【基于项目学习的机器人教育教学设计7000字（论文）】

基于项目学习的机器人教育教学设计目录TOC\o"1-2"\h\u9315基于项目学习的机器人教育教学设计 116371中小学机器人课程分析 1134531.1中小学机器人课程的任务及目标分析 126161.2中小学机器人课程的教学活动分析 148031.3中小学机器人课程的发展性及实践性分析 278562“四位一体”中小学机器人教育模式的提出 29382.1“四位一体”模式的核心思维拓展方法 336242.2“四位一体”模式的关键课堂组织形式 518802.3“四位一体”模式的特点协作交互学习 7171452.4“四位一体”模式的框架行动实践过程 81中小学机器人课程分析1.1中小学机器人课程的任务及目标分析(1)课程主要任务目前我国中小学机器人课程的主要任务是要培养学生在机器人以及人工智能方面的学习兴趣，让学生了解和掌握综合实践、通用技术与信息技术三门课程中所涉及的基于教育机器人平台的知识和技术，并且在此过程中横向的了解与之相关的其他学科的知识、技术前沿、社会文化，培养学生良好的信息素养，激发学生的创新意识、思维和能力，提高学生动手实践的能力，并在此过程中让学生能正确的认识和理解社会科技、文化以及伦理等问题，树立正确的人生观。(2)课程教学目标①知识技能目标：基础--学习掌握机器人相关知识，能够正确搭建机器人，完成相关编程操作；拓展--了解机器人相关技术前沿领域。②思维能力目标：培养学生创新思维、意识和能力。③情感态度目标：激发学生的主动学习意识，同时使学生直面困难，勇于接受挑战。为培养具有创新能力的人才，在课程的设计中，我们应当有意识的注意涉及到思维能力目标以及情感态度目标的课程活动的设计。1.2中小学机器人课程的教学活动分析（1）教学活动具备创新性机器人课程所开设的主要目的就是为了培养学生的创新能力，因此在课程教学内容、教学方法和教学评价也应该具备创新性。（2）教学活动具备综合性在机器人课程内容中应体现机械、信息技术、仿真等多方面内容，从而提高学生的综合素质，培养学生的综合能力。（3）教学活动具备开放性首先是机器人教学设备具备开放性，目前国内外很多厂家所开发的适用于中小学生的教育机器人套装，能够使学生方便自主的组装拆卸机器人，组成形态不可预知的多样化特点；其次是机器人教学环境具备开放性，也就是说机器人课堂不再是保守封闭的，而应该是校内校外、课内课外有机统一。1.3中小学机器人课程的发展性及实践性分析（1）中小学机器人教育模式的设计应具备发展性由于各种机器人技术的迅猛发展，势必会使教育类机器人也不断向前进步，因此课程本身以及针对该课程所设计的教育模式要对本领域的可发展空间有一定的认识，注意课程的长足发展，从而避免由于产品以及知识理念等未更新而导致课程僵化现象的出现。（2）中小学机器人教育模式的设计应具备实践性中小学机器人课程一个最大的特点就是其具有极强的实践性，因此在我们对该课程内容的教材编写、教学设计以及评价方法等方面都应突出这一特点，着重培养学生的动手能力。2“四位一体”中小学机器人教育模式的提出中小学机器人教育中如何在课程中进行思维拓展？如何进行课堂组织？如何进行协作交互？如何进行行动实践？将这四个方面的问题作为着眼点，分别探索其在教育模式中具体的开展方法，得出了各自不同的方法体系，这四种方法体系交叉融合，围绕机器人教育展开，形成了“四位一体”中小学机器人教育模式。“四位一体”中小学机器人教育模式的核心是思维拓展方法，将某些思维方法具体化、模块化，具有较强的可操作性，从而培养学生的思维能力；“四位一体”中小学机器人教育模式的关键是课堂组织形式，思维方法需要在具体的教学活动中加以应用，才能发挥作用，因此需要一定的课堂组织技巧来配合；“四位一体”中小学机器人教育模式的特点是协作交互学习，机器人是一门具有很强操作性的课程，需要学生大量的实践性活动，因此在教育模式的设计过程中应注意引导学生开展协作交互学习的一些策略及方法；“四位一体”中小学机器人教育模式的框架是行动实践过程，在课程的设计过程中，应当形成整体的脉络。