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JXKT-XJ-04-017开题报告
发布:刘学忠  时间:2017/7/12 10:32:25  来源:宁夏教研网  点击: 讨论:

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第一章引言.... 2

1.1课题研究的背景... 2

1.2研究的目的和意义... 2

1.2.1研究目的... 2

1.2.2研究意义... 2

1.3研究的内容和研究方法... 3

1.3.1研究内容... 3

1.3.2研究方法... 3

1.4研究的对象... 3

1.5研究过程... 4

第二章相关的理论基础.... 5

2.1Logo语言... 5

2.2萝卜圈机器人虚拟平台... 5

2.3LOGO语言与机器人整合理论... 6

第三章各实验学校开展实验课题现状调查分析.... 7

3.1吴忠利通区69所小学... 7

3.1.1在利通区69所小学开展区域试点原因... 7

3.1.2区域试点工作安排... 7

3.2金凤区良田回中... 9

3.2.1良田回中学校硬件投入概况... 9

3.1.2良田回中六年级学生情况分析... 10

3.1.3良田回中开展实验课程情况... 10

3.3银川市第二十一小学... 10

3.3.1       学校硬件投入概况... 10

3.3.2       学生、教师情况分析... 11

3.3.3开展实验课程情况... 11

3.4青铜峡第三小学... 11

3.4.1学校硬件投入概况... 11

3.4.2学生情况分析... 12

3.4.3开展实验课程情况... 12

第四章 研究步骤.... 12

第五章 研究成果预期形式及内容.... 13

 

 

 

 

 

 

第一章引言

1.1课题研究的背景        

基础教育信息技术课程标准关于课程内容架构设置,在小学阶段设置两个拓展模块,分别是“算法与程序设计入门”和“机器人入门”,适合在小学五六年级开设。机器人是具备一些与人或生物相似的智能能力的自动化机器。

程序设计和机器人都是中小学信息技术学科重要的教学内容。机器人进入信息技术课堂,学生经历机器人搭建、调试、运行等实践任务,学习算法、物理、机械等科学知识,初步理解程序设计的思想和方法,培养逻辑思维和动手能力,是全面提升中小学生的综合素质的有效途径。

程序是智能机器人的灵魂,机器人需要计算机语言编程控制,将机器人作为程序设计学习的载体,程序是否达到预期的目标,可以通过机器人的行为来检验,能从根本上解决程序设计教学中存在的问题。目前,小学的程序设计与机器人教学多为独立进行,程序设计与机器人整合教学的实验尚处于的探索阶段,将LOGO语言、三维仿真机器人及实物机器人整合进行教学,将是中小学信息技术课程教学内容和教学方式的创新探索。

1.2研究的目的和意义

1.2.1研究目的

开展LOGO语言、三维仿真机器人及实物机器人整合教学的课程目的在于培养学生学习机器人的兴趣,通过学习,学生应能初步了解机器人的基本结构,了解机器人在社会生活中的应用;在教师指导下,通过模仿及积极的创意,能够完成简单的机器硬件装配、程序编写、简单调试任务、使机器人能够解决简单的问题。

1.2.2研究意义

在教育领域,机器人拥有极高的教育价值。开展机器人教育,不仅为信息技术教育的进一步发展开辟出一条新路,有利于探索教育改革和人才培养的新途径、新方法,有利于培养学生的科技素养,提高学生的创新能力,综合设计能力和动手实践能力,同时,还将推动我国机器人知识和技术的普及,促进我国机器人事业的发展和专业人才的培养。

机器人教学具有鲜明的实践性,强调学生在直接经验和亲身经历的基础上,通过观察、思考、设计、制作、试验等活动获得丰富的学习体验,在实践中获得知识,培养能力,形成意识,在实践中检验设计、创意和成果。

1.3研究的内容和研究方法 

1.3.1研究内容

使用“LOGO语言与机器人整合”实验教材《LOGO语言与机器人》及相关配套器材进行教材教学,对“实验教材”、IRobotQ3D及配套实验器材(机器人套件)进行测试,课题组根据实验数据对实验进行评估,完善实验教材、系统软件和实验器材的定型。

