中小学普及机器人文化的探索(结题报告)

中小学普及机器人文化的探索（结题报告）

日期：2007-9-18 出处：/~mrobot/ 阅读：4012次

“中小学普及机器人文化的探索”课题组

2003年12月

[内容提要]

智能机器人技术的发展和应用趋势表明，在上世纪末“计算机文化”已深入人心的基础上，“机器人文化”将在本世纪对社会生产力的发展，对人类生活、工作、思维的方式以及人类的意识形态产生无可估量的影响。

按照“教育要面向现代化，面向世界，面向未来”的要求，在中小学进行普及机器人文化的探索，开发机器人文化所蕴涵的丰富的教育资源，发掘机器人文化的教育功能和教育价值，对促进教育的改革和发展，对教师专业化发展，对中小学生整体素质的提高，对加快创新人才的培养，同时对促进我国机器人事业的发展，具有重要的现实意义和深远的历史意义。

本文对中小学普及机器人文化的必要性、可行性，中小学开展智能机器人教育的教师培训模式、课程教学模式、学校发展模式进行了初步的探索和思考。

一、国内外机器人文化教育发展概况

在人类文明的悠远长河中，对机器人的梦想和追求已有3000多年的历史。如今，人类进入了信息社会，信息技术的发展造就了有感觉、能思考、会决策的智能机器人，将人类和机器人的文化探索推向了前所未有的新高潮。

1997年第15届国际人工智能联合大会上举行了第一届RoboCup机器人足球世界杯赛，国际人工智能与机器人学的研究发生了历史性的转折。来自美、日、瑞典的9位国际著名学者联合发表重要论文，系统阐述了机器人足球的科学意义和教育意义。以体育竞赛为载体的机器人足球比赛是一项前沿科研竞争和高科技对抗，它的发展将对一个国家的科学研究和教育事业产生深远的影响，受到世界各国的高度重视，机器人足球开始进入大学的本科生课程。

从90年代以后，在号称“现代机器人故乡”的美国，机器人教育不再局限在大学的专业学科教育中。美国政府有关部门在全国高中生中推行“感知和认知移动机器人”计划，高中生可免费获得70公斤重的一套零件，机器人越来越成为一个培养中学生综合能力的学习平台。

在“世界机器人王国”日本，每所大学都有高水平的机器人研究和教学内容，每年定期举行各种不同层次的机器人设计和制作大赛，既有国际性高水平比赛，也有社区性中小学生参加的比赛。机器人的发展为日本近20年的经济腾飞起了重要的推动作用。

1986年我国“863”高科技发展计划正式启动“智能机器人”主题。到了“九五”期间，“普及机器人文化”被列为该主题第一专题的宗旨之一。1998年中国科技大学在国内率先进行了机器人足球的教学实验。近几年来，国内高校机器人比赛逐渐增多，“863”计划为“机器人竞赛工作委员会”提供了专项基金，智能机器人比赛正在发展成为我国创新教育的战略性手段。

世纪之交，在全球共同奏鸣的教育信息化和教育改革的时代交响曲中，机器人足球的教育作用迅速传播到中小学。在2000年第四届RoboCup机器人足球世界杯赛上，首次设立了“初级组”比赛，来自世界各国的中小学生分别参加了“机器人舞蹈”、“一对一”和“二对二”足球赛等不同类型的比赛。初级组比赛对于培养中小学生的科技素养、创新能力和实践能力具有十分重要的作用。

受国际机器人科普活动潮流的冲击，新世纪以来，中华大地涌起一股青少年智能机器人竞赛活动的热潮，得到了政府有关部门的关注。

“中国青少年电脑机器人竞赛活动”是为培养青少年的科技创新精神和动手实践能力，让他们能够更好

地适应21世纪的科学技术发展趋势的一项全国性、有组织、成规模、紧跟时代科技发展的青少年科学技术活动试点性活动。目前它已经成为我国中小学校青少年科技活动的新亮点，每年大约有50余万青少年机器人爱好者参加这项活动。

“全国中小学电脑制作活动”由教育部基础教育司指导、教育部基础教育课程教材发展中心、中央电化教育馆、人民教育出版社等联合主办，从2003年开始，增加了机器人灭火、机器人足球比赛两个重要项目。

“全国青少年科技创新大赛”是一项具有20年历史的规模最大、层次最高的具有示范性和导向性的全国青少年科技教育活动，每年约有1500万青少年参加各级各类的青少年科技创新竞赛活动。2003年第18届全国青少年科技创新大赛新设青少年机器人创意设计的比赛项目。“Intel工程大赛”、“全国中小学生信息技术创新与实践活动”等全国重要赛事也都把机器人创意列入竞赛项目。

除了政府部门的项目外，由学术机构、公司厂商联合主办的智能机器人大赛对推进我国机器人教育活动、普及机器人文化也产生了非常积极的作用。上海广茂达电子信息有限公司1999年研发成功我国第一台教育智能机器人“能力风暴”。自2000年以来，共培训了2000多名相关教师，在全国范围内举办了4届“广茂达杯”中国智能机器人大赛，参赛队从60支发展到150支，比赛项目发展到七项，有机器人灭火、智能机器人足球、机器人创新展示、机器人现场设计、机器人论文、机器人擂台赛和中型组机器人足球赛等。目前，全国有近5000所中小学已经拥有能力风暴机器人，共有2000余万中小学生成为能力风暴机器人的伙伴。

