智能机器人课程基地建设的实践与反思

林厚从 刘波

摘要：常州市第一中学智能机器人课程基地以“硬件、软件、环境、资源与平台五位一体同步发展”为指导思想，以将智能机器人课程基地建设成高水平的科技创新教育平台、创新拔尖人才培养的基地、学生综合实践活动和教师专业成长的支持系统为目标，打造了教学环境，建构了教育体系，搭建了互动平台，开发了课程资源，整合了教师资源。

关键词：智能机器人;课程基地;创新拔尖人才培养

中图分类号：G423.07 文献标志码：A 文章编号：1673-9094（2015）11A-0053-04

一、智能机器人课程基地建设的背景与定位

为落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》精神，深化基础教育课程教学改革，推进普通高中特色建设，2011年，江苏省教育厅、财政厅启动了普通高中“课程基地”建设。课程基地的建设是促进学校内涵发展、特色发展、自主发展的重要途径;是变革重课内轻课外、重知识轻能力的传统教育方式，转变学生学习方式的积极尝试;是为了满足不同潜质学生的发展需要，推进人才培养模式的多样化，推动学生特长发展、自主发展、全面发展，探索发现和培养创新拔尖人才的重要举措。

常州市第一中学是传统的科技特色学校，在金钥匙科技竞赛、青少年科技创新大赛、青少年信息学奥林匹克竞赛等科技活动方面的成绩一直位居全省前列，曾连续6次获得“江苏省科技教育五星级先进集体”称号。学校智能机器人课程基地就定位在：围绕智能机器人项目，打造一个高水平的学生科技创新教育和科学实践活动的有效平台，引导所有学生投入到丰富多彩的“体验、实践、设计、创作”系列科技活动中来，激发他们“学科学、用科学、爱科学”的意识和兴趣，培养他们勤于动手、敢于创新、善于创造的热情和习惯，探索“提升青少年科学素养与探究能力”的有效途径，寻求“培养创新拔尖人才”的有效策略。

课程基地的建设是一项系统工程，是一个全局性、创新性、挑战性的工作。学校从确定申报智能机器人课程基地项目开始，就成立了由全体校级领导、部分中层干部和相关学科教师组成的“课程基地建设领导小组”，明确了课程基地的建设目标、建设内容，制定了详细的工作计划和时间路线，确定了每个人的工作职责，并定期举行相关会议、开展相关活动。课程基地申报成功后，又把课程基地的建设工作列入学校的三年主动发展规划，优先发展。同时，学校还成立了“科技创新研究中心”，聘请了多位高校和科研院所的专家教授作为技术顾问，搭建了各种平台，常态化地开展了丰富多彩的参观、交流、讲座、体验、培训、竞赛、互动、合作等活动，为课程基地的申报、建设提供了技术支持和智力支持，有力保障了课程基地各项工作的顺利进行。

二、智能机器人课程基地建设的思考与设计

（一）智能机器人课程基地建设的指导思想

鉴于机器人学科的先进性和综合性，考虑到我国青少年学生科学知识和学习兴趣的现状，学校提出了“硬件、软件、环境、资源与平台五位一体同步发展”的指导思想。

硬件包括各种机器人实验室、机器人搭建工具、各种机器人套装和活动比赛的器材等;软件包括虚拟3D机器人学习平台、各种机器人控制和开发平台等;环境包括机器人学科多媒体体验室的建设、学生创新作品和获奖作品的陈列室建设、各个专用实验室内的相关知识介绍和文化建设、校园内及实验室走廊等处的环境建设等;资源包括课程基地的网站建设、与机器人相关的影视作品及比赛活动的视频库、图片库建设等;平台包括师生发展平台、学生活动平台、人机互动平台等，突出人人互动、人境互动、人机互动，注重互动载体的创新，注重实践和体验，在互动中激发兴趣。

（二）智能机器人课程基地建设的基本目标

智能机器人课程基地建设的目标为：将智能机器人课程基地建设成高水平的科技创新教育平台、创新拔尖人才培养的基地、学生综合实践活动和教师专业成长的支持系统。通过智能机器人课程基地的创建，完成以下几个主要任务：

1.建成满足学生动手和创新需求的智能机器人课程，包括系列化的智能机器人校本教材、智能机器人课程的运作机制及相关课程资源。

2.搭建一个功能丰富、自由开放的智能机器人实验探究平台，包括机器人活动、比赛信息、网上机器人探究项目、智能机器人爱好者交流的平台等。

3.打造一支业务精湛、乐于奉献的智能机器人师资队伍，充分利用校外聘请的专家教授的智力资源，通过智能机器人课程和研究促进教师的专业成长，包括本校智能机器人指导团队成员的成长和学校科技创新活动中心相关支持人员的成长。

4.培养一批对智能机器人有浓厚兴趣，具有一定创新精神和创新能力，并且在智能机器人设计、制作方面取得一定成就的机器人科学“梦想者”、“探索者”和“实践者”。让他们一是获得显性的成就，如提升获奖数量与质量;二是发生隐性的变化，如思维方式、行为习惯、学科情感、专业或职业取向、创新兴趣与能力的积极变化。