1.3.2研究方法

1案例分析:对实验学校和区域的教学案例进行分析,提炼具有说服力的案例,支撑研究结果。

2专题研究:针对某一课题定期举办课题全体成员研讨会,把握边学习边实践边总结边创新边优化的研究思路。

3实践反思:本课题研究加强实践过程中的诊断与反馈,课题小组成员要在课后积极进行调研,进行自我反思,以便调控研究进度,调整研究思路,修订研究假设,完善研究方案。

1.4研究的对象 

吴忠利通区69所小学

银川市第二十一小学

青铜峡第三小学

金凤区良田回民中学小学部

1.5研究过程     

Ø 2015910日前完成实验县(区)、学校申报、遴选;

Ø 2015915日前完成实验教材印制、配发;

Ø 2015930日前,完成“宁夏中小学机器人教育公共服务平台”的搭建和测试运行;完成试点学校机器人实验室建设和信息技术教师培训;

Ø 萝卜圏公司提供的机器人实验套装1020前到校,各校机器人实验室在1030前完成布署”;

Ø 201613月进行中期总结:参与实验学校(教师)至少提交1课时教学设计和教学录像,课题组成员提交3课时教学设计,1课时录像,并撰写第一学期研究报告;课题汇集、分析实验数据,修正第二学期实验方案。

Ø 20164月结合宁夏科协开展的“全区青少年机器人大赛”活动组织试点学校参加比赛;

Ø   20167月完成实验,进行终期总结:参与实验学校(教师)提交1课时第二学期教学设计和教学录像,课题组成员提交3课时第二学期教学设计,1课时录像,并撰写第二学期实验报告;课题组汇集、分析实验数据,汇集实验成果,完成实验报告。

 

 


第二章相关的理论基础

2.1Logo语言

LOGO语言是一种早期的编程语言,也是一种与自然语言非常接近的编程语言,它通过绘图的方式来学习编程,对初学者进行寓教于乐的教学方式。LOGO语言创始于1968年,是美国国家科学基金会所资助的一项专案研究,在麻省理工学院(MIT)的人工智能研究室完成。LOGO源自西腊文,原意即为思想,是由一名叫佩伯特的心理学家在从事儿童学习的研究中,发现一些与他的想法相反的教学方法,并在一个假日中出外散步时,偶然间看到一个像海龟的机械装置触发灵感,于是利用他广博的知识及聪明的才智而最终完成了LOGO语言的设计。

绘图是LOGO语言中最主要的功能,佩伯特博士就是希望能通过绘图的方式来培养学生学习电脑的兴趣和正确的学习观念。LOGO语言从开始发展到现在,已有Windows版本——MSWLogo,包括Windows3.X版及Windows9X版等。在以前的LOGO语言中有一个海龟,它有位置与指向两个重要参数,海龟按程序中的LOGO指令或用户的操作命令在屏幕上执行一定的动作,现在,图中的海龟由小三角形所替代。中文LOGO语言最近已经有人开发出了flashLOGO语言,还挻好用,不仅可以实现常用命令,还自行开发了一些机器人智能命令 上世纪90年代,台湾推出繁体版的LOGO语言,称之为:【葛拉堡/Gerlabau】,其后国内也推出了中文化的LOGO语言。

LOGO语言是一种适合小学生学习的程序设计语言,首先,它采用儿童十分喜爱的积木拼图方式,通过海龟绘图来学习编制程序的一般方法,培养学生的逻辑思维和创造才能。LOGO语言非常接近人类自然语言,它提供结构化程序设计,模块化的过程编程和调用,以及程序的递归调用;同时它所包含的参数、变量、带参过程等重要概念以及丰富的数据结构类型,生动的图形处理功能,为孩子们提供了非常好的编程环境,为学习更高级的计算机语言打下了良好基础。

 

2.2萝卜圈机器人虚拟平台

iRobotQ3D是全球首款基于网络的机器人教育和创新设计平台。平台通过虚拟现实技术,将机器人教育和设计的各个应用细节进行高度的三维仿真,实现三维世界里的任务场景设计、智能体构建、行为设计、运动模拟和组织评价等功能。