方兴未艾的智能机器人活动引起了中小学教育工作者的关注。2000年北京景山学校将智能机器人的普及教育以科研课题的方式纳入到信息技术课程中，在国内率先开展了中小学智能机器人课程教学；上海西南位育中学、卢湾高级中学等学校在2001年开始以“校本课程”的形式进行了智能机器人活动进课堂的探索和尝试。

2002年以后，随着我国教育信息化的发展、“校校通”工程的推进，智能机器人技术向教育领域的渗透已有呈加速度发展的趋势。智能机器人事业和教育事业同时面临跨越式发展的极好机遇。如何把握发展机遇，对机器人界和教育界都是空前的挑战。

进入信息社会，文化越来越成为一个国家综合国力的重要组成部分。技术对教育的影响，只有通过文化这个重要的中介和桥梁，才能形成可持续发展的生长点。纵观跨越世纪的变化，如果说上世纪末我国“863”高科技发展计划把“普及机器人文化”作为我国发展机器人事业的一项战略措施，那么到了新世纪，普及机器人文化也将越来越成为促进教育创新的一个战略性手段。因此，引发了中小学普及机器人文化的探索，一个值得政府部门、学术界、机器人界和教育界共同关注的前瞻性课题。

二、研究概况

1.概念界定

文化：广义指人类在社会实践过程中所获得的物质、精神的生产能力和创造的物质、精神财富的总和；狭义指精神生产能力和精神产品。

机器人文化：在人类对机器人的梦想和追求中产生的一种科学精神与人文精神充分整合的全新的文化形态。机器人文化是民族文化、创造文化、企业文化、大学文化、学科文化、技术文化、竞赛文化、科学家文化等多种文化形态融合的结晶，开拓创新是机器人文化的实质内涵。

普及机器人文化：以普及机器人科学知识和应用为载体，开发机器人文化的教育价值，弘扬开拓创新的科学思想、科学精神，提高全体国民尤其是青少年的科学文化素质和人文素质，提高中华民族的创新能力，普及机器人文化在本质上是一个文化创新过程。

中小学普及机器人文化：以智能机器人教育为载体，开发、应用机器人文化的教育价值，在文化的融合、精神的建构中实现学生、教师、学校的共同发展，促进中小学教育的跨越式发展。中小学普及机器人文化的本质属性是一个教育创新过程。

2.研究目标：

通过区域性的以智能机器人教育为载体的教师教育行动研究，提升教师发展的主体精神和主体意识，开发机器人文化所蕴涵的丰富的教育资源，促进学生、教师、学校的共同发展。

3.研究内容：

1）中小学普及机器人文化的必要性、可行性研究

2）中小学普及机器人文化教师教育行动研究

3）智能机器人教育进入中小学课程教学模式的探索

4）中小学普及机器人文化对教育信息化和教育创新的促进作用

4.研究方法：

1）调查研究法

·通过互连网上的搜索引擎，实现跨越时空的信息跟踪，密切关注国内外机器人文化教育发展动态和趋势，为课题研究目标定位提供理论依据；

·设计调查问卷，通过对我区中小学学生、教师、学校领导不同层面的抽样调查，为中小学普及机器人文化的必要性、需要性、可行性研究提供依据。

2）行动研究法(以教师培训行动研究作为本课题的主线和突破口)

·设定基于智能机器人教育主题的教师继续教育课程建设教学目标、内容、模式

·教师培训活动实践

·培训活动反馈信息分析和研究

·课程、教材、培训模式的进一步调整

·教师培训模式的改革和创新

3）经验总结法

通过个案经验交流、课程开发阶段总结、培训班学员小结和交流、参赛活动总结交流、中期总结、开放的社区交流、基于城域网的超媒体互动学习平台的搭建，激励思想的沸腾、实现文化的融合、促成精神的建构，使课题研究始终定位于教育创新的前沿。

5.基本实施过程：

1）准备阶段2001年10月——11月

对上海广茂达电子信息有限公司的个人机器人产品进行调研，在上海第四届青少年科技节期间，首次参加智能机器人比赛，对本市、本区的机器人活动进行了考察

2002年1月

与上海广茂达电子信息有限公司达成协议，在教师培训项目上进行合作

2002年1月——3月

收集信息，处理分析相关资料，开发教师培训课程和教材

2002年3月——5月

“智能机器人设计和开发” 第一期教师培训

2002年5月——6月

任务驱动教师培训模式的探索，组织教师参加“2002年中国机器人竞赛研讨会”

2）实施阶段

2002年6月——9月

“智能机器人”超媒体学习支持系统的修改

第一期教师培训班的总结

2002年9月——2003年1月

“智能机器人设计和开发”第二期教师培训

“信息科技与学科整合的理论和实践（理科）” 第一期教师培训

撰写中期报告

2003年1月——6月

“智能机器人教育在线”网站建设

“信息技术与课程整合的研究性学习平台” 第一期教师培训

“中小学普及机器人文化的探索”研训班

各类调查问卷的设计和抽样调查

3）总结阶段

2003年7月——12月

各类调查问卷的整理、统计、分析

整合各类教案、论文资料

教育主题网站

撰写课题研究报告

1.中小学普及机器人文化的必要性、可行性研究

1）哲学层面的论证

通过互联网各大搜索引擎的信息检索，对国内外机器人文化教育发展动态和趋势进行了动态跟踪，对国内的教育机器人产品进行了调研。经过信息的处理和分析，对文化、机器人文化、普及机器人文化、中小学普及机器人文化进行了概念界定；对机器人文化的内涵、中小学文化的内涵和中小学普及机器人文化的内涵进行了探索和研究；从哲学层面论证了中小学普及机器人文化的必要性、可行性。

