1、中小学机器人科普计划一、中小学机器人创新活动意义分析1. 机器人创新可以锻炼学生实践动手能力学生亲手拆解、组装机械零件、联通导线、安装部件等活动锻炼学生的手指灵活性，刺激大脑的发展。可以为培养未来的能工巧匠打下基础。此外机器人需要编写控制代码，分析解决实际中的问题，这能培养学生计算机操作能力。同时学生能够掌握更多的种知识、方法和能力，逐渐的培养对科学技术的兴趣。2. 机器人创新可以培养学生克服困难的能力机器人综合了信息技术、各种传感器、机械、电子、控制等多个学科知识。包含了中小学数学、物理、语文、计算机等全部课程的知识。拼接一台机器人对学生来说是个巨大的挑战，学生通过查阅各种机器人知识、克服组
2、装机器人中的各种问题。这将能有效的培养学生克服问题，越挫越勇的能力。3. 机器人创新可以学生团队工作能力目前多种集成计算机语言、通信、网络、传感技术、自动化技术、人工智能一体的机器人出现，需要学生之间通力配合才能解决问题，如何发挥团队作用、如何体现个体价值，能充分的在机器人创新中体现。4. 机器人创新可以学生创新的能力机器人创新活动，学生提供了全面接触、学习信息科技，理解信息科技内涵的智能化学习平台，有利于中小学生信息素养、想象力、创造力的全面提高。机器人完全靠学生运用自己的聪明才智去制作，有利于培养学生的开放性思维。二、中小学机器人发展趋势与现状目前国家通过举办各类机器人比赛，来刺激我国的中
3、小学生开展机器人创新活动。机器人教育引入中小学，不仅有利于信息技术教育的发展；有利于探索教育改革和人才培养的新途径、新方法；有利于高素质人才的培养；同时将推动我国智能机器人知识和技术的普及；促进我国智能机器人事业的发展和专业人才的培养；促使新兴的智能机器人产业的形成。可以说，智能机器人教育为实施素质教育提供了一个可操作性的实践平台。中小学机器人教育活动从原来的少年宫、创新班里进行，逐步发展到学校和课堂。图形化编程语言和代码模块化技术大大降低了中小学开展机器人教育的门槛。此外一些大公司和大企业也看到了中小学机器人教学发展迅猛发展势头，如乐高机器人、乐博机器人、 bioloid 机器人模块、博佳机
4、器人等品牌纷纷开展了机器人中小学机器人教学。现代信息社会，中小学机器人教育的需求越来迫切。因为机器人技术门槛较高，所以中小学开展机器人教学需要较多的技术支持，高等院校作为产学研的基地，非常适合为中小学机器人培训提供技术支持的扮演这一角色。哈工大作为国内最早开始机器人研发的高校，具有丰富的开发经验，相信随着我国中小学机器人教育在今后的日子里会更趋活跃。三、环境设计一个具有完善功能的机器人实验室由以下六大主要功能区构成：（1）教学区进行机器人日常教学活动（2）活动区机器人活动的专用场地，及学生测试机器人的空间（3）组装区提供专用课桌和工具，搭建和改装机器人（4）展示区展示各种各样的机器人，以及学生
5、自己创作的科技创新作品（5）储物区存放机器人及其相关设备四、机器人配置见附件五、机器人课程开展的方式1. 课题研究的内容开设智能机器人课程，借鉴建构主义理论和多元智能理论，研究和探索智能机器人课程在基础教育中的教学模式和教育价值。2. 智能机器人课程的教学目标我们将智能机器人课程的具体教学目标初步定位为：（1）知识方面：使学生了解智能机器人这个学术前沿领域的发展和应用状况，了解智能机器人的概念和工作方式，破除青少年对机器人的神秘感，提高对机器人的认识，为进一步学习机器人的有关知识打下基础。（2）能力方面： 使学生掌握为一种智能机器人下载程序的方法，了解智能机器人的各种传感器和驱动装置的作用。理