（三）智能机器人课程基地建设的主要内容

课程基地建设的内容主要包括：

1.教学环境打造。把“飞天楼”打造成最受学生欢迎、学生最向往的学习活动场所，在此享受探究的乐趣，体验创新创造和动手实践的乐趣。5层楼的20多个教室建设成机器人活动和竞赛的专门实验室，如机器人科技体验室、机器人足球实验室、太空机器人实验室等，所有实验室的装修装饰、设备设施均按照教学和实验相结合的布局模式，充分满足师生的教学探究需求。

2.教育体系建构。围绕智能机器人的主要技术和相关学科知识（如微电子、传感器、自动化控制、程序设计等），开设智能机器人校本课程，通过“做中学”、“玩中学”，采用“项目式”教学，全员普及，体验智能机器人所蕴涵的多学科知识，提升学生的科学素养和创新精神。我们构建了一个系统性的、多层次的“金字塔”形机器人教育体系，对所有高一、高二学生进行集中授课，实现全员普及（每周1课时）。位于金字塔中间层的学生编入“创新拔尖人才实验班”，进行正常的固定课表教学（每周2课时，整合通用技术）;一些有兴趣的学生参加机器人俱乐部，利用课余时间进行校本课程的集中授课（每周1课时），以求适度提高。位于金字塔顶端的学生作为创新拔尖人才进行重点培养，组建机器人竞赛小组，采用“导师制”，因材施教，进行一对一、全方位培养。

3.互动平台搭建。把智能机器人课程基地打造成全校、全市乃至全省对机器人技术和学科发展有兴趣的学校和师生一起体验、学习、探究最新科技的互动平台，包括硬件和环境平台、软件和资源平台、活动和培训平台。积极开展和高校的合作，发挥高校的师资、技术和硬件优势，探索“中学-大学无缝对接”的创新拔尖人才培养模式，邀请专家教授定期来基地举办学术前沿知识和专题技术讲座。积极开展与机器人设备厂商的交流和合作，引进最新的机器人实验设备和产品，为比赛、活动的器材以及学生的创意作品进行定制开发。主动与省、市科协及教育部门合作，创造条件，承办一些机器人比赛或交流展示活动及学术论坛，促进机器人竞赛和普及活动的开展。

4.课程资源开发。组织开发一套项目式的、可操作的机器人校本教材。通过对一些典型智能机器人的剖析，筛选出一些可操作的机器人实验活动，邀请专家论证，最后选择出一些反映不同技术、原理和创新思维的“项目”，进行“项目式”机器人校本教材的编写，同时配套相关的设备和元器件，安排在不同的实验室中进行探究、实验，进行“做中学”。学校还计划设计一套适合中小学生学习实验的智能机器人模型，并争取产品化，最后联合相关公司和企业进行产品的生产和在中小学的推广使用，促进我市、我省乃至我国中小学智能机器人等科技项目的普及教育和竞赛活动。

5.教师资源整合。围绕智能机器人课程基地，以学校“科技创新研究中心”为核心，整合各学科名师（尤其是物理、信息技术、通用技术）、科技辅导员和所有实验员，形成强大的师资团队。采用固定地点（飞天楼一楼专用办公室）和固定时间（每月集中一天）的方式开展各项活动。另外，学校还先后与清华大学智能技术与系统国家重点实验室、自动化系和南京理工大学机器人实验室、自动化系建立了合作关系，聘请两校的专家教授和机器人代表队教练作为学校的技术顾问，定期来校进行技术讲座和创新项目指导论证，同时，选派学校师生前往两校进行学习交流和创新项目攻关。

三、智能机器人课程基地建设的实施与成效

学校制定了详细的课程基地建设方案和实施计划，多次组织到清华大学、南京理工大学、南京航空航天大学等高校，以及中科院自动化研究所、哈尔滨工业大学机器人研究所、北京博创科技机器人公司等单位，进行参观、学习和交流，多次组织建设项目的研讨论证，确保整个项目的可行性、科学性和前瞻性。

（一）师资队伍建设

教师是课程基地建设的主要参与者，是课程实施的组织者。教师的专业化成长及师资能力的提高是课程改革和基地建设能否顺利进行和完成的关键。

课程基地的建设需要投入大量的人力，需要一定数量的、专业技术过硬的专职教师，也需要一些相关学科的、有兴趣、有能力的老师兼职参与。需要高校和科研院所的专家教授提供技术指导，更需要他们为学校教师进行专业知识培训和未来发展方向的引领。

在师资队伍建设方面，我们主要做了以下一些工作：

学校成立了“科技创新研究中心”，中心人员除了信息技术和通用技术的教师以及学校原有的机器人竞赛辅导教练员外，还有一批对机器人学科感兴趣、动手能力强的年轻教师。中心发挥他们各自的优势和强项，为他们提供了丰富多彩的进修培训和实践机会，使他们胜任智能机器人校本课程的课堂教学和活动指导工作。学校还专门招聘了2名硕士作为智能机器人专任教师。