物理引擎能模拟真实的刚体运动。运动物体具有密度、质量、速度、加速度等各种现实的物理动力学属性。在发生碰撞、受力、摩擦的运动模拟中不同的属性将得到不同的运动效果。

物理引擎对机器人仿真意义重大,可以实现逼真的现实物理运动模拟,机器人项目的创新能力及学科知识整合能力将极大增强。

因为有了物理引擎的支持,平台提供了各种不同物理力学属性的驱动机构,能让你的机器人应对各种复杂的物理环境和任务。平台提供了大量的场景元素,简单构建丰富的机器人运动场景。使用平台提供的各种积木结构,可以构建充满创意的机器人模型

2.3LOGO语言与机器人整合理论 

程序是智能机器人的灵魂,机器人需要计算机语言编程控制,将机器人作为程序设计学习的载体,程序是否达到预期的目标,可以通过机器人的行为来检验,能从根本上解决程序设计教学中存在的问题。目前,小学的程序设计与机器人教学多为独立进行,程序设计与机器人整合教学的实验尚处于的探索阶段,将LOGO语言、三维仿真机器人及实物机器人整合进行教学,将是中小学信息技术课程教学内容和教学方式的创新探索。

三维仿真机器人与实物机器人,即相互联系,又相互独立,适合不同学校和不同起点学生使用。教材整体按照“搭建机器人”——“设计、编写程序”——“仿真测试”这样一个流程进行编写与设制,以突显用LOGO程序指挥教学机器人完成预定的动作,这一理念。

虚拟仿真机器人教学是一个可操作的虚拟机器人平台,支持在计算机屏幕上创建虚拟机器人。学生可以通过虚拟机器人学习相关的知识和技能,可在计算机屏幕上模拟场景的设置,机器人对象的建立和各种传感器和设备的安装,并可以完成多种机器人实验:如机器人走规定图形、机器人灭火、走迷宫、……仿真机器人平台将成为培养同学们动手能力、创造力、综合能力、协作能力和进取精神等多元能力的最佳创新平台。

今天很多类型的机器人都可以直接用LOGO语言编程控制。在仿真环境下的程序,勿需作任何修改,便可直接下载到实物机器人,控制机器人的行为。

 

 

 

第三章各实验学校开展实验课题现状调查分析

3.1吴忠利通区69所小学 

3.1.1在利通区69所小学开展区域试点原因

一、吴忠市区义务教育阶段,信息技术教育教学水平较好,保持着一支较为专业的信息技术教师队伍。

二、吴忠市区作为全区“学生信息技术等级考试”的试点区域,为自治区近年来开展中考的信息技术考试提供了成功的经验。

三、吴忠市区作为一个宁夏传统的义务教育强区,其区域内有小学72所,即有城市小学又有边远的农村村小,其教育环境符合试点工作的开展。

3.1.2区域试点工作安排

第一层次为主要开展试点工作的学校,主要为城市小学加上个别农村小学,在六年级教学中需建设机器人工作室;

第二层次主要为规模中等的农村小学,学校主要开展基于软件平台的教学,同时学校可根据情况确定是否建设机器人工作室;

