智能機器人課程基地建設的實踐與反思

林厚從 劉波

摘要：常州市第一中學智能機器人課程基地以“硬件、軟件、環境、資源與平臺五位一體同步發展”為指導思想，以將智能機器人課程基地建設成高水平的科技創新教育平臺、創新拔尖人才培養的基地、學生綜合實踐活動和教師專業成長的支持系統為目標，打造了教學環境，建構了教育體系，搭建了互動平臺，開發了課程資源，整合了教師資源。

關鍵詞：智能機器人;課程基地;創新拔尖人才培養

中圖分類號：G423.07 文獻標志碼：A 文章編號：1673-9094（2015）11A-0053-04

一、智能機器人課程基地建設的背景與定位

為落實《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》精神，深化基礎教育課程教學改革，推進普通高中特色建設，2011年，江蘇省教育廳、財政廳啟動了普通高中“課程基地”建設。課程基地的建設是促進學校內涵發展、特色發展、自主發展的重要途徑;是變革重課內輕課外、重知識輕能力的傳統教育方式，轉變學生學習方式的積極嘗試;是為了滿足不同潛質學生的發展需要，推進人才培養模式的多樣化，推動學生特長發展、自主發展、全面發展，探索發現和培養創新拔尖人才的重要舉措。

常州市第一中學是傳統的科技特色學校，在金鑰匙科技競賽、青少年科技創新大賽、青少年信息學奧林匹克競賽等科技活動方面的成績一直位居全省前列，曾連續6次獲得“江蘇省科技教育五星級先進集體”稱號。學校智能機器人課程基地就定位在：圍繞智能機器人項目，打造一個高水平的學生科技創新教育和科學實踐活動的有效平臺，引導所有學生投入到豐富多彩的“體驗、實踐、設計、創作”系列科技活動中來，激發他們“學科學、用科學、愛科學”的意識和興趣，培養他們勤于動手、敢于創新、善于創造的熱情和習慣，探索“提升青少年科學素養與探究能力”的有效途徑，尋求“培養創新拔尖人才”的有效策略。

課程基地的建設是一項系統工程，是一個全局性、創新性、挑戰性的工作。學校從確定申報智能機器人課程基地項目開始，就成立了由全體校級領導、部分中層干部和相關學科教師組成的“課程基地建設領導小組”，明確了課程基地的建設目標、建設內容，制定了詳細的工作計劃和時間路線，確定了每個人的工作職責，并定期舉行相關會議、開展相關活動。課程基地申報成功后，又把課程基地的建設工作列入學校的三年主動發展規劃，優先發展。同時，學校還成立了“科技創新研究中心”，聘請了多位高校和科研院所的專家教授作為技術顧問，搭建了各種平臺，常態化地開展了豐富多彩的參觀、交流、講座、體驗、培訓、競賽、互動、合作等活動，為課程基地的申報、建設提供了技術支持和智力支持，有力保障了課程基地各項工作的順利進行。

二、智能機器人課程基地建設的思考與設計

（一）智能機器人課程基地建設的指導思想

鑒于機器人學科的先進性和綜合性，考慮到我國青少年學生科學知識和學習興趣的現狀，學校提出了“硬件、軟件、環境、資源與平臺五位一體同步發展”的指導思想。

硬件包括各種機器人實驗室、機器人搭建工具、各種機器人套裝和活動比賽的器材等;軟件包括虛擬3D機器人學習平臺、各種機器人控制和開發平臺等;環境包括機器人學科多媒體體驗室的建設、學生創新作品和獲獎作品的陳列室建設、各個專用實驗室內的相關知識介紹和文化建設、校園內及實驗室走廊等處的環境建設等;資源包括課程基地的網站建設、與機器人相關的影視作品及比賽活動的視頻庫、圖片庫建設等;平臺包括師生發展平臺、學生活動平臺、人機互動平臺等，突出人人互動、人境互動、人機互動，注重互動載體的創新，注重實踐和體驗，在互動中激發興趣。

