课题申报书:中小学智能机器人教育的理论和实践研究
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中小学开展智能机器人教育的实践研究作者:王成如来源:《信息技术教育》2008年第05期认知心理学等研究表明:兴趣、自学能力、动手能力、创造能力、协作能力、挑战精神、信念、意志力等影响人一生成就的内在素质的最佳培养期是在小学和中学。
智能机器人融合光电传感技术、机械运动原理、电子技术、电脑编程技术、单片微电脑技术、人工智能等最前沿技术于一体,无论在形式上、内容上,还是方法以及手段上,都符合青少年的这个最佳发展期。
现今智能机器人大赛是继航模、车模、四驱车、小电子制作、无线电测向运动后又一项适合青少年开展的高科技活动项目,是青少年及发明爱好者掌握未来科技,加强动手能力的活动平台,也是学校进行素质教育、创新教育的方式。
智能机器人课程开设的意义信息技术课堂教学改革特别强调注重对学生学习经验的培养,注重学生体验、感悟和实践的过程,注重学生个性的健康发展和对学生的创新精神、实践能力的培养。
智能机器人教学非常有利于贯彻这一理念。
国外机器人教学实验证明,机器人竞赛不仅活动主题有趣,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能激发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。
在机器人教学中,学生通过动手实践获取知识。
他们就像真正的工程师一样,针对项目主题进行研究、策划、设计、组装和测试。
他们以小组为单位,使用积木、传感器、马达及齿轮等组件设计自己的机器人,并为机器人编写程序,让它完成自己想让它做的事情。
孩子们通过主动探索、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。
在组装智能机器人活动过程中,学生不仅可以学到有关机械、电子、计算机等技术知识,还可以培养学生的动手能力、协作能力和创造能力,使学生在对智能机器人的极大兴趣中不断地探索、研究、实验,以实现自己的新创意、新设想、新设计。
智能机器人课程与信息技术课程之间的关系智能机器人课程的内容决定了它与信息技术课程的关系是比较紧密的。
小学机器人教育与实践课题研究方案小学机器人教育实践课题研究方案太古小学课题组一、课题的现实背景及意义中小学机器人教育与实践活动,是开展素质教育的一项崭新的内容,教育部从二○○三年起,把中小学机器人比赛纳入全国中小学电脑制作活动。
同时普通高中新课程已将人工智能技术及简易机器人制作列入选修内容。
目前,发达国家已把机器人教学实践活动作为中小学信息技术的必修课。
在我国的上海、广东、江苏等发达地区,已开展了中小学机器人教育教学的试点工作,并取得了一定的实践经验。
近年以来,宁波市开展机器人教育比较好的有镇海应久小学、鄞州区宋诏桥小学及余姚的实验小学,我区已在李惠利小学、太古小学等学校开展了机器人的创新与实践活动,取得了一定教育教学经验。
我校自2006年初开展机器人教学,已在市、省、全国取得了多项好成绩,已经处在了全区甚至全市的领先地位。
因此,在我校设立“小学机器人创新实践基地”,开展机器人教育与实践的研究,符合我校实际,对于推动我校信息技术教育向更高层次发展,具有重要的现实意义。
二、概念的界定:机器人教育是指学习、利用机器人,优化教育效果及师生劳动方式的理论与实践。
该定义的英文表述为:Robot-Based Education is the theory and practice of studying and utilizing robots to optimize the effe ct of education and the way of teachers′ and students′ work. (Peng Shaodong, March. 2002)该定义的理解中值得注意的几个问题:(1)机器人教育有理论和实践两大领域理论方面,机器人教育有自身的理论基础与基本理论,能形成相对独立的学科理论体系与方法体系。
实践方面,机器人教育是指以机器人为主要教学内容或教学工具而开展的教与学活动,这些活动是在具体实践的过程中逐步完成的。