第三层为较小的农村村小学校,学校开展基于软件平台的教学。

试点学校安排表

第一层次学校名单

学校名称

六年级学生人数

吴忠市裕民小学

589

吴忠市利通区盛元小学

373

吴忠市利通区开元小学

406

吴忠市利通区第十一小学

316

吴忠市利通区第十五小学

95

第八中学小学部

70

吴忠市利通区第十二小学

324

吴忠市利通区第九小学

222

吴忠市利通区扁担沟中心学校

125

吴忠市利通街第一小学

388

吴忠市利通街第二小学

406

吴忠市朝阳小学

406

复兴学校

162

共十三所学校,六年级在校学生人数3077人。在六年级教学中需建设机器人工作室,为主要开展试点工作的学校,为城市小学加上个别农村小学。

第二层次学校名单

学校名称

六年级学生人数

吴忠市利通区金积中心学校

155

吴忠市利通区郭家桥中心学校

135

吴忠市利通区高闸中心学校

100

吴忠市利通区马莲渠中心学校

98

吴忠市利通区第十五小学

95

吴忠市利通区金银滩中心学校

87

吴忠市利通区第十小学

83

7所学校,六年级在校学生人数1567人。积极动员,力争第二层次中50%的学校建设机器人工作室。

第三层次学校名单

学校名称

六年级学生人数

吴忠市利通区金积大庙桥小学

89

吴忠市利通区扁担沟同利燕宝小学

78

吴忠市利通区东塔第三小学

76

吴忠市利通区孙家滩闽宁小学

75

吴忠市利通区汉渠学校

75

吴忠市利通区扁担沟黄沙窝学校

75

吴忠市利通区上桥罗渠小学

71

吴忠市利通区板桥中心学校

70

吴忠市利通区第十四小学

70

吴忠市利通区金银滩杨马湖小学

68

吴忠市巴浪湖农场回民学校

60

吴忠市利通区板桥波浪渠小学

53

吴忠市滨河实验小学

51

吴忠市利通区高闸周闸小学

50

吴忠市利通区郭家桥马湾小学

44

吴忠市利通区金银滩团庄小学

42

吴忠市利通区郭家桥苏家滩小学

42

吴忠市利通区金积高田小学

39

吴忠市利通区金银滩镇跃进小学

39

吴忠市利通区孙家滩中心学校

38

吴忠市利通区郭家桥杨家岔小学

37

吴忠市利通区金银滩东湾小学

36

吴忠市利通区金积田桥小学

34

吴忠市利通区马莲渠陈木闸小学

34

吴忠市利通区孙家滩石家窑小学

33

吴忠市利通区金积镇丁家湾小学

31

吴忠市利通区马莲渠汉北堡小学

30

吴忠市利通区扁担沟五里坡小学

30

吴忠市利通区马莲渠杨渠小学

29

吴忠市利通区东塔第四小学

28

吴忠市利通区扁担沟第一小学

28

吴忠市利通区马莲渠巴浪湖小学

28

吴忠市利通区金积塔湾小学

27

吴忠市利通区金积黎花桥小学

27

吴忠市利通区高闸侯桥小学

27

吴忠市利通区高闸郭桥小学

27

吴忠市利通区东塔龙二小学

25

吴忠市利通区扁担沟第二小学

25

吴忠市利通区金积马家湖学校

25

吴忠市利通区金积回民小学

24

吴忠市利通区高闸高糜湾小学

24

吴忠市利通区板桥高家湖小学

23

吴忠市利通区上桥牛家坊学校

22

吴忠市利通区板桥乡任桥小学

21

吴忠市利通区马莲渠柴桥小学

21

吴忠市利通区高闸李桥小学

17

吴忠市利通区金积关渠小学

16

吴忠市利通区板桥早元小学

15

吴忠市利通区东塔龙一小学

13

吴忠市利通区金银滩镇西滩小学

12

50所学校,六年级学生1974人,学校开展基于软件平台的教学。

3.2金凤区良田回中

3.2.1良田回中学校硬件投入概况

金凤区良田回中,是一所九年制学校,共有计算机教室4个,小学部有专门的计算机教室,配置学生教学用机56(方正英祺,Inteli3处理器,2G内存)。机房接入百兆光纤,能够满足学生同时在线使用萝卜圈虚拟平台。结合学校的实际情况,学校新建机器人教学教室配置了八台六人操作台,每个操作台配置了电脑(4G内存,interi5处理器,独立显卡2G显存),购置了12套实体机器人套装,开展虚实结合的教学方式。

3.1.2良田回中六年级学生情况分析   

良田回中小学六年级有两个教学班级,六年级(1)班学生43人,六年级(2)班41人。学生均为农村学生,学生使用计算机的能力相对较低。家中有电脑的同学仅有5人,因此学生的信息技术能力和计算机操作水平,主要在学校信息技术课程中的培养和提高。

3.1.3良田回中开展实验课程情况 

小学六年级这两个班级,每周安排信息技术课程两课时。六年级(1)班由秦春娟老师教授,六年级(2)班由夏静老师教授。另外,每周三下午小学开展综合实践活动课程,六年级的主要活动时间,作为机器人教学的补充时间。

3.3银川市第二十一小学

3.3.1  学校硬件投入概况

银川二十一小学是教育厅直属小学,拥有2个校区,6年级数量分别为8个和6个,共计840名学生,机房数量分别为4个和2个,配置均为中高档次,出口带宽均为100M,完全满足机器人仿真教学需要。在被确定为实验校后,学校积极建设实体机器人实验室,实验室面积均在90平米以上,配置多媒体教学设备、学生操作台、学生用电脑、实体机器人套装,满足虚实结合教学的需要。