2）区域性调查论证

为了进一步了解我区中小学在学校、教师、学生层面对普及机器人文化的认识，课题后期，设计了“学校问卷”、“教师问卷”和“学生问卷”，分别在本区部分中小学学生、教师、领导中进行了抽样调查。 a.学校问卷调查情况

b.教师问卷调查情况

c.学生问卷调查情况

d.调查结果总体分析

i.调查结果从某种程度上也反映了课题研究的辐射效应；

ii.在中小学普及智能机器人教育是必要的、可行的；

iii.大部分学校认为教师队伍建设是中小学普及智能机器人教育的瓶颈问题，这正是本课题研究的重点； iv.一部分学校认为资金的投入是关键之一，反映出对机器人教育的教学模式、投资规模还不够了解； v.有关部门应抓住发展机遇，通过多种渠道开展宣传和培训，首先转变领导的观念、把智能机器人教育教师队伍建设提升到教师专业发展的层面。

2.教师培训行动研究

教师队伍的建设是中小学普及机器人文化和机器人教育的关键，而中小学普及机器人文化和机器人教育的探索和实践活动又为教师的专业成长搭建了一个可持续发展的平台。

从2002年3月到2003年6月，开发了四门不同类型和层次的课程。经过五个班级的教学实践，培训了140多名学科教师，通过中小学教师与智能机器人的零距离接触，在揭开智能机器人神秘面纱的同时，教育观、学习观受到空前的冲击和刷新，坚定了专业化发展的目标和信心。

基于智能机器人教育主题的教师继续教育课程开发

为实现课程目标，在培训理念、学习理念、培训模式、教学策略、课程资源、评价方法上实施了一系列的改革和探索。

1) 培训理念：变以知识更新为目标为以发展和提升教师主体精神和主体意识为目标

2) 学习理念：自主学习、互动学习、体验学习、反思学习

3) 培训模式：任务驱动、自主探究、合作互动、动手实践、研训一体化

4) 培训内容：学习智能机器人主题的教学设计或作品设计

5) 教学策略：以学员为中心，以问题为中心，以主题为中心

6) 课程资源：开发能支持学员自主探究、互动学习的课程资源；创造性地利用来自网络、来自开放的社区、来自学员间的一切可用资源；引导学员在社会的大环境里学习和探索。

·超媒体学习支持系统的设计、制作和应用超媒体学习支持系统的设计、制作和应用

采用超文本结构，将巨量的、各类媒体的信息（文字、图形、动画、图像、声音、视频等），按照人脑的联想思维方式，用网状结构非线性链接的形式进行组织与管理，整合在光盘上，构成一个主题局域网，同时还设计了与因特网资源的相关链接点。这样的课程资源叫“超媒体学习支持系统”，相当于一部活书，适用于指导基于问题或主题的自主探究学习活动，能充分利用现代信息技术所提供的、具有全新沟通机制与丰富资源的学习环境，实现了一种全新的e-Learning学习方式，这种学习方式改变了传统教学中教师的作用和师生之间的关系，使参加培训的学员在获取高科技新知识的同时，体验到新的学习理念对提高学习者终生学习、可持续发展能力的影响。

·“智能机器人教育在线”网站的建设

2002年9月，我区教育信息网“校校通”工程基本实施，使架构一个跨越时空的互动学习平台成为可能。 “智能机器人教育在线”教育主题网站的建设和“智能机器人教育”专题论坛的开辟，在为“研训一体化”培训提供了一个动态的资源环境的同时，也促进了教师在网络化环境中指导学习活动的能力。参加研训的教师也积极的制作起自己的主题网站。

随着课题的发展，“智能机器人教育在线”和七宝二中的“机器人俱乐部”、吴泾三小的“走进ROBOT”、梅陇中学的“电子科技小组”等网站已成为我区的教育特色网站。

“智能机器人教育在线”网站由主页、教师天地、学生乐园、机器人竞赛、机器人学科教育、机器人辅助教育、机器人科学家、教育机器人、新闻集锦、资源库十个模块构成；通过互联网与全国的机器人教育网站、论坛共同构织成为普及机器人文化、推进机器人教育的信息中心，培训中心、学习中心、交流中心和资源中心。两年前，以“机器人教育”为关键词在互连网上搜索，相关文章只有数篇，现在，在GOOGLE上检索到的相关信息是63500条；两年前，以“教育机器人”为关键词在英特网上搜索，相关信息为零，现在，在GOOGLE上检索到的相关信息有44600条。

·创造性地利用开放的社区资源，共同构织推进智能机器人教育、普及机器人文化的社区网络

&主动寻求高科技企业的技术支持

上海广茂达电子信息有限公司是全球教育机器人的开创者和领导者，为我区教师培训提供了先进的学习理念、与时俱进的技术支持和“能力风暴”教育智能机器人学习用机。

&利用高校师资和科研成果

在信息技术与课程整合型培训中，邀请华东师大信息工程学院的专家教授，运用“任务驱动”学习模式，指导理科教师学习“未来之星”信息科技学习机的应用，展示智能机器人在与理科实验整合、在研究性学习中的应用案例。

&区内外的交流和学习活动有：

A)观摩上海市西南位育中学的学生智能机器人校本课程教学活动；

B)参观卢湾高级中学的智能机器人实验室；

C)参加我国著名机器人专家、蔡鹤皋院士的专题讲座；

D)参加市二中学智能机器人劳技课教学活动；

E)参加我区梅陇中学电子科技校本课程教学活动；

每次活动都有视频、图片记录，整理后发布在网站上，使交流学习的时间和空间进一步持续扩大。基于开放的社区资源的学习探究，激励和推动了教师主体性参与智能机器人教育的教育实践，取得丰硕的成果。