人工智能在实验教学中的应用研究学科分类:基础教育课题类别:一般课题关键词:人工智能、实验教学、应用预期研究成果:课题设计论证一、问题的提出、课题界定、国内外研究现状述评、选题意义与研究价值。
(1)问题提出:人工智能于1956 年正式诞生以来,已经有50 多年的发展历史。
到目前为止,人工智能的研究领域越来越广泛。
尽管人工智能并不是为教育专门研发的,但是人工智能的不断发展,使得其在教育中的应用也越来越广泛,教育的智能化一直是教育界和教育技术领域的理想和目标。
在教育领域,人工智能的实施包含了两个方面:一方面是人工智能课程纳入中学课程。
另一方面是人工智能在教育教学中的应用。
当前,以计算机技术、通信技术和人工智能为基础的现代技术渗透到社会生活的每个角落,整个社会出现了“信息化、智能化”的潮流,人类社会正在进行着一场深刻的“数字化”“智能化”变革,信息化智能化社会已经到来。
由此,信息化、智能化社会向教育提出了挑战: 在新的世纪里应该培养什么规格的人才来满足社会的需要? 又如何培养和造就这样的人才呢?运用现代教育技术,特别是信息技术和人工智能促进教育、教学改革是一条途径。
因此信息技术、人工智能在教育教学中的应用就成为现代教师的“必修课程”。
(2) 课题界定从教学一线的现状来看,人工智能课程的教学效果有待提高,人工智能辅助教学的功能体现的不够充分,专家学者对人工智能在中学中的应用研究较为薄弱。
因此,为提高中学人工智能课程教学效果和人工智能在教育教学中的深层次应用,该研究从理论和实践应用的可行性两个方面着手,对中学人工智能教学现状、应用现状进行研究分析,其目的在于,为中学人工智能课程的开展和人工智能在中学教育中的深层次应用提供理论依据和实践经验。
该课题主要针对人工智能在实验教学中的应用展开研究。
(3)、国内外研究现状述评目前,在教育领域,人工智能的实施包含了两个方面:一方面是人工智能课程。
主要包括中小学信息技术必修课程中与人工智能相关的内容,以及人工智能选修课程; 另一方面是人工智能在学科教学中的应用,即人工智能为学校的教育教学提供了丰富的教育资源和科学的教育测评方法。
课题申报范例精选【导语】课题要坚持正确的政治方向,充分体现中央有关精神和要求,具有鲜明的问题导向和创新价值。
应用对策类选题要有现实性、针对性和前瞻性;基础理论类选题要立足学术前沿,具有原创性和开拓性;跨学科类选题要体现学科交叉渗透的属性和特点。
选题文字表述科学、严谨、规范。
以下是课题优秀成果,是各类教师进行课题申报、开展课题研究、撰写研究报告的参考模板和范例。
中小学智能机器人教育的理论和实践研究课题名称:中小学智能机器人教育的理论和实践研究关键词:机器人教育理论实践申报级别:省级课题课题类别:重点课题学科分类:信息技术研究类型:信息技术预期研究成果:立项号:课题设计论证一、本课题国内外研究现状:智能机器人是数学、力学、机械、电子、自动控制、传感器、通信、计算机、人工智能等众多领域的高科技的集成,机器人教育能有效培养学生的动手能力、创造能力和协作精神。
国外一些发达国家已把智能机器人教育作为创新教育的战略性手段。
他们非常看重机器人教育对未来高科技社会发展的作用和影响,尤其对年轻一代创新能力的培养作用,在中小学阶段不同程度地对学生进行机器人相关知识的教育。
在国内,智能机器人技术向教育领域的渗透已有呈加速发展的趋势,机器人文化的普及也在加速。
在新一轮的课改背景下,信息技术课程也正面临着改革与创新,而引入机器人教育将给信息技术教育带来新的活力。
当前我国中小学已开展的机器人教育活动主要还局限于以课外兴趣活动或者竞赛的方式进行,目的是为了学生能参加各种比赛而开设的。
在新的发展背景下,为了能让更多的学生能参与到这一活动中来,我们一线教育工作者有必要对能否在中小学阶段信息技术课当中开设机器人教学进行研究。
二、指导思想在辩证唯物主义思想指导下,以教育部《基础教育课程改革(纲要)》为依据,运用现代教育理论和现代信息技术,开展中小学机器人教育的研究与实践,实现素质教育的人才培养目标。
三、选题的意义和价值本世纪的第一个十年,是智能机器人飞速发展的时期。
中小学人工智能教学实践研究摘要:人工智能作为义务教育阶段《信息科技课程标准》的重要组成部分越来越受到人们的关注。