学校先后成立了“清华大学自动化系-常州市第一中学智能机器人科技创新基地”、“常州市第一中学与南京理工大学共建机器人创新人才培养基地”，为教师提供专业进修和学习提升的机会。此外，聘请了清华大学机器人代表队主教练赵明国博士、南京理工大学自动化学院樊卫华副教授等多位专家教授为技术顾问，和科技创新研究中心的老师一起开展智能机器人相关技术攻关和教材编写、实验设计、课程实施、竞赛辅导等工作。

（二）课程体系统整

课程基地要有一个“大学科”的意识，体现多学科交叉和综合的特点。课程基地最好还要能够统整国家课程和校本课程，统整信息技术学科和通用技术等其他学科，统整学校的研究性学习、兴趣小组和学生社团活动、学校的科技节（科技活动月）等活动。课程基地建设要促进相关学科的内涵建设与发展，促进学科和教师专业发展，促进学生的个性化发展。

课程基地要想真正体现出创建意义和品牌价值，就必须服务于全体学生，体现“全员参与”的原则，引导所有学生学习科学知识，培养科学兴趣，提升科学素养，甚至要面向一个地区的所有学校和学生，而不是为了满足一个学校的少部分人或者一些学科竞赛选手的需要。课程基地的建设要促进一个地区或学校课程体系的完善或统整。

结合学校的科技特色，科技创新研究中心的所有成员一起分析了学校的校本课程、研究性学习、兴趣小组和科技节的相关情况，以及物理、通用技术、信息技术等学科现状，进行了大胆创新，为高一、高二年级所有学生开设了“智能机器人”这一普及性科技类校本课程，并逐步完善适合青少年学生的“智能机器人”系列校本课程。课程围绕智能机器人的主要技术和相关学科知识，通过对一些典型智能机器人的剖析、筛选论证，最后选择出一些反映不同技术、原理和创新思维的“项目”，按照“任务分析—结构设计—部件组装—计算机控制程序设计（包括单片机和控制芯片制作）—系统调试—系统优化—总结反思”的思路，进行“项目式”机器人校本教材的编写，同时配套相关的设备和元器件，安排在不同的实验室中进行探究、实验，进行“做中学”，从而体验智能机器人所涉及的各种科技知识，提升科技素养和创新精神、动手能力。

（三）创新人才培养

学校是首批“常州市普通高中创新人才培养项目学校”，创新项目就是机器人，实现了与智能机器人课程基地建设的对接。

智能机器人课程基地的灵魂就在于创新，因为机器人本身就是人类目前最前沿的科技创新领域。机器人项目的创新贵在实践，学生在实践中培养可贵的创新品质，培养坚韧的创新意志，培养超前的创新思维，拥有创新的意识、技术、能力和内在需求。在这个方面，我们的举措主要有：

首先，在常州市教育局的同意下，学校从2012年开始，每一届都设立了“创新拔尖人才培养实验班”，学校为他们的发展制订了详细的培养方案。

其次，课程基地的建设体现技术与生活相结合、体验与实践相结合、课程与活动相结合的理念。通过增效减负，解放学生的时空，将学生从教室吸引到机器人实验室。在玩机器人的过程中，培养他们的动手实践能力、创造发明能力和自主探究学习能力。

第三，通过量身定制的校本课程、完善先进的实验设备和高水平的导师队伍，为创新拔尖人才的培养提供良好的环境、氛围和技术支持，鼓励和引导他们的科技创新行为。

第四，为不同层次的学生提供不同的学习模式，在以体验、实践、探究、合作为主的学习方式下，积极引导学生从长期形成的被动学习、接受学习、文本学习、单个学习，转向主动学习、探究学习、体验学习、合作学习。引导学生习得科学的方法，提高学习探究能力，为将来从事科研活动奠定良好的基础。

第五，搭建各种平台，尤其是学生的研究性学习、青少年科技创新大赛、学校的科技活动月、各个级别和形式的机器人竞赛等活动，鼓励学生围绕自己的兴趣爱好和“金点子”，进行自主探究，在科技创新研究中心导师的指导下，培养他们提出问题、分析问题、解决问题的能力。

第六，积极与相关高校开展对话与交流，建立共同培养创新拔尖人才的合作机制，探索“中学-大学无缝对接”的创新拔尖人才培养模式，通过自主招生等形式为他们的发展提供快速通道。

2014年，学校智能机器人课程基地被省教育厅评为优秀课程基地。截至目前，智能机器人课程基地培养的学生已获得50多个省级以上一等奖，其中九次获得全国机器人比赛一等奖，四次是全国冠军。参加国际比赛五次，三次获得冠军，两次获得亚军;两次夺得机器人世界锦标赛（First Lego League，FLL）现场操作的冠军，是迄今为止中国青少年机器人代表队在国际上取得的最好成绩。

全员参与的机器人课程基地建设，潜移默化地影响着学生的科学精神和价值观。近年来，学生在研究性学习中研究了大批与机器人有关的课题，如创意载人小车、航拍四轴飞行器的实践与应用、取物机器人的研究等。近年来，近80%的理科班（选考物理）的学生都填报了与智能机器人相关的专业，其中有70多位学生被录取到与机器人紧密相关的专业。

责任编辑：杨孝如

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