2.1“四位一体”模式的核心思维拓展方法在注意基础知识学习的同时，我们在机器人教育活动过程中，更加应该注意拓展学生思维的深度和广度。教师可以通过教学活动，有意识有步骤的引导学生由浅入深的进行系统化的思考活动。(1)思维拓展过程步骤①提供范例：给出课程教学内容的学习范例，使学生可以根据实例，直接进行实践思考，而提供范例练习部分时间应该控制在1-5分钟。②给出建议：针对范例练习情况，给出有建议选择的答案，答案并不唯一，而是针对主题的一种相对全面的考虑，其目的在于给学生针对问题所遗漏的观点，促进学生完善思维。③创新观点：对于学生解决问题后所提出的结论观点，要具备创新性，即要求学生是对不同的问题或者相同问题不同方向所进行研究而得出的结果，并且要求学生要在指定的时间里尽可能多的提出观点。④巩固练习：针对已经形成的新的观点方法，进行思维巩固。（2）思维拓展方法思维拓展方法是要在教学过程中有意的引导学生思维，在此将一些有意识的思维过程进行了命名，以便使该思维过程可视化。这些思维过程主要从以下几个部分来拓展学生思维：分析目标和目的；考虑解决问题方法的优点及缺点；考虑解决方案中的所有因素；分析实践结果；听取他人意见。具体可操作的思维拓展方法有以下几点：①引导学生利用PMI思考法分析设计方案的利弊PMI法则是P-Plus-优点-有利因素，M-Minus-缺点-不利因素，I-Interest-兴趣点。这种思考法则就是要求学生在进行的一个主题分析或设计某个方案之前，首先要有意识的去考虑一下这个主题或方案的优点、缺点、吸引自己的兴趣点的因素各有哪些。通过这种有意识的思考，可以更加全面的看清楚主题或方案。这种思考法则强调我们要“有意识”去考虑，而我们以往在“直接”思考活动中，容易受个人的情感因素所影响，从而不能正确完善的去考虑问题。利用这种方法引导学生思考，可以确保学生在做出决定之前，能充分的对方案的两个方面进行思考，可以扩大学生考虑问题时候的视野。举个例子，我们设计一个简单的机器人程序，要求机器人实现灭火的任务，在选取灭火工具时，可能会有很多选择，例如风扇、水枪等。我们分析风扇和水枪各自的优缺点，选取最适用于我们当前任务的工具，而不是根据个人对于二者的偏好进行选择。②引导学生利用CAF思考法考虑可能影响设计方案执行结果的所有因素CAF思考法是指考虑问题所有的影响因素（ConsiderAllFactors）。这种方法可以使学生具体化、细节化的观察事物、问题或者所设计的方案。利用这种方法，我们可以使学生在制定计划时，注意被忽略或者遗漏的因素。举个例子，我们要进行一个机器人循迹的任务，那么我们要分析影响机器人对轨迹辨别的因素都有哪些，包括场地大小材质、环境光线等，要尽可能使方案完整全面。③引导学生利用AGO思考法将所开展机器人项目的目标清晰化AGO是指-方向（Aims）、目的（Goals）、目标（Objectives），三者都有目标的意思，之所以选取三个相同意义的词，是想强调在学生开展具体的活动之前，一定要他们通过主动思维，清楚的知道本次任务的终极目标是什么，以及每个步骤或者过程的目标是什么，以便能够有目的的行动。举个例子，我们使学生进行循迹灭火的活动，那么引导学生进行目标分解活动，则目标应包括以下几个：终极目标(完成灭火任务)，分目标(寻找轨迹、寻找火源等)。④引导学生利用FIP思考法分析优先需要考虑的因素FIP是优先考虑的因素（FirstImportantPriorities）的缩写。FIP就是要求在经历了前边的PMI、CAF、AGO之后，引导学生挑选出各个环节中最重要的影响因素，这些因素具有优先权，是最先要处理和解决的问题。⑤引导学生利用OPV思考法听取其他人的观点OPV思考法是听取他人的观点（OtherPeople’sViews）。将他人的思维内容引入到自己的思维当中来，从而使自己的思考内容得到补充和优化。