（二）智能機器人課程基地建設的基本目標

智能機器人課程基地建設的目標為：將智能機器人課程基地建設成高水平的科技創新教育平臺、創新拔尖人才培養的基地、學生綜合實踐活動和教師專業成長的支持系統。通過智能機器人課程基地的創建，完成以下幾個主要任務：

1.建成滿足學生動手和創新需求的智能機器人課程，包括系列化的智能機器人校本教材、智能機器人課程的運作機制及相關課程資源。

2.搭建一個功能豐富、自由開放的智能機器人實驗探究平臺，包括機器人活動、比賽信息、網上機器人探究項目、智能機器人愛好者交流的平臺等。

3.打造一支業務精湛、樂于奉獻的智能機器人師資隊伍，充分利用校外聘請的專家教授的智力資源，通過智能機器人課程和研究促進教師的專業成長，包括本校智能機器人指導團隊成員的成長和學校科技創新活動中心相關支持人員的成長。

4.培養一批對智能機器人有濃厚興趣，具有一定創新精神和創新能力，并且在智能機器人設計、制作方面取得一定成就的機器人科學“夢想者”、“探索者”和“實踐者”。讓他們一是獲得顯性的成就，如提升獲獎數量與質量;二是發生隱性的變化，如思維方式、行為習慣、學科情感、專業或職業取向、創新興趣與能力的積極變化。

（三）智能機器人課程基地建設的主要內容

課程基地建設的內容主要包括：

1.教學環境打造。把“飛天樓”打造成最受學生歡迎、學生最向往的學習活動場所，在此享受探究的樂趣，體驗創新創造和動手實踐的樂趣。5層樓的20多個教室建設成機器人活動和競賽的專門實驗室，如機器人科技體驗室、機器人足球實驗室、太空機器人實驗室等，所有實驗室的裝修裝飾、設備設施均按照教學和實驗相結合的布局模式，充分滿足師生的教學探究需求。

2.教育體系建構。圍繞智能機器人的主要技術和相關學科知識（如微電子、傳感器、自動化控制、程序設計等），開設智能機器人校本課程，通過“做中學”、“玩中學”，采用“項目式”教學，全員普及，體驗智能機器人所蘊涵的多學科知識，提升學生的科學素養和創新精神。我們構建了一個系統性的、多層次的“金字塔”形機器人教育體系，對所有高一、高二學生進行集中授課，實現全員普及（每周1課時）。位于金字塔中間層的學生編入“創新拔尖人才實驗班”，進行正常的固定課表教學（每周2課時，整合通用技術）;一些有興趣的學生參加機器人俱樂部，利用課余時間進行校本課程的集中授課（每周1課時），以求適度提高。位于金字塔頂端的學生作為創新拔尖人才進行重點培養，組建機器人競賽小組，采用“導師制”，因材施教，進行一對一、全方位培養。

3.互動平臺搭建。把智能機器人課程基地打造成全校、全市乃至全省對機器人技術和學科發展有興趣的學校和師生一起體驗、學習、探究最新科技的互動平臺，包括硬件和環境平臺、軟件和資源平臺、活動和培訓平臺。積極開展和高校的合作，發揮高校的師資、技術和硬件優勢，探索“中學-大學無縫對接”的創新拔尖人才培養模式，邀請專家教授定期來基地舉辦學術前沿知識和專題技術講座。積極開展與機器人設備廠商的交流和合作，引進最新的機器人實驗設備和產品，為比賽、活動的器材以及學生的創意作品進行定制開發。主動與省、市科協及教育部門合作，創造條件，承辦一些機器人比賽或交流展示活動及學術論壇，促進機器人競賽和普及活動的開展。

4.課程資源開發。組織開發一套項目式的、可操作的機器人校本教材。通過對一些典型智能機器人的剖析，篩選出一些可操作的機器人實驗活動，邀請專家論證，最后選擇出一些反映不同技術、原理和創新思維的“項目”，進行“項目式”機器人校本教材的編寫，同時配套相關的設備和元器件，安排在不同的實驗室中進行探究、實驗，進行“做中學”。學校還計劃設計一套適合中小學生學習實驗的智能機器人模型，并爭取產品化，最后聯合相關公司和企業進行產品的生產和在中小學的推廣使用，促進我市、我省乃至我國中小學智能機器人等科技項目的普及教育和競賽活動。