6、解体会程序是智能机器人的灵魂，了解机器人是怎样在人的指挥下工作的。 使学生学习一种智能机器人编写程序，通过为机器人编写程序学到科学而高效的思维方式，提高逻辑思维能力、规划能力，提高学生分析问题和解决问题的能力。 通过模拟项目的完成，使学生在为机器人扩充接口的过程中学习有关数字电路方面的知识，在组装机器人的过程中培养学生的动手能力、协作能力和创造能力。（3）情感方面： 通过介绍高科技领域学科发展前沿和我国机器人科学家在机器人开发过程中的爱国主义精神、科学精神、顽强拼搏精神，激励中学生确立正确的世界观、人生观和价值观。 培养对人工智能技术的兴趣，真正认识到智能机器人对社会进步与经济发展的作用，积极
7、参加机器人编程比赛、机器人百科知识比赛、机器人竞技比赛等各种课外活动。在竞赛活动中培养学生的创新意识、团队意识和竞争意识。3. 智能机器人课程的教学内容将智能机器人内容的教学纳入到信息技术教育课程中，使其成为具有特色的本校课程。参照国内外专家学者的研究成果，智能机器人课程的知识结构可由下列四个模块组成：模块一 机器人概况 包括：机器人概念、机器人原理、机器人历史、机器人与人、机器人与社会等内容。模块二 机器人编程 包括：学会将使用 Java、 Visual C+/C、交互式C、VBasic 、QBasic 、MSWLOGO 、PROLOG、汇编等编程语言及编程平台的使用，学会数据库程序的编写，
8、能面向问题、面向代理进行编程设计，能开发出实用机器人程序。模块三 机器人硬件 了解机器人的硬件结构体系，重点了解其机械结构、驱动系统、控制系统、感觉系统、通讯系统的原理与结构，学会机器人的模块化组装、控制与维护方法。 模块四 机器人应用 了解机器人的功能、应用领域、应用方法与效能，了解机器人或其他智能机器的操作、使用与维护方法。能在各种机器人知识与能力竞赛中，创造性地综合运用所学知识。4. 智能机器人课程的教学模式按照普及与提高相结合的原则，我们将智能机器人课程的教学模式分为三种：一是专门课程模式，二是学科整合模式，三是兴趣小组模式。专门课程模式：作为信息技术课程的选修课，在学校教学计划与课程
9、安排中有“智能机器人”的专门课程，每周按课表开展有关机器人的课堂教学活动。学科整合模式：学科整合模式是指将机器人教学内容整合到其他课程的教学中。由于智能机器人技术融合了造型技术、机械、电子、传感器、计算机软件、硬件和人工智能等众多先进技术，充分地体现了当代高新技术多个领域的先进水平。因此在中学数理学科的各种研究性学习中，都可以与智能机器人技术开展整合，将智能机器人技术有机地融入这些学科的教学中。兴趣小组模式：根据兴趣，吸纳数理逻辑强、创新意识强、动手能力强的学生 510 人组成智能机器人兴趣课外活动小组，培养才干，发挥特长，作为学校代表队，参加各级各类机器人竞赛活动。学生在活动过程中，能够始终
10、感受着失败的遗憾和成功的喜悦，从而树立成就感和自信心，发展良好的个性心理素质；同时，小组成员回到本班以后，又能成为“小老师” ，帮助其他同学，进而全面提升智能机器人学科教学的整体水平。六、阶段目标评价第一阶段：主要以教学为主，以班级或自愿报名的形式，组成机器人实验室机器人主要使用仿真实验平台、AS-MII 平台、AS-EI 工程创新模块平台来进行系统教学。这个阶段的标志性价值：开发出试用于教学的校本教材，开设机器人公开课，邀请市教育系统和其他学校老师观摩，并在地区进行推广。第二阶段：启动以比赛为主的项目小组，由老师挑选在第一阶段学习中成绩突出的学生，分小组准备教育部、科协、人工智能协会等举办的国际、国内的各类比赛。在这个阶段，机器人要进行大量的扩展、外形改造、机器人活动场地制作、比赛规则培训等。阶段标志性价值：全面投入各类比赛项目，为学校争取荣誉第三阶段：启动以开发研究为主的实验室系统，由老师和骨干学生组成研究小组，在机器人实用功能开发、机器人通讯、机器人群体社会性研究、机器人视觉、语音开发等项目上做系统开发。阶段标志性价值：争取每年有 1-2 个开发成果，可以参加创新大赛或申请专利。以上阶段相互嵌套、互为依托、按照学校的实际情况确定实验室方向。七、学校的义务选拔 12 位专职教师从事机器人教学与科技活动。提供机器人教学与活动的场所。