以上即为针对思维拓展方面，所提出的一系列具体可视化的操作方法，通过这些有意识的引导思维的活动，可以使学生的思路清晰化，使学生进行发散思维，从根本上培养学生的创新思维。2.2“四位一体”模式的关键课堂组织形式前边“思维拓展”部分，所讲解的是一些可视化的具体的思维方法，可以运用到引导学生针对机器人课程中的某个具体环节、项目或者问题的思考分析上，在本节课堂组织形式的相关内容上，将讨论一些课堂当中比较好的活动组织形式，而且在本节内容中将充分发挥“提问”的魅力，将提问作为一种重要的课程实施手段。(1)运用提问，带领学生开展辨认活动。在我们每个人的日常生活中，辨认是一个无意识的过程，我们不需要刻意就可以去辨别一辆汽车、一台电脑、一个鸡蛋，其实这种对具体事物的辨认对于我们而言，不是特别重要。更重要的是要对我们所做的事情，所遇到的问题或者情况有一个辨认，而这种辨认是一种有意识的行为。因为只有当你辨认出一个问题的情况时，你才可能去解决它；当你辨认出一个项目的特点时，你才能坐下来制定一个计划去完成它。在机器人教育课程中，我们要培养学生对某个问题或者某个项目的情况、特点等内容进行辨认，这样就可以从辨认的结果中得出可以使用的相关信息，从而解决问题或者完成项目。教师要在课程中，针对某个内容运用提问来检测学生是否已经得到正确的辨认结果，获得正确的信息。例如：提问：你辨认出来了吗？如果学生答案是肯定的，可以支持学生开展进一步的活动，如果答案是否定的，那么教师应当使用以下三种处理方法：①辅助学生搜索更多用于辨认的相关信息。②支持学生大胆猜测，验证猜测是否正确。③用同一种方法，对不同的可能性进行验证。举个例子：绿色正方形代表一个建筑物，红色正方形代表两驱(2w)机器人，现在要完成两驱机器人绕障碍物右转这样一个动作，那么我们就要引导学生辨认两驱机器人有几种转弯方式？哪种转弯方式更适用于此项目中，当学生无法做出辨认时，可以给学生补充以下知识：转弯方式分为三种，前进转、原地转、后退转，其中前进转两驱动方向均为向前，左轮速度大于右轮速度，实现右转；原地转右轮速度方向为0.左轮速度方向为向前；后退转左轮速度方向向前，右轮速度方向向后。然后支持学生大胆猜测，并且验证哪种辨认结果为正确。(2)运用提问，带领学生开展分析活动。我们要引导学生针对机器人项目，分析其中各种复杂的情况，把他们分解成各个能够独立处理的因素，而这种分析活动，可以使学生更好的认识事物，理解事物，也就能够更好的对事物做出辨认，从而开展机器人活动。能够更好的进行分析活动，我们将分析分为两个步骤，第一个步骤叫做原分析阶段，就是针对事物真实组成部分结构的分析，第二个步骤叫做认知分析阶段，就是针对事物的能力、属性等进行的分析。例如：提问：你是怎样进行分析的？举个例子，当给学生示范足球机器人的时候，首先要对足球机器人的各个部件是什么以及是何种材质进行分析？之后要对各个部件的功能作用以及效果进行分析。在引导学生进行分析的过程中，尽量使学生将所要分析的内容，分成几个部分来进行，这样分别对每个部分进行分析思考，可以得到一个相对全面的分析结果。(3)运用提问，锻炼学生对比事物的能力。辨别和分析两种方法，一般是针对单一的事物，来指导学生运用的，而对比的方法，我们可以引导学生在新知识和旧知识中开展，这样可以促进学生进行知识的迁移，用学过的知识和经验以及方法处理新遇到的问题。例如：提问：这些东西像什么？这两个方案有哪些方面相似？有哪些方面不同？在此特地将比较提出来，作为一个有意识的引导学生开展的活动，是为了避免某些由于某些因素所做出的结论。举个例子，对于利用传感器，使机器人沿轨迹行走这一项目，我们可以带领学生对比分析两个传感器和有三个传感器有哪些异同点。(4)运用提问，引导学生挑选出问题最佳解决方案。任何问题或者方案都会有多个解决方案，那么我们要运用各种手段对它们进行分析，从而选出最优方案。挑选包括：选择、判断、尝试、筛选，而其开展也需要以下几个必备的因素：确定目标（运用拓展思维一节中的AGO思考法可以得到），检验已知条件是否满足，有多种备选的可能性。