5.教師資源整合。圍繞智能機器人課程基地，以學校“科技創新研究中心”為核心，整合各學科名師（尤其是物理、信息技術、通用技術）、科技輔導員和所有實驗員，形成強大的師資團隊。采用固定地點（飛天樓一樓專用辦公室）和固定時間（每月集中一天）的方式開展各項活動。另外，學校還先后與清華大學智能技術與系統國家重點實驗室、自動化系和南京理工大學機器人實驗室、自動化系建立了合作關系，聘請兩校的專家教授和機器人代表隊教練作為學校的技術顧問，定期來校進行技術講座和創新項目指導論證，同時，選派學校師生前往兩校進行學習交流和創新項目攻關。

三、智能機器人課程基地建設的實施與成效

學校制定了詳細的課程基地建設方案和實施計劃，多次組織到清華大學、南京理工大學、南京航空航天大學等高校，以及中科院自動化研究所、哈爾濱工業大學機器人研究所、北京博創科技機器人公司等單位，進行參觀、學習和交流，多次組織建設項目的研討論證，確保整個項目的可行性、科學性和前瞻性。

（一）師資隊伍建設

教師是課程基地建設的主要參與者，是課程實施的組織者。教師的專業化成長及師資能力的提高是課程改革和基地建設能否順利進行和完成的關鍵。

課程基地的建設需要投入大量的人力，需要一定數量的、專業技術過硬的專職教師，也需要一些相關學科的、有興趣、有能力的老師兼職參與。需要高校和科研院所的專家教授提供技術指導，更需要他們為學校教師進行專業知識培訓和未來發展方向的引領。

在師資隊伍建設方面，我們主要做了以下一些工作：

學校成立了“科技創新研究中心”，中心人員除了信息技術和通用技術的教師以及學校原有的機器人競賽輔導教練員外，還有一批對機器人學科感興趣、動手能力強的年輕教師。中心發揮他們各自的優勢和強項，為他們提供了豐富多彩的進修培訓和實踐機會，使他們勝任智能機器人校本課程的課堂教學和活動指導工作。學校還專門招聘了2名碩士作為智能機器人專任教師。

學校先后成立了“清華大學自動化系-常州市第一中學智能機器人科技創新基地”、“常州市第一中學與南京理工大學共建機器人創新人才培養基地”，為教師提供專業進修和學習提升的機會。此外，聘請了清華大學機器人代表隊主教練趙明國博士、南京理工大學自動化學院樊衛華副教授等多位專家教授為技術顧問，和科技創新研究中心的老師一起開展智能機器人相關技術攻關和教材編寫、實驗設計、課程實施、競賽輔導等工作。

（二）課程體系統整

課程基地要有一個“大學科”的意識，體現多學科交叉和綜合的特點。課程基地最好還要能夠統整國家課程和校本課程，統整信息技術學科和通用技術等其他學科，統整學校的研究性學習、興趣小組和學生社團活動、學校的科技節（科技活動月）等活動。課程基地建設要促進相關學科的內涵建設與發展，促進學科和教師專業發展，促進學生的個性化發展。

課程基地要想真正體現出創建意義和品牌價值，就必須服務于全體學生，體現“全員參與”的原則，引導所有學生學習科學知識，培養科學興趣，提升科學素養，甚至要面向一個地區的所有學校和學生，而不是為了滿足一個學校的少部分人或者一些學科競賽選手的需要。課程基地的建設要促進一個地區或學校課程體系的完善或統整。

結合學校的科技特色，科技創新研究中心的所有成員一起分析了學校的校本課程、研究性學習、興趣小組和科技節的相關情況，以及物理、通用技術、信息技術等學科現狀，進行了大膽創新，為高一、高二年級所有學生開設了“智能機器人”這一普及性科技類校本課程，并逐步完善適合青少年學生的“智能機器人”系列校本課程。課程圍繞智能機器人的主要技術和相關學科知識，通過對一些典型智能機器人的剖析、篩選論證，最后選擇出一些反映不同技術、原理和創新思維的“項目”，按照“任務分析—結構設計—部件組裝—計算機控制程序設計（包括單片機和控制芯片制作）—系統調試—系統優化—總結反思”的思路，進行“項目式”機器人校本教材的編寫，同時配套相關的設備和元器件，安排在不同的實驗室中進行探究、實驗，進行“做中學”，從而體驗智能機器人所涉及的各種科技知識，提升科技素養和創新精神、動手能力。