“项目化学习”是开展人工智能教育的有效途径。
本文以“制作智能护眼神器”一课为例,详细分析了教师如何基于项目化学习理念进行真实项目情境的创设,引导学生明确问题、设计算法、完成创意和评价总结的整个过程。
关键字:项目化学习;人工智能;教学实践案例背景2017年7月8日,国务院印发《新一代人工智能发展规划》的通知,通知中明确指出:实施全民智能教育项目,在中小学阶段设置人工智能相关课程,逐步推广编程教育。
自此以来,中小学人工智能教育成为了国内众多学者和一线信息科技教师关注的焦点。
2022年4月21日,义务教育阶段《信息科技课程标准》颁布,人工智能作为第四学段的三大主题内容之一,其重要教育地位更加凸显。
如何开展有效的人工智能教学,达成新课标要求的核心素养目标,是摆在一线教师面前的重要课题。
项目化学习是一套系统的教学方法,它是对复杂、真实问题的探究过程,也是精心设计项目作品、规划和实施项目任务的过程,在这个过程中,学生能够掌握所需的知识和技能[1]。
学生者通过参与一系列复杂度螺旋上升的任务来解决真实世界中的问题,从而实现信息素养目标的达成。
本案例依据项目化学习理念,以“制作智能护眼神器”一课为例,通过情境创设——明确问题——设计算法——完成创意——总结评价五个教学环节的实施,详细阐述了初中人工智能教育教学的步骤和方法,以期为广大信息科技教育工作者提供一些有益借鉴和参考。
案例描述课例简介:本课使用图形化编程平台与“arduino”开源硬件结合的形式进行教学,选取制作预防近视的“护眼神器”这一主题进行项目探究,学生之前学过超声波传感器与人体红外传感器的工作原理和使用方法,通过小组合作动手搭建硬件并编程,实现预期效果,创新解决项目问题。
1、结合生活,创设情境此环节是本课的导入环节,首先给学生播放一段贴近生活的视频——《孩子,你的视力还好吗?》,视频中通过详细的数据和眼科专家的介绍展示了当前中学生视力普遍下降的事实。
课题申报范例精选【导语】课题要坚持正确的政治方向,充分体现中央有关精神和要求,具有鲜明的问题导向和创新价值。
应用对策类选题要有现实性、针对性和前瞻性;基础理论类选题要立足学术前沿,具有原创性和开拓性;跨学科类选题要体现学科交叉渗透的属性和特点。
选题文字表述科学、严谨、规范。
以下是课题优秀成果,是各类教师进行课题申报、开展课题研究、撰写研究报告的参考模板和范例。
中小学智能机器人教育的理论和实践研究课题名称:中小学智能机器人教育的理论和实践研究关键词:机器人教育理论实践申报级别:省级课题课题类别:重点课题学科分类:信息技术研究类型:信息技术预期研究成果:立项号:课题设计论证一、本课题国内外研究现状:智能机器人是数学、力学、机械、电子、自动控制、传感器、通信、计算机、人工智能等众多领域的高科技的集成,机器人教育能有效培养学生的动手能力、创造能力和协作精神。
国外一些发达国家已把智能机器人教育作为创新教育的战略性手段。
他们非常看重机器人教育对未来高科技社会发展的作用和影响,尤其对年轻一代创新能力的培养作用,在中小学阶段不同程度地对学生进行机器人相关知识的教育。
在国内,智能机器人技术向教育领域的渗透已有呈加速发展的趋势,机器人文化的普及也在加速。
在新一轮的课改背景下,信息技术课程也正面临着改革与创新,而引入机器人教育将给信息技术教育带来新的活力。
当前我国中小学已开展的机器人教育活动主要还局限于以课外兴趣活动或者竞赛的方式进行,目的是为了学生能参加各种比赛而开设的。
在新的发展背景下,为了能让更多的学生能参与到这一活动中来,我们一线教育工作者有必要对能否在中小学阶段信息技术课当中开设机器人教学进行研究。
二、指导思想在辩证唯物主义思想指导下,以教育部《基础教育课程改革(纲要)》为依据,运用现代教育理论和现代信息技术,开展中小学机器人教育的研究与实践,实现素质教育的人才培养目标。
三、选题的意义和价值本世纪的第一个十年,是智能机器人飞速发展的时期。
随着智能机器人技术的发展,机器人教育进入中小学课堂是必然趋势。
此外,这项活动对学生综合能力的培养有很大帮助,并有利于高校综合选拔人才。
