一、研究背景
        为适应新课程对学生科学素养的培养和提高，加速新课程的实施，我们于2004年10月成立了《在智能机器人教育中提高学生科学素养的研究》课题研究，利用机器人教育这一载体提高学生的科学素养。
        今天，我们生活在一个科技飞速发展，社会飞快进步的时代。计算机技术、医药技术、信息技术的发展对社会产生了深远的影响。教育如何适应科学技术的巨大变化已经引起世界各国的注意，从我们的教育理念“为了学生的终身发展”可以看出：只有不断地学习，不断创新，才能跟上时代的步伐。重复性工作已经无法满足社会的发展，社会需要具有创新意识、有创造性思维的人才。
        而智能机器人提供了一种素质教育和创新教育与前沿研究相结合的生动形式。国外的一些大学已经开设了机器人球的本科生课程，科大也在国内率先进行了教学实验，并已形成较完备的seminar课程体
（一）关于机器人教育
        机器人教育融合了造型技术、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。机器人提供了一种素质教育和创新教育与前沿研究相结合的生动形式。国外的一些大学已经开设了机器人足球的本科生课程。机器人教育具有实践性强、探索性强和综合性强的特点，有利于迅速接触前沿研究，并有利于提高同学的创新能力和科学素养。
（二）关于科学素养
        现代社会是一个民主化社会，每个人的命运和整个人类社会、整个国家的命运联系在一起，每个公民都有一定的社会责任和权利，不能被排除于社会事务之外。而现代社会更是一个科学技术高度发达的社会，无论是公民的个人生活还是社会生活，都离不开科学技术，这就要求公民必须具备基本的科学素养，使个体能把握自己的命运，过上负责任的幸福生活，同时在涉及到人类社会和国家命运时，能发表自己的看法，并采取合乎理性的行动。因此，中国新一轮课程改革把目标定位于“提高全体学生科学素养”上。
        我们采用科学素养的三维定义：科学态度、科学方法、科学知识。
（三）机器人教育与科学素养的联系
        机器人教育作为一个丰富的教育载体，有着活泼的教学方式、生动的教育形式、对学生有着天然的亲和力，能激起学生探索研究的兴趣。而中国新一轮课程改革把目标定位于“提高全体学生科学素养”上，那么如何利用机器人教育提高学生科学素养就是我们研究的内容。
        我校在2004~2007三年主动发展规划中将大力开展科技特色教育，而机器人教育是其中一部分，做好机器人的普及和竞赛项目还远远不够，应该用科学的方法去研究机器人教育的意义，用一个全新的教学工具为载体，研究机器人教育与创新教育的整合，切实提高学生的创新精神和科学素养。
        因此机器人活动不能简单的看成是组织一次学生活动或参加一次竞赛，而应该利用科学探究的方法去研究，研究在机器人教育中学生的科学素养能培养哪些、如何培养等问题，以机器人教育为载体来提高学生的科学素养，科学素养的研究主要从三个维度进行研究，即：科学态度、科学方法、科学知识。我们还将把在机器人教育中科学素养的培养内容和方法推广到其他科技活动中如：科技小发明等，以及渗透到学科教学中。
（四）本课题研究总目标：
        在机器人教育中提高学生科学素养的研究。
(五)本课题研究子目标
        科学素养量化的研究；中学生科学素养的调；机器人教育学生科学态度的提高；机器人教育中创新精神和实践能力的提高；学生创新精神的评价方法；机器人普及与竞赛教育的研究
二、研究工作的基本情况
1．一年来我们课题小组积极探索做了大量的工作，具体内容如下:      
2．一年来我们机器人兴趣班教学已逐渐形成特色，教学形式：课题研究；教学理念：“试一试”。积极引导学生主动探索，大胆尝试。
3．教学过程中，坚持教材、教案、案例分析、个案研究四合一的方式进行研究