（三）創新人才培養

學校是首批“常州市普通高中創新人才培養項目學校”，創新項目就是機器人，實現了與智能機器人課程基地建設的對接。

智能機器人課程基地的靈魂就在于創新，因為機器人本身就是人類目前最前沿的科技創新領域。機器人項目的創新貴在實踐，學生在實踐中培養可貴的創新品質，培養堅韌的創新意志，培養超前的創新思維，擁有創新的意識、技術、能力和內在需求。在這個方面，我們的舉措主要有：

首先，在常州市教育局的同意下，學校從2012年開始，每一屆都設立了“創新拔尖人才培養實驗班”，學校為他們的發展制訂了詳細的培養方案。

其次，課程基地的建設體現技術與生活相結合、體驗與實踐相結合、課程與活動相結合的理念。通過增效減負，解放學生的時空，將學生從教室吸引到機器人實驗室。在玩機器人的過程中，培養他們的動手實踐能力、創造發明能力和自主探究學習能力。

第三，通過量身定制的校本課程、完善先進的實驗設備和高水平的導師隊伍，為創新拔尖人才的培養提供良好的環境、氛圍和技術支持，鼓勵和引導他們的科技創新行為。

第四，為不同層次的學生提供不同的學習模式，在以體驗、實踐、探究、合作為主的學習方式下，積極引導學生從長期形成的被動學習、接受學習、文本學習、單個學習，轉向主動學習、探究學習、體驗學習、合作學習。引導學生習得科學的方法，提高學習探究能力，為將來從事科研活動奠定良好的基礎。

第五，搭建各種平臺，尤其是學生的研究性學習、青少年科技創新大賽、學校的科技活動月、各個級別和形式的機器人競賽等活動，鼓勵學生圍繞自己的興趣愛好和“金點子”，進行自主探究，在科技創新研究中心導師的指導下，培養他們提出問題、分析問題、解決問題的能力。

第六，積極與相關高校開展對話與交流，建立共同培養創新拔尖人才的合作機制，探索“中學-大學無縫對接”的創新拔尖人才培養模式，通過自主招生等形式為他們的發展提供快速通道。

2014年，學校智能機器人課程基地被省教育廳評為優秀課程基地。截至目前，智能機器人課程基地培養的學生已獲得50多個省級以上一等獎，其中九次獲得全國機器人比賽一等獎，四次是全國冠軍。參加國際比賽五次，三次獲得冠軍，兩次獲得亞軍;兩次奪得機器人世界錦標賽（First Lego League，FLL）現場操作的冠軍，是迄今為止中國青少年機器人代表隊在國際上取得的最好成績。

全員參與的機器人課程基地建設，潛移默化地影響著學生的科學精神和價值觀。近年來，學生在研究性學習中研究了大批與機器人有關的課題，如創意載人小車、航拍四軸飛行器的實踐與應用、取物機器人的研究等。近年來，近80%的理科班（選考物理）的學生都填報了與智能機器人相關的專業，其中有70多位學生被錄取到與機器人緊密相關的專業。

責任編輯：楊孝如

Practice of and Reflection on Intelligent Robot Curriculum Base Construction

LIN Hou-cong & LIU Bo

（Changzhou No. 1 Middle School， Changzhou 213003， China）

Abstract： Under the guidance of the simultaneous development of hardware， software， environment， resources and platform， Changzhou No. 1 Middle School constructs intelligent robot curriculum base to achieve the goals below： the base will be built into a high-level platform for scientific creative education， into the base of cultivating creative top talents， and into the supporting system of students' comprehensive activity and teachers' professional growth so that we could create teaching environment， construct educational system， set up the interactive platform， exploit curriculum resources， and integrate teachers' resources.

Keywords： intelligent robot; curriculum base; cultivation of creative top talent