·在社会的大环境里学习和探索

·鼓励教师带领学生参加各类智能机器人竞赛，和学生共同获取独特的学习体验

评价方法：通过作品交流、比赛交流，通过反思，使评价成为新的发展起点。（附件一“教学设计评价量规表”）

3.智能机器人教育进入中小学课程教学模式的探索

教育是文化的融合，机器人文化的教育价值是通过具体的智能机器人课程教学来实现的，也就是通过课程的开发和教师的教学实践来实现的。智能机器人课程与传统的以知识传授和技能培养为目标的课程不同，机器人项目的设计、制作、调试具有实践性强、探索性强和综合性强的特点，在校本课程、信息科技，劳技、科技活动的创新板块中，在信息技术与课程的整合中，在各类课程的研究性、探究性学习活动中，智能机器人主题都能找到创造和发展的空间。

无论何种形式的智能机器人课程，都必须通过教师创造性的劳动来开发。在智能机器人教育进入中小学课程教学模式的探索中，始终贯穿了教师对专业成长的探索和实践。教师主体意识、责任感，主体能动力量和创造精神的提升使教师的课程开发能力、教学实践能力、创新能力得到跨越式的发展。教师的发展带来的是课程的发展、学校的发展，最终是学生的发展。

1)校本课程的开发和实践

校本课程是以学校为基地进行开发的课程，具有校园文化的特色和学校发展的方向标；对学生发展具有独特的价值，能体现知识、能力、态度三个方面的有机整合；教师是校本课程开发的主体，从教师专业化发展的视角看，校本课程的开发极大地提高了教师劳动的复杂程度和创造性质，教师不但要具有相应的教学能力，还要具有课程设计的能力。新的挑战意味着新的发展机遇，课题组的教师们在学校的教学实践中进行了积极的探索，又通过“研训一体化”的培训模式交流、提高、发展。

A) 七宝二中

七宝二中是一所市级科技特色学校。多年来，学校领导非常重视学生的科技活动，从最初的“生物百项”到“航天科技”，又发展到车摸、船摸、航模、摄影、科技创新与制作、机器人等等多项科技活动。学校长远规划，选拔优秀的教师担任科技教师，并每年都要开发相应课程，科技活动课统筹安排在学校教学的课程表内，保证了科技教学和活动的正常进行，使学校的科技活动得以健康的发展。学校为更进一步开展科技活动，统筹安排，筹措资金，建设了科技活动的专用场所——七宝二中科技园，机器人活动室就是科技园中的活动场所之一。

七宝二中学生的机器人科技活动从1999年9月开始起步。对于一个新项目，学校立足发展，把教师队伍建设放在第一位，先后参加培训的教师达20多人次。目前推出的校本课程有“机器人知识”、“简易机器人制作”、“普及型机器人制作”、“普及型智能机器人制作”、“智能机器人（能力风暴个人机器人、未来之星学习机）的改装与编程”、“灭火机器人”等七门课程。2002年上半年开始筹备建立机器人活动室，在学校领导大力支持下，科技教师季海涛、夏丰敏两位教师主动收集、修理学校的旧电脑，经过种种努力，七月初，一个拥有12台学生用计算机、2台教师用计算机、数字投影机1台、5台“能力风暴”、8台“未来之星”机器人、机器人灭火场地和机器人踢足球场地各1个的初具规模的机器人活动室宣告建成。经过两个学期的活动实践，极大的方便了机器人的科技教学和活动，增添了学生的活动兴趣和求知欲望。 学生智能机器人活动课程采用“课内与课外相结合”、“普及与提高相结合”的模式。

·课内普及：中预年级和初一年级开设机器人校本

课程，4个活动小组，每个小组20人左右，每周共4课时。课程内容为“机器人灭火”、“普及型机器人的制作”；

·课外提高：课外活动以“机器人俱乐部”形式开展，会员活动时间是每周二、四下午4：00~4：50，活动内容为“机器人创新”、机器人知识讲座等。

在学校的支持下，教师积极指导学生参加机器人竞赛，获得体验性学习的机会，如上海市第四届青少年科技节机器人灭火竞赛、第三届和第四届中国智能机器人大赛机器人灭火竞赛、京沪智能机器人灭火对抗赛、“头脑奥林匹克”擂台赛等。通过比赛的磨练，学生的学习兴趣、综合能力有了提高，学生参加智能机器人活动逐步得到家长的理解和大力支持。

七宝二中的智能机器人教育的发展模式在区内具有示范作用。

B) 基地附中

基地附中是一所新学校，在已经全面普及了信息化教学的基础上，开始启动学生机器人活动，虽然起步比较晚，由于校长重视，教师努力，已有很好的发展势头，成为后起之秀。学校有4名教师参加过培训，准备从高一学生课外活动入手，一开始困难很多。校长孙雄要求学校科技总指导与年级组、班主任在高一年级中作普遍的动员，切实抓好这项工作。2002年10 月在学校“第一届科技节”期间，科技总指导做了为什么要开展机器人活动的专题报告，聘请华东师范大学计算机学院的黄勇教授作机器人原理的科普讲座。请“能力风暴”、“未来之星”等上海有名的机器人公司来学校展示产品，请闵行区少科站来校表演“智能小车”比赛。通过宣传、讲座、展览、表演，机器人活动的概念在学生、教师的头脑里逐步的清晰起来，两个月后，有14名高一、高二同学参加的基地附中的第一期“机器人兴趣班”终于开班了。为了办好这个来之不宜的兴趣班，学校决定聘请区少科站的机器人教师陆梅东与教师黄见远一起来辅导这些同学。第一期“机器人兴趣班”获得的第一个奖是“2002上海市青少年机器虫竞赛格斗（高中组）一等奖”。从此，基地附中在近两年里，获得了30余个市级、区级奖项。在这些奖项中，含金量最高的要数第十八届上海市青少年科技创新大赛创意机器人一等奖和中英文化交流项目“挑战机器人”上海赛区第一名。