4．调查小组不定期的对机器人兴趣小组成员进行测试，对照参加兴趣小组前后的发展情况，5。也进行小组成员内外的比较，力求得到科学评价的数据，寻找科学素养评价的方法。
6．课题组成员主动学习有关资料，并整理读书笔记等。
7．积极撰写有关论文
8．将机器人教育中的经验推广到其他科技活动中，并获得了一定的成果。
9．选派课题成员赴上海参加西觅亚培训三次，参加南京科协组织的培训两次
10．寒假组织优秀学员赴清华大学参加“感受清华”机器人冬令营
11．组织机器人兴趣小组授课60课时，初步完成机器人校本课程的部分章节，约50页。现12。已进入第二年修改完善过程中。
13．通过我校第三届趣味科技节对兴趣小组成员与非兴趣小组成员进行对比实验（内容如头脑风暴，比如一张报纸可以搭建多大的密闭空间，一个纸飞机可以飞多远等），评价创新能力在创新比赛中的体现，结果兴趣小组成员略胜其他同学
14．在机器人比赛中初见成效，在省机器人比赛中获得省二等奖。
15．学校领导高度重视，王校长、史主任都投入精力，参加课题研究
16．机器人小组自己摄像、处理完成了学校内部的第一个约20分钟的机器人教育宣传录像
三、初步研究成果
（一）“课题驱动”的教学模式和“试一试”的教学理念
        在中小学生创新能力发展过程中，学校教育环境具有重要的意义。学校教育是一种有目的、有计划、有组织、有系统的教育，在影响中小学生创造力发展和潜能开发的诸因素中居主导作用。随着智能技术的发展，智能机器人的教育走进中小学校已经成为可能和必然趋势，充分地体现了当代信息技术多个领域的先进技术，是信息技术的重要内容，更是智能技术的结晶。智能机器人的教学内容必将给信息技术基础教育带来新的活力，智能机器人会成为中小学生能力、素质培养的智能平台。在中小学信息技术教学中智能机器人将会与计算机一起成为信息技术教育的工具，承载起信息技术教学载体的任务。
        因此机器人一门实践性很强的科学，需要鼓励学生多动手，多动脑。我们通过教学实践总结出一个比较有效的教学模式，每节课已开始我们布置给学生一个具体的课题，一起讨论可能遇到的问题，然后学生主动的去完成课题，老师在教学过程中加强小组指导，给学生出主意、激励学生、组织学生，课题完成后还要进行竞赛。然后再请同学一起总结在制作或编程过程中遇到的问题。学生由于受到课题的任务驱动，积极性很高，思维活跃，效率得到保证。教学过程中鼓励学生敢于想并实践自己的想法，所以当学生询问是否能换一种做法时，我们总是鼓励他们“试一试”；当学生一筹莫展时，我们也与他们一起探讨课题要求，换一个思路“试一试”；当学生踌躇满志胜利在握时，我激励学生向否再做改进“试一试”，通过一段时间教学，学生的实践能力和创新能力得到明显提高。我们每隔一段时间的机器人创意设计征集，从第二次交上来的创意设计看与第一次相比较思维发散程度、独创性都有很大提高。我和郁老师把这些总结为机器人教学的“课题驱动”的教学模式和“试一试”的教学理念。
（二）在机器人教学中激发学生的创造力
        江泽民同志指出：“创新是一个民族进步的灵魂，是国家兴旺发达的不竭的动力”。青少年是祖国的未来，民族的希望，因此，培养青少年创造力是教育创新的当务之急，作为学校来说，除了在日常教育教学中，在其他活动中也应时刻注重激发出学生的创造力。
⑴利用机器人教具营造创新气氛
智能机器人教具的特点：
①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。老师和学生只是利用积木式的散件即可达到创造，国际上标准的积木，积木之间任意选择插接方式，不同的插接，就能搭建出不同的外形样式。只要用心设计利用积木就可能创造新的造型，新的造型就可能有新的效果。这样就激发了学生的制作新型的兴趣。在各自创作中达到互相启发，互相激励的目的，从而使学生做起来乐此不疲。