它不仅提供了一种素质教育和创新教育与前沿研究相结合的生动形式,而且内容本身也具有较强的趣味性、实践性、探索性和综合性,易于吸引学生积极参与。
同时也是学校开展科技教育的最有效途径之一。
四、本课题的研究目标总目标:以校本课程建设推进学校课程体系建设,以学校课程体系建设拓展学生发展的空间,凸显学校办学特色。
学生发展目标:以机器人教育为载体来提高学生的综合能力。
教师发展目标:学会学习、学会反思、学会创新,成为实践的研究者,促进教师专业化成长,增强课程开发的意识与能力。
五、本课题的研究内容1.机器人校本课程活动形式的研究机器人教育以其独特的魅力吸引学校和家长的青睐,也吸引着学生的兴趣。
2017年我校将机器人科普活动引入学生社团建设,组建了机器人社团,在机器人竞赛中取得了很好的成绩,积累了相对丰富的经验。
机器人教育对培养学生创新能力、丰富校园文化、发展学校特色发挥了很大作用。
但与学校投入的人力、物力和财力相比,受益的仅是少数学生。
《基础教育课程改革纲要》中增强课程对地方、学校及学生的适应性。
基于此,我校决定在学生社团开设的基础上,开展机器人校本课程建设实验,将它作为校本课程纳入高中教育教学中,充分利用已有的设备和经验,将机器人教育扩大到全体学生。
给学校的特色发展、教师的专业发展、学生的个性发展提供一个新的平台。
2.机器人课堂教学形式的研究机器人教学的主要任务是培养学生对机器人的兴趣,让学生了解和掌握机器人的基本知识和技能,了解技术的发展及其应用对人类生活和科学的深刻影响。
通过机器人课程培养学生良好的信息素养、创新精神和实践能力。
(1)以学生为中心,以问题为驱动引导学生提出问题、思考问题、解决问题。
促使学生在问题的驱动下主动去观察,去发现、去探索,去研究,充分发挥学生的主动性和创造性。
(2)完善课堂评价方式,让学生体验成功的乐趣在教学过程中,多注重学生自主学习、自主探究的过程。
对于学生的每一点进步、每一点成功都及时的给予表扬和鼓励,让学生有成功的自豪感,在这种愉悦的心情下,促使他们自主、自愿的投入到学习、探究中。
(3)以小组为单位组织课堂教学,让学生学会合作学习在教学过程中,进行小组教学,小组内和小组间都可以互相讨论和交流,提出各自的观点,选择最优方案。
通过讨论和交流可以加深学生对问题的理解。
同时,合作学习可以使每个学生在不同的方面能做出自己的贡献,对于某些方面学习不够理想的学生,有助于他们在小组学习中赢得同伴的尊重。
(4)使用灵活多样的教学方法课堂教学中根据不同的教学内容和需要,灵活选用讲授、项目引导、直观演示、小组讨论等多种方法,以免使学生在某种固定模式下产生学习疲劳。
3.机器人教育中学生综合能力提高的研究当今时代是人才竞争的时代,需要我们学生具备多种能力,而机器人课堂教学,给学生综合能力的培养搭建了一个平台,成为培养学生们综合能力的一条有效途径。
(1)培养创新能力。
创新已经成为社会进步的源动力,在教学过程中,引导学生进行富有创造性的搭建各种机器人,鼓励学生勇于探索,使用与众不同的方法、思路。
鼓励学生有创意的想法,培养和激发学生的创新精神。
(2)培养应变能力。
由于机器人的运行受时间、地点和环境等因素的影响,制作机器人时要考虑很多因素。
调试机器人需具备临场应变能力和处理突发事件的能力。
(3)培养学生的团队合作精神。
一个成功团队中的每个队员必须具有合作精神,机器人教育需要小组成员默契配合,可以在平时的学习过程中培养学生的合作精神。
五、研究方法主要采用比较研究法、行动研究法、调查研究法、个案研究法。
(1)比较研究法:选取高一两个班级同学,进行跟踪研究,研究经过机器人教育的学生和未经过机器人教育的学生之间变化。
(2)行动研究法:在机器人教育实践过程中进行反思。
(3)调查研究法:拟定计划、准备材料、网上调查、收集数据,整理材料,写出调查报告。
(4)个案分析法:根据学生、教师的实践情况确立个案研究对象(学生个案,教师个案),在实践中长期跟踪观察,定期调查访问,搜集实验资料,综合统计评价,形成个案研究体系,为课题提供丰富的第一手资料。
六、研究步骤1、研究思路:理论学习领先,让研究有更多的理论支撑。
同时汲取前人优秀的研究成果,借鉴同行的研究经验,从而准确定位自己的研究方向和研究方法。
研究目标清晰,问题解决切入,以校本课程开发教学为主体,以社团活动与竞赛活动为辅助。