目前，学校从提高和普及两方面入手进一步发展学校的机器人教育。学校设立了“创新实验室”，专门开展机器人教学，并设法引进机器人教学的专业教师。高中有“机器人兴趣班”两个，初一年级开设了 “我们的Robot”校本课程。由黄见远老师编写的机器人校本教材，以提高学生综合能力为目标，将物理、化学、科技史常识，计算机知识的应用与劳技课动手做的能力结合在一起。学习中，学生通过动手动脑，在理解和帮助机器人感知、思考、动作的过程中，学到一种科学而高效的思维方式，提高了多种能力，还培养了良好的习惯。在学生的成长中，教师自身的专业意识进一步提升，黄见远老师这次发现和带领学生参加首次中英文化交流项目“挑战机器人”的比赛，就是创造性地利用了开放的社区资源，为学校、为学生也为自身的发展开辟了一个新空间。

C) 梅陇中学

梅陇中学以国防科技教育作为学校特色，丁志康老师在参加第一期培训结束后，就开始设计“让机器人逐步走进课堂”的三个阶段的计划，并着手编写了国防科技校本教材“光电小车的原理和实验制作”。在初二年级普及学习光电小车制作的基础上，进一步进行机器人制作的探究性学习。通过近一年的教学，学生通过亲历实践、自主体验学习过程，极大地提高了学习兴趣、动手能力、科学态度、团队精神、创新能力，参赛获奖后主动反思，写体会、写科技论文在网上交流；教师通过“教”与“学”的改革实践，提升了对教育意义的理解，教师和学生的关系逐渐发展成主体之间的交互和建构。“研训一体化”培训中，组织全体学员观摩了丁老师的课程教学，并摄制成视频作品发布在网站，成为教师培训行动研究的新课程资源。

以上三位教师平均年龄54岁，都是在参加了普及型教师培训的基础上继续参加“研训一体化”培训。主体意识的提升使他们充分挖掘、发挥了自身的创造才能和工作热情，甚至在生病住院期间也未停止研究。他们的研究工作得到所在学校领导大力支持。智能机器人校本课程的开发过程，就是教师的专业成长过程，也是和学生、学校共同发展的过程。

2) 信息科技学科教育课程的拓展

集计算机和计算机语言、通信、网络、传感技术、自动化技术、人工智能等为一体的教育智能机器人的出现，为中小学信息科技教育提供了一个生态学习环境。从智能机器人系统的结构和功能要素看，由于智能机器人的信息获取模块、信息加工、处理模块、信息应用模块的功能与人类的感觉器官、大脑、四肢是一一对应的，以此作为中小学生全面接触、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。

智能机器人系统的结构和功能要素

人类通过计算机程序将智慧赋予机器人，因此智能机器人的开发是学习计算机程序设计的理想载体。通过机器人项目，学生们将具体的活动抽象为编程的思想，再用图形化编程语言或代码程序语言在计算机上编成程序，然后通过计算机和机器人的通讯，将程序下载到机器人的微处理器，通过观察机器人的运行情况来调试、验证、反思、改进程序。学习过程以任务驱动，需要学生动手、动脑，合作、协调。这种寓教于乐的学习模式，使程序设计学习变得生动活泼。尤其是推出了图形化编程语言和仿真机器人后，使程序设计教学能更突出“算法”（解决问题的方法）的学习，使“算法”变得直观而形象，即使是低年级的学生也能学得津津乐道，大大提高了学生对学习的投入度，有利于学生高级思维能力、对整体进行规划的能力、解决问题的能力、连续运用推理的能力、合作沟通能力、动手能力、创新能力的提高。

吴泾三小的杨冬俊老师在智能机器人与小学信息科技课堂教学整合中作了积极的探索。

吴泾三小从2001年开始教育信息化建设，精心打造数字化校园，很重视教师队伍的建设。学校先后有两名教师参加了教师教育行动研究。2002年5月开始开展智能机器人兴趣小组的活动，在先期参加培训的姜剑峰老师指导学生在国内外智能机器人灭火比赛取得佳绩的基础上，后期参加培训的杨冬俊老师通过“智能机器人与小学信息科技课堂教学整合实践和思考”的课题研究，把原来智能机器人兴趣小组的活动形式普及到班级的课程教学，再逐步普及到年级、学校。

智能机器人与小学信息科技课堂教学整合必须从教学设计开始。杨老师以《能力风暴——智能机器人仿真系统使用教程》、《信息技术——智能机器人小学教程》、《信息技术——智能机器人初中教程》和校园网作为学习资源，采用SVJC仿真机器人图形化编程环境，应用建构主义教学设计理论，为学生设计了三个学习活动：