②机器人硬件造型是躯壳，还需要软件编程，程序是机器人的灵魂。硬件是软件基础，软件要依附于硬件来编程。它是根据不同的硬件即不同的传感器，不同的起动装置，不同驱动装置，不同的搭建位置，来确定如何编程程序的。因为不同的传感器接收到的不同的信息，相同的传感器在不同的位置采集到的信息也不同。因此对信息的处理方式也要改变，对起动装置和驱动装置的指令也要有所不同，如果不作相应的改变就达不到想象中的效果。另外不同的可执行部件的功能不同，也要进行不同的编程思路调整，即：只有运用不同公式和选择不同的逻辑和不同的参数，才能达到预期效果。因此每一次硬件修改。就会达到一种新效果；相同的硬件制作，编程不同，也会带来不同的效果。千变万化的硬件搭建，决定着千变万化的效果，千变万化软件编程也决定千变万化的效果。机器人教学使师生在学习中随时都可能产生一个惊喜、一种成功、一个期待、一个新思路的诞生。如爬梯机器人的制作。每班20  人，两人一组，一个班的学生用同样的散件就能做出不同样的十多种机器人来，小组之间不同制作的互相启发，互相激励，使学生们投入废寝忘食制作。教学机器人以其创意无限的制作空间，激发师生无限的潜能。教学机器人是营造创新气氛的最好教具！
⑵机器人教学是程序设计学习的最好载体
众所周知：程序设计课程在培养学生分析问题、解决问题的能力和培养学生创造性思维上起着非常重要的作用。在强调程序设计教育作用的同时，反思目前程序设计教学中存在的问题是必要的。对于初学程序设计的中小学生来说兴趣是学习的动力，而利用以往的程序设计媒介很难使初学者看到程序设计应用的效果，体验成功的乐趣，这是目前程序设计教学中经常出现两极分化的主要原因。
我们知道程序是智能机器人的灵魂，让中学生通过为机器人编程序来学习程序设计的知识是程序设计教学入门的最好方法。机器人编程大多都是图标模块化的形式。容易掌握，且在为机器人编写程序的过程中学生会看到效果。会获得成功的喜悦、会建立起编程的信心，大大激发程序设计学习的兴趣。将智能机器人作为程序设计学习的载体，会从根本上解决目前程序设计教学中存在的问题。通过完成项目、任务，使学生在为机器人扩充功能的过程中学习有关数字电路方面的知识，在组装扩展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过程中促进程序设计学习。使学生对枯燥的程序设计学起来变得清松、乐学。因此说，教学机器人是中小学生学习程序设计的最佳载体。
（三）科学素养的评价方法的思考----A、B、C、D多维度等级制
        从全面提高学生的科学素养出发，建立评价主体多元、评价内容全面、评价方式多样的评价体系，将促进在学生的发展和教师的提高，有效地改进教学。科学素养的评价应该在科学探究（过程、方法和能力），科学知识与技能，科学态度、情感与价值观以及对科学、技术与社会关系的认识等四个方面对学生进行全面的评价。评价不仅要关注学生在科学素养方面的发展，而且要了解学生在发展中的需求，发现和发展他们多方面的潜能，帮助学生认识自我，建立自信，促进学生在已有水平上的发展，强化评价的内在激励作用，发挥评价的诊断、教育和发展功能。
        科学素养评估是根据科学素养教育目标，运用可行的科学手段，系统地收集信息，对科学教育活动进行分析和价值判断，促使被评对象经过努力达到预期目标，又为决策者提供比较客观的依据。科学素养评估是教育性评价，不是选拔性评价。评价的功能有：①导向性。笔者在设计子标体系中，其中一级子标和二级子标都是学生必须具备的科学素养，也是学生努力的方向；②诊断性。通过评估找出学生与目标的差距；③激励性。子标体系是全面的、整体的。由于每个学生存在个性与特长差异，地区与学校的差异，二级子标最好不谈权重和分值，采用目标参照，分A、B、C、D四等，只测目标达到的维度，不比较位置、不排队，让学生在评估中发现与了解自己的优点和长处，激励今后学习科学、用科学的信心。
（四）以科技活动为载体多种形式提高学生科学素养
