动中创新能力的培养与激发
①模拟比赛环境，引入竞争“机制”
构造一个比赛的模拟环境，使学习情境与将来的实际情境最大可能的相似，以培养他们的创新能力。科学技术迅猛发展，使竞争日益加剧。若一味地强调合作的作用，会使部分学生失去了个性、能力被压制。总希望胜利属于每个人，相反这样的胜利对学生也就失去了诱惑力。在模拟比赛，老师要做到合作与竞争的平衡与控制：
       ⑴熟读规则（外形的要求、记分的方法、场地的观察 ）
       ⑵确定小组比赛方案（本组队员一起讨论决定，拿出书面“报告” ）
       ⑶开始比赛
⑷比赛结果评价（方案的优劣评估）
② 创造力的激发
有了一定的基本技能，也就具备了发挥想象力和创新能力。这时让学生“动手做”就有了创新的环境，便可以充分开发大脑的全智能，激发起创造的欲望。
更好的教育不是让老师教得更好，而是让学生有更多的机会去创造。鉴于此，利用机器人的“创意”即：可以自由发挥的搭建来激发他们的创造欲。老师给同学们设计了几个主题，标准是：以解决现实中的问题为主，想法的独特；功能的实效；设计的新颖；对主题的表达；主题报告的完成（论文等书面形式）。每小组可任意选择主题，要求学生运用他们学到的知识，解决这些开放性的问题，这些问题没有固定模式和答案。这样可以逐渐把学生引导到科技创新制作中，并获得成功。
 
五、结束语
我们正是努力提供这样一种机会，让所有的学生都能亲身参与到活动中来，，并在教师指导下，综合所学的知识，通过观察、探索、模型搭建、程序编写，分析解决一定的问题，培养学生动手、动脑能力、体验挑战困难、获得成功的快乐，培养学生的自信心和创造力。在课堂上，学生的整流个构思、设计和开发过程俨然是实际工作和真实生活中的体验。这种课程活动中，还为学生提供一种开放性的问题解决方案，把最大的想象和创造空间留给学生。对于同一问题，鼓励学生寻求自己独特的解决方案，激发其学习欲望，培养其学习兴趣，并形成良朋好的学习习惯，培养创新的意识。“做中学”的机器人教育理念，让学生在游戏中掌握深奥的科技知识，使学习不再枯燥，同时还培养了学生认真对待科学态度：在小组活动过程中，要求学生认真对待每一个任务、踏踏实实地研究每一次调试结果，通过填写表格获得真实的数据，仔细分析获得成功的经验;培养学生尊重他人与人合作的品质、克服困难的意志品质;培养学生学科学、用科学和求真、探索、竞争的精神。