活动一：梦想机器人；

活动二：网上行，看机器人家族；

活动三：让机器人唱歌；

教学对象是全体三年级学生（从未接触过机器人）。

通过六个课时的学习活动，在信息技术同美术、音乐的整合中，学生轻松快乐地学会了使用图形化编程语言设计、制作能唱“雪绒花”、“英雄少年”的唱歌机器人。这是一次很成功的尝试。（附件二“智能机器人与小学信息科技课堂教学整合实践和思考”）

杨老师是个青年教师，参加工作才一年。通过自己的研究，对课程、教材、教学、教育等名词的意义有了新的理解：“认识到教师的责任在于促进学生的发展，和对其各种能力的培养；认识到教师扮演的角色在教学中要有很大改变，要变教学的主导者为学生学习的指导者，学生主动建构知识的帮助者、促进者；认识到师生的教与学生的学是互动的，师生的发展是多向度的，学生在教师的发展中成长，教师在学生的成长中发展。”

智能机器人课程在教学中的实践，使年青教师在教师成长的道路迈出了坚实的一步。教师的发展和学校的发展也是互相的。吴泾三小的教育信息化建设目标、领导的学校发展理念为教师专业发展搭建了平台。

3) 信息技术和课程整合的研究性学习课程

智能机器人是一门跨学科、高度综合、极具成长性的学科，使机器人教育能自然融合在各学科教育中，为信息科技和课程整合、研究性学习、综合创新活动提供了优秀的学习平台。

在教师教育行动研究中来自区内12个学校的26名理科教师参加了“信息技术与课程整合的理论和实践”培训班，华东师范大学信息工程学院黄勇教授结合他研制的“未来之星”信息科技学习机在研究性学习中的应用事例，向老师们展示了智能机器人在与理科实验整合中的应用前景。

培训结束后，七宝二中黄敏老师申报了区级课题“信息技术与初中理科实验教学整合实践的研究”，以智能机器人为平台，进行理科实验教学的探索。对中小学教师来讲，独立开展这方面研究在技术上有些难度，但是可以寻求高校支持，中小学教师的教学设计也可以作为高校培养研究生的课题。黄敏老师的探索是信息技术全部内涵与课程的整合，也是智能机器人教育研究的一个新的生长点。

4) 科技活动课程创新板块——智能机器人竞赛

近年来，国内外推出了一系列以促进机器人教育和科研发展为目标的机器人竞赛活动，如机器人走迷宫、机器人足球赛、机器人相扑、机器人清道夫、机器人灭火等等。实践表明，智能机器人竞赛课程使课程的内涵变得更丰富，更突出情感、态度、价值观三个要素。

情感不仅指学习兴趣、学习热情、学习动机，更是指内心体验和心灵世界的丰富。与传统的以知识传

授和技能培养为目标的课程不同，智能机器人竞赛从机器人项目的设计、制作、调试到参赛，具有实践性强、探索性强和综合性强的特点，学生学习不仅要用自己的脑子去想，而且要用眼睛看，用耳朵听，用嘴说话，用手操作，即用自己的身体去亲身经历，用自己的心灵去感悟。这不仅是理解知识的需要，更是激发学生生命活力、促进学生成长的需要。

态度不仅指学习态度、学习责任，更是指乐观的生活态度、求实的科学态度、宽容的人生态度。此类比赛不仅能全面培养学生的动手能力、合作能力、综合知识的能力、创造能力以及克服困难的能力，更可以锤炼学生们承受挫折、挑战自我的能力。比赛中有许多不确定因素，就象实际生活中一样，数月的辛劳和努力也许就因一时的判断失误而一无所获，因此就有了大批的失败者，就有了新的前进目标。承受挫折、挑战自我，这对于长期生活在被过度保护的环境中、总是很功利地考虑参赛名次而且获奖人也的确可以获得诸多好处的社会环境中的学生来说，是非常难以做到的。

价值观，不仅强调个人的价值，更强调个人价值与社会价值的统一；不仅强调科学的价值，更强调科学价值与人文价值的统一。智能机器人竞赛区别其他比赛的还在于它的团队工作特性，设计、制作、调试都得靠精诚合作。智能机器人竞赛的价值不在于参赛名次高低，而在于它的独特的体验，智能机器人竞赛对普及机器人文化的作用不在于文化的传播，而在于文化的融合、精神的建构。智能机器人教育价值的发掘和实现几乎都能以竞赛为载体。

在课程教学中竞赛也是一种绿色评价模式，教师可以设计各种规模的竞赛，让学生活动在竞赛中实现学习的自我评价。在观摩梅陇中学丁志康老师的“光电小车”课程教学中发现，当学生进行分组比赛、班级比赛时，交流、对话进入高潮，反思、感悟都产生在那一刻。要比赛就有失败者，永不言败的精神建构实现了机器人竞赛的教育价值。