3.3.2  学生、教师情况分析

银川二十一小学2个校区均在市区,学生信息素养较好,大部分学生家里均有电脑,一部分学生家里有与机器人相关的器材,对机器人学习并不陌生;我校每周五下午为兴趣课,其中设有乐高机器人课程,主要为结构的搭建,部分参加兴趣课的学生对搭建方面比较熟悉;我校学生参加校外机器人课程的学生大概占到7%左右,这部分学生不仅学习了硬件的搭建,而且初步学习了为机器人编写程序,这部分学生在学习机器人课程内容时,有较好的基础知识。

2个校区共有专兼职信息技术教师7名,均参加过相应的培训工作,能够胜任机器人教学的任务。7名教师中有5名多年来参与机器人相关的培训工作,取得区级、国家级多项奖项。对萝卜圈虚拟机器人软件平台比较熟悉,能够快速熟悉教材内容,并开展教学活动。

3.3.3开展实验课程情况

学校每周安排信息技术课程1课时,虚拟课程在微机室上,实体实验在机器人教室开展。另外每周5下午安排机器人兴趣课,培养有兴趣和特长的同学进一步学习机器人知识。

 

3.4青铜峡第三小学 

3.4.1学校硬件投入概况

学校共有计算机教室2个,配置学生教学用机51(方正/联想,Inteli3处理器,2G内存,19寸液晶)。机房接入百兆光纤,在“宁夏萝卜圈(IRobotQ3D)平台”注册开通帐号381个,教学机器人仿真搭建环境成熟。机器人实验室由于综合楼正在建设中,暂未成立。学校计划新建机器人实验教室,配置八套六人操作台,每个操作台配置电脑(interi5处理器,4G内存,独立显卡2G显存),购置12套实体机器人套装,满足虚实结合教学需要。

3.4.2学生情况分析

我校六年级有5个教学班级,共261人。学生来自农村和城市,学生使用计算机的能力相对较低。家中有电脑的同学占一半左右,学生的信息技术能力和计算机操作水平,主要在学校信息技术课程中的培养和提高。

3.4.3开展实验课程情况

学校每周安排信息技术课程两课时。为了保障实验工作顺利进行,由区级骨干教师赵志兴担任实验班级任课教师,另安排两名信息技术教师辅助开展实验工作临时性任务。另外,每周三下午开展综合实践活动课程,六年级的主要活动时间,作为机器人教学的补充时间。

201511月至12月,完成实验教材第36单元教学内容。在此阶段工作中,完成微课设计一篇,录制微课一节,教学设计和课件1课时。20163月至6月,完成实验教材第510单元教学内容。在此阶段工作中,组织学生进行学校“创意机器人搭建比赛”,选拔学生参加“全区青少年机器人虚拟赛”,两名学生获吴忠市二等奖,撰写教学设计3课时。

第四章 研究步骤

20148月——201510月,完成课题前期调研:

1)完善“LOGO语言与机器人教学内容整合”的可行性调查分析。

2)寻找“虚拟仿真机器人+实物机器人”系统和器材开发厂家,协调研发相关系统软件和实验器材。

3)拟定课题试验教材架构,进行教材编写。

20149月——20152月,完成课题试验准备:

1)完成教材改编和“虚拟仿真机器人+实物机器人”套装开发。

2)确定试点学校、试点班、对照班,试验教师。

3)为实验学校配备相关教材、系统软件和器材。

4)进行试验教师培训。

20158月——20167月,进行局部试验,总结经验,完善教材和“虚拟仿真机器人+实物机器人”系统软件和器材。

20168月——20177月,进行面上实验,定型教材和“虚拟仿真机器人+实物机器人”系统软件和器材。

第五章 研究成果预期形式及内容

1、课题试验教材(《LOGO语言与机器人》六年级全一册)最终通过自治区中小学教材编审委员会审核,成为自治区小学六年级教材。

2、课题设计的“虚拟仿真机器人+实物机器人”套装系统,通过课题试验完善,定型为全区小学六年级信息技术教学配套器材。

3、汇集“LOGO语言与机器人整合”的教学经验和成果,以论文和优秀课例呈现。

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