例如：提问：你觉得哪种方案适合本次任务？当学生对问题进行了相关思考，在心中形成一定标准时，才能提出满足个人想法的一些观点。(5)运用提问，引导学生进行多元化解题。当学生在某个项目顺利完成后，去引导学生尝试找到对待该项目的新方法，从而拓展了学生思维的宽度。例如：提问：还可以使用其他方法来分析这个问题吗？这里的其他方法可能来自于其他同伴，也可能是对待同一个问题不同的思考方面。(6)运用提问，培养学生的协作组织能力。前面运用提问的直接目的都是放在引导学生看待某个问题，或是对于某个项目的分析认识上，那么我们在上课的过程中，还可以运用提问的方式，来促进小组间成员的沟通与协作。例如：提问：你应该怎么组织本项目的实施过程？你们小组间成员的分工是怎样的？这样可以明确组内每个成员的任务，将分工明确化，有助于项目更好的开展和实施。(7)运用提问，促进学生对知识的巩固。知识的累积，在于不断的记忆，所以在一定的学习时间后，要有意识的提示学生，进行知识的巩固和复习，可以利用提问完成这一目标。例如：提问：你已经学会了什么？巩固既是对所学到的知识的总结，更重要的是由于有新的知识加入到知识体系当中来，容易形成新的想法，也会看到以前对于相关问题的一些思维缺陷。2.3“四位一体”模式的特点协作交互学习我们在进行机器人教学活动中，大多数情况下，各种实践活动是以小组形式展开的，因为每个学生的发展特点不同，这种小组式的学习方法，有利于大家扬长避短，互相学习，因此本节内容介绍一些能够促进小组间成员更好的合作以及相互促进的方法。(1)角色扮演，有效的分配人力资源，更好的开展活动。在此提倡在组内进行角色扮演，根据每个人的特点不同，在组内扮演不同的角色开展合作，并且为了能够促进彼此更好的相互学习，建议定期开展项目总结活动，提倡进行书面笔记。(2)恰当的运用辩论的策略，引导组员开展EBS。EBS是指研究彼此间的观点（ExamineBothSides），辩论是头脑风暴方法的一种，针对某个问题，大家各自抒发自己的意见，EBS就是强调有意识的将队友或者其他组员的观点记录下来，与自己的观点进行分析对比，从中获取更多的有用信息。在此提倡教学过程中，进行头脑风暴或者讨论时，利用思维导图工具将大家的思维内容记录下来，可视化的图像语言可以有助于更好的补充及完善讨论的内容。(3)在辩论及分析后，统一思想，得出结果。这一步很重要，因为有了结果，即是确定了整个小组努力的目标，这样可以集中注意力，为目标而做出下一步的行动，或者为目标而做出相应的计划。2.4“四位一体”模式的框架行动实践过程在前边我们讨论了一些方法用来引导学生对机器人实践活动中的问题、项目以及一些方案计划进行全面的思考和分析，但是我们知道任何的思考学习过程，最终是要通过实践活动对其进行检验和评价的。在此部分内容中，我们提倡框架的使用，将整个教学实践的过程分为明确的阶段，并依次对各个阶段进行处理。为了便记忆，我们给框架的每个部分，选取了一个英文词语，并用首字母代表该部分，框架各个部分包括：目标（Target）、扩展（Expand）、缩小（Contract）、解决方案（Solution）、决定（Decision）、实施（Operation）。(1)T（Target）阶段：在得到一个问题或者一个项目的时候，应当首先带领学生利用前三节当中的方法，来确定目标。目标的类型分为以下三种：①总体目标：最终要实现的目标，针对某个项目时，即是全部完成该项目为总体目标。②特定目标：总体目标中具有某个独特属性和含义的关键性目标，例如在迷宫灭火中，寻找到火源，就是灭火这个总体目标中，具有特殊含义的关键性目标。③分目标：总体目标下，各个分任务的目标。(2)E（Expand）阶段：在目标的范围内，进行思维的扩展和发散，这样可以引起对目标更高度的注意力，发现更多的细节，对问题产生更多的解释。E阶段执行的过程：①确定注意力及思维停留在目标上。②针对目标尽可能的