教师教育行动研究还鼓励教师带领学生参加国内外大赛。参赛的组织过程和参赛过程，对教师、对学生是一段共度的生命历程、共创的人生体验，其含金量大大超过了奖牌的分量。

2003年2月22日~23日七宝二中季海涛、冯友明老师带领8名学生参加了在北京中国科技馆举行的，由上海五个代表队和北京五个代表队参加的CCTV杯“京沪智能机器人灭火对抗赛”。这次对抗赛中,上海的五个学校中有四所是重点中学的高中学生，只有七宝二中是普通初级中学，学生年龄也最小。在选拔赴京参赛的学生时，得到了学生家长的大力支持，两天内就有15名学生报名。在对抗赛中，设在中国科技馆内的赛场和在上海学校里的环境大不一样，给调试机器人和参加比赛增加了很大的难度。2名参赛队员尽管经验不足，但仍然能够镇定自若，不畏惧强手的挑战，细心调试机器人，使机器人在赛场上表现得非常出色，取得了第6名的好成绩。此次对抗赛，是教师、学生一次共同学习、锻炼的机会，学到了其他学校很多宝贵的经验，找到了和强队的差距，锻炼了学生自主的生活能力，增强了团结协作的团队精神。返沪后，初一学生何伟巍在《北京之行的感悟》中，通过对比赛中遇到困难、战胜困难的心理过程的回顾、反思，悟到了“失败是成功之母”的道理。因为是亲身感悟，文章写得生动流利，已经发布在网站上。比赛实况的视频资料在“机器人俱乐部”网站发布后，网站的日点击率一下子超过万次以上。学生家长原来大部分希望孩子能参加数学、英语补习，认为学机器人对升学没用，现在家长对老师讲：“我的孩子对机械之类的玩具非常感兴趣，对机器人更感兴趣，希望老师多加指导，多学些知识和本领，对孩子将来会有好处的。同时对他的学习也会有很大的帮助和促进”。文化的融合也许就在感悟、反思、交流之中。

四、研究成果

1.中小学普及机器人文化的哲学思考

课题立项初期，对“中小学普及机器人文化”的概念基本空白，通过理论分析和实践研究，概念界定逐步形成、逐渐清晰：以智能机器人教育为载体，开发、应用机器人文化的教育价值，在文化的融合、精神的建构中实现学生、教师、学校的共同发展，促进中小学教育的跨越式发展。中小学普及机器人文化的本质属性是一个教育创新、文化创新过程。

若用静止、孤立的观点看问题，中小学文化和机器人文化似乎风马牛不相及；科学的世界观告诉我们：

世界上一切事物之间，以及事物内部的各种要素之间，都存在着相互依赖、相互制约、相互影响、相互作用。事物的联系，而这种联系又是动态发展的。

机器人文化是人类在对机器人的梦想和追求中产生的一种科学精神与人文精神充分整合的全新的文化形态。机器人文化是民族文化、创造文化、企业文化、大学文化、学科文化、技术文化、竞赛文化、科学家文化等多种文化形态的结晶，开拓创新是机器人文化的实质内涵。

中小学文化是学校文化、学生文化、教师文化、校园文化等多种文化形态的结晶。当今时代，科技进步日新月异，知识经济初见端倪，知识的迅速更替，使静态的知识再也无法维系人类的经济生活，唯有知识的不断创新才能使人学会生存。空前激烈的国际竞争，说到底，是民族创新能力的竞争，也就是教育的竞争，因为教育是培养人才和增强民族创新能力的基础。因此，在信息时代，中小学文化的本质也是创新。机器人文化和中小学文化的共同发展内涵是智能机器人技术能够向中小学教育渗透的文化基础。

机器人文化和中小学文化的融合是通过智能机器人教育来实现的。教育作为文化的融合，总是交互的、建构的、创造的、发展的，在教育的过程中获得发展的是所有参与其中的人。在教学中要达成文化的融合，智能机器人在课堂中的角色定位则不应该是一个单纯的学习对象，应该是一个文化的载体。教学过程不是单向度的智能机器人知识的传递。知识是可以传递的，但精神的达成不是传递的，而是通过理解建构后生成的。

智能机器人教育教学设计的指导思想就是要让教育成为多向度的文化融合，教育的内容是文化的结晶，教育的方式体现着不同的文化特点，教师、学生和一切参与教育的人都有着先在的文化背景，所有这一切在教育的现场情境中相遇、交互作用，并融合为新的精神。智能机器人教育的目标定位，与新一轮基础教育课程改革的指导思想、教育观念、改革目标完全一致，因此能自然融入拓展性学习、研究性学习、校本课程的教育教学中。

新世纪之初，我国建国以来的第八次基础教育课程改革，正以令世人瞩目的迅猛之势在全国推开。新一轮课程改革强调要实现我国中小学课程从学科本位、知识本位向关注每一个学生发展的历史性转变，强调要形成学生积极主动的学习态度，关注学生的学习兴趣，倡导学生主动参与，培养学生的创新精神与实践能力。集计算机和计算机语言、通信技术、网络技术、传感技术、自动化技术、人工智能、等为一体的教育智能机器人，能为学生发展提供一个培养动手能力、创造力、综合能力、协作精神、进取精神的独特的学习平台，很快就在基础教育领域找到发展的切入点，机器人竞赛使长期束缚于书本、课堂、考试之中的中小学生，获得探索学习过程的体验。近两年来，我国机器人教育的发展趋势表明，把人的发展放在第一位的发展目标，将是智能机器人事业和教育事业共同发展的生长点。当教育更加关注人的创新意识、创新能力，它所强调的是育人的根本意义。

然而，就象信息技术的应用不会自然而然地创造教育奇迹一样，教育智能机器人的应用也不会轻而易举地带来教育的春天，如果没有教师的教学和研究活动，精神的建构和文化的创造是无法达成，智能机器人的教育功能是通过教师的创造性劳动来实现的，对教师的专业发展提出新的挑战，就有了教师教育行动的研究。

教师是教育改革和发展实践的主体，他们作为社会实践中的人的主体地位和作用、主体意识和责任感，作为主体的能动力量和创造精神是一切教育改革和发展最终得以实现的最基本、最直接的基础。教师专业化发展成为国际教师教育改革的趋势，受到许多国家的重视，也是当下教育改革实践提出的一个具有重大理论意义的课题。中小学普及机器人文化的探索，始终贯穿了对教师专业化发展的探索和实践，在教师教育的培训理念、培训模式、培训手段、学习理念上实施了一系列的改革和创新。