2、主要研究阶段及阶段性研究目标主要研究阶段完成时间课题组成员分工阶段成果形式、数量准备阶段2019年6月—2019年9月完成参考文献资料收集,拟定课题方案、申报工作,建立研究子课题组课题申报书1份课题研究网站1个实施阶段:2019年10月—2020年10月组织子课题组每周定期开展子课题组公开研讨活动、理论学习及沙龙研讨;组织阶段分析、阶段小结、中期评估活动;适时积累研究文献资料;组织阶段研究论文撰写,科技校本课程的开发实施。
公开研讨活动1次/月阶段小结1份中期评估报告1份教师教科研手册1份学生社团成果1份总结阶段:2020年11月—2021年3月组织研究进程分析,研究成效分析,后期研究专题研讨;组织研究文献资料(包括声像资料)交流、整合;组织论文撰写,子课题组和课题组的研究报告撰写,组织结题鉴定活动师生获奖集1本科技校本课程1份二、指导思想在辩证唯物主义思想指导下,以教育部《基础教育课程改革(纲要)》为依据,运用现代教育理论和现代信息技术,开展中小学机器人教育的研究与实践,实现素质教育的人才培养目标。
三、选题的意义和价值本世纪的第一个十年,是智能机器人飞速发展的时期。
随着智能机器人技术的发展,机器人教育进入中小学课堂是必然趋势。
此外,这项活动对学生综合能力的培养有很大帮助,并有利于高校综合选拔人才。
它不仅提供了一种素质教育和创新教育与前沿研究相结合的生动形式,而且内容本身也具有较强的趣味性、实践性、探索性和综合性,易于吸引学生积极参与。
同时也是学校开展科技教育的最有效途径之一。
四、本课题的研究目标总目标:以校本课程建设推进学校课程体系建设,以学校课程体系建设拓展学生发展的空间,凸显学校办学特色。
学生发展目标:以机器人教育为载体来提高学生的综合能力。
教师发展目标:学会学习、学会反思、学会创新,成为实践的研究者,促进教师专业化成长,增强课程开发的意识与能力。
五、本课题的研究内容1.机器人校本课程活动形式的研究机器人教育以其独特的魅力吸引学校和家长的青睐,也吸引着学生的兴趣。
2017年我校将机器人科普活动引入学生社团建设,组建了机器人社团,在机器人竞赛中取得了很好的成绩,积累了相对丰富的经验。
机器人教育对培养学生创新能力、丰富校园文化、发展学校特色发挥了很大作用。
但与学校投入的人力、物力和财力相比,受益的仅是少数学生。
《基础教育课程改革纲要》中增强课程对地方、学校及学生的适应性。
基于此,我校决定在学生社团开设的基础上,开展机器人校本课程建设实验,将它作为校本课程纳入高中教育教学中,充分利用已有的设备和经验,将机器人教育扩大到全体学生。
给学校的特色发展、教师的专业发展、学生的个性发展提供一个新的平台。
2.机器人课堂教学形式的研究机器人教学的主要任务是培养学生对机器人的兴趣,让学生了解和掌握机器人的基本知识和技能,了解技术的发展及其应用对人类生活和科学的深刻影响。
通过机器人课程培养学生良好的信息素养、创新精神和实践能力。
(1)以学生为中心,以问题为驱动引导学生提出问题、思考问题、解决问题。
促使学生在问题的驱动下主动去观察,去发现、去探索,去研究,充分发挥学生的主动性和创造性。
(2)完善课堂评价方式,让学生体验成功的乐趣在教学过程中,多注重学生自主学习、自主探究的过程。
对于学生的每一点进步、每一点成功都及时的给予表扬和鼓励,让学生有成功的自豪感,在这种愉悦的心情下,促使他们自主、自愿的投入到学习、探究中。
(3)以小组为单位组织课堂教学,让学生学会合作学习在教学过程中,进行小组教学,小组内和小组间都可以互相讨论和交流,提出各自的观点,选择最优方案。
通过讨论和交流可以加深学生对问题的理解。
同时,合作学习可以使每个学生在不同的方面能做出自己的贡献,对于某些方面学习不够理想的学生,有助于他们在小组学习中赢得同伴的尊重。
(4)使用灵活多样的教学方法课堂教学中根据不同的教学内容和需要,灵活选用讲授、项目引导、直观演示、小组讨论等多种方法,以免使学生在某种固定模式下产生学习疲劳。
3.机器人教育中学生综合能力提高的研究当今时代是人才竞争的时代,需要我们学生具备多种能力,而机器人课堂教学,给学生综合能力的培养搭建了一个平台,成为培养学生们综合能力的一条有效途径。