首先，在培训理念上，变以知识更新为目标的培训为以发展和提升教师主体精神和意识为目标的培训。持续了近半个世纪的教育改革浪潮把教师发展推到历史的前台，教师发展的中心是教师的专业成长。这种专业成长是一个终身学习过程，是一个不断解决问题的过程，是一个教师的职业理想、职业道德、职业情感、社会责任感不断成熟、不断提升、不断创新的过程。在专业发展的路径上教师的主体地位、精神和意

识得到了时代的确认，而主体精神和意识的建构又成为教师专业化发展的重要支撑。

在培训模式的改革中，采用了任务驱动、自主探究、合作互动、动手实践、研训一体化等多向度文化融合的模式，以智能机器人主题的教学设计或作品设计为载体，通过交流、反思、头脑风暴，激励教师对教育意义的主动探究，提升教育责任感和理论思维能力，使教师对教育、学校乃至自身的存在与发展有更深入的理解。而这种不断加深的理解就是教师工作创新、获得发展的首要条件。从教师专业发展的视角看，教师的工作职能出现了深刻的变化，这种变化极大地提高了教师劳动的复杂程度和创造性质，传统培训模式已远不能适应教师专业发展和教育发展的需要。在“研训一体化”培训模式的尝试中，把课堂放在学生活动中，放到开放的社区中，在实践中学习，在反思中研究，获得对智能机器人教育的理解。教师的工作是否具有研究的性质，关键在于如何理解教育和如何理解研究。如果仅仅从知识的传递出发去理解教育，教师只能是一个教书匠的角色；如果从每个学生的成长出发，那么，教师的工作就总是在实现着文化的融合、精神的建构，永远充满着研究和创造的性质。当研究被看作是教育实践中的一种态度、方式，体现着教育的根本意义，那么，教师就是教育研究的主体。教师的研究意识、主体意唤醒之时，即教师专业化发展的起步之刻。

培训手段网络化，“智能机器人教育在线”网站的建设和“智能机器人教育论坛”的开通，跨出了在网络环境下教师培训改革的第一步，促进了学习理念的更新，使被动接受式学习转变为自主学习、探究式学习、协动式学习、资源型学习成为可能。 GOOGLE、百度、新浪、搜狐、网易、3721等搜索引擎都有与“智能机器人教育在线”的链接，将逐步形成普及机器人文化、推进智能机器人教育的信息中心，培训中心、学习中心、交流中心和资源中心。

以发展和提升教师主体精神和意识为目标的培训，在智能机器人教育教师职务培训中实施是有一定难度的。因为教师来自各个学校、各个学科，学历层次、教学经历、学习动机差异极大，而且大部分学校不具备开展机器人教育的条件。但培训模式的改革和教育智能机器人的介入极大的激励了教师们的学习热情。教育目标和培训模式的多向度的文化融合，使教师们在投入智能机器人主题的教学设计或作品设计的过程中，通过自主探究、合作交流、动手实践，逐步感悟智能机器人的教育价值。

中小学普及机器人文化的探索，在学生、教师、学校的共同发展中，开发了机器人文化的教育功能，发掘了智能机器人的教育价值，开辟了教育发展的新天地。

2.学校、教师、学生的共同发展

材 开 发

(超媒体 信息技术与课程整合的理论思考和案例研究 教材) 七宝二中 校本课程 教材 基地附中 梅陇中学 参加编写 信息科技智能机器人初中教程 信息科技 恽为民主编 教材 广西科学技术出版社 灭火机器人教材提纲 我们的 ROBOT 光电小车的原理和实验制作

特 色 学 校 教 科 研 论 文 指 导 学

七宝二中

校本课程、机器人活动室、学生机器人俱乐部、科技活动

基地附中

校本课程、创新实验室、机器人科技节、学生科技活动

“中小学普及机器人文化的探索” 课题中期报 告

区教科研论文二等奖

智能机器人与小学信息科技

课堂教学整合实 践和思考

区市联办教科研论文三等奖

见表一、表二、表三、表四、表五 生 活 动

教 育 主

结论：

本课题研究是可行、有效的，值得进一步推广。

五、讨论与思考

·在中小学普及机器人文化是必要的、可行的；

·智能机器人教育进入基础教育领域，是教育信息化、现代化建设的一个重要模块和高一层次的发展。与计算机、网络和多媒体系统相比，其硬件投入是微不足道的，但对实现教育跨越式发展，对培养创新人才所起的促进作用，是不可估量的。

·政府部门、教育界、科技界、产业界在规划投资、产品开发、课程建设、教师培训、学生发展等方面须相互沟通、形成合力，使我国教育机器人产业和机器人教育事业齐头并进，赶超世界水平。

参考文献

[1]《在庆祝北京师范大学建校100周年大会上的讲话》，江泽民，2002年9月8日

[2] 中华人民共和国教育部基础教育课程改革纲要

[3] 2001－2005年中国青少年科学技术普及活动指导纲要

[4]《信息技术教育的新发展——机器人教育》，彭绍东，湖南师范大学教育技术系

[5]《机器人博览》，

[6]《上海市中小学信息科技教育改革行动纲领》《行动纲领》课题组

[7]《教师专业化发展：对教师的重新发现》 《教育研究》2001年第11期

[8]《在景山学校开展智能机器人普及教育实验的建议》沙有威，2001年4月7日

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