科技是第一生产力，科技进步是经济社会发展的决定性因素，当前，国际竞争归根到底是人才的竞争。众所周知，青少年时期是人的一生中求知欲最旺盛的高峰时期，作为教育者，要特别加强对学生的科技教育，要为青少年的成长创造一个充分发展其个性、有效发掘其潜能的良好环境。使学生在学好课本知识的同时，积极参加课外科普活动，增强科普知识，培养他们学科学、用科学的兴趣，充分发挥科普在教育中的主渠道作用，多形式、多渠道的为青少年提供科普活动阵地，培养他们的思维能力，动手能力和创造能力，帮助他们树立正确的科学观、人生观和世界观。为此，我校进行了如下尝试：  
⑴开展校趣味科技节，宣传科技知识，培养学生科学的品质
为了让科技教育深人人心，我校每年举行一次趣味科技节活动，以趣味科技节为载体，吸引更多的学生加入到科技活动的行列。我校首届趣味科技节，我们就精心设计了科技小发明、科普讲座、科学小论文、趣味实验、科普网页、科普海报、科普黑板报等系列活动，通过较为浓厚的知识性和趣味性相结合的科技活动，向学生宣传科技知识，我们安排专家进行科普讲座，通过电视、录像、讲座等形式启迪同学们的思维、拓宽思路，并提高必要的帮助。在趣味实验设计活动中同学们自行设计了《小火箭》、《水顶球》、《气顶球》《快乐的鸡蛋》等很多融知识性、趣味性于一体的实验。在设计过程中，更重要的是培养了他们科学的品质，比如：初一（6）班刘佳俊同学设计的《小火箭》实验，预赛时由于方向难以控制，他反复实验，精益求精，做了一百多次实验，最后才掌握了其中的技巧，尽管在现场展示时自己还认为不满意，但各位评委给予了很高的评价。他们懂得了科技活动不仅仅是凭兴趣就能取得成功的，还要持之以恒、不断探索，要有不达目的誓不罢休的坚毅品质。在探索过程中，一定会遇到这样或那样的困难，要想方设法克服困难，要有心理承受力。要随时准备应付各种挫折和失败，人正是由失败和教训使自己不断聪明的，对于失败，我们应当理智地总结经验教训，把挫折磨难看作是磨练意志、锻炼能力的好机会，在困难与阻力面前要有一股敢拼敢斗的勇气，从而战胜自己的畏难情绪。让他们懂得，历史上任何科学成果都是经过若干次、甚至上百次的试验才获得成功的。通过这些活动，为下一阶段的工作打下了基础。
⑵抓住教育契机，鼓励他们大胆设想，培养学生的创造力和想象力。
科技活动最突出的特点是以实践活动为主要的教育方式，提倡学生自己动手动脑，通过各种实际活动，让他们接触大自然和当代较新的科学知识，使学生将学习的知识转化为技能。为此，比如一次科技小发明兴趣小组集中时，我刚打开投影仪，投影仪亮了一下就坏了，我原来准备的辅导计划就不能进行了，我很快因势利导，问这是什么原因造成的，能不能想办法改进一下，并且告诉他们其实发明并不神秘，生活是创造的源泉，没有丰富多彩的生活，创造活动就会成为无源之水，无本之木，创造活动就无法进行。日常生活中要注意观察，做生活的有心人，为大脑储存更多的信息，使之成为学生兴趣的重要源泉。只要平时能多观察，多思考，大胆想象，就能碰撞出创新的火花。同学们在我的启发下动手实验，并且由楼佳蔚和王渊两位同学发明的《电灯保镖》在参加江苏省第十四届科技创新大赛中获得省一等奖。  
⑶提供学生施展自己才能的平台，培养学生的自信心。
自信心是一个人学习进步，事业成功的必要条件，只有自信方能大胆创造。美国诗人爱默生曾说过：“自信是成功的第一秘诀。”一个人会因为相信自己而愈发自强，不达目的决不罢休。在首届趣味科技节中，我尽可能的多提供给学生各种各样的施展自己才能的机会，有人文笔优美，我们就引导他参加科学小论文比赛；有人对计算机较感兴趣，就参加科普网页比赛；有人知识面广，就参加中小学“未来科学家”科技知识电视竞赛动手；能力强的同学就参加趣味实验的设计，让每一个学生都有施展自己才能的机会，实践证明，这样的科普活动同学的参与热情很高，几乎每人都能参加了适合自己的比赛项目。一些同学在实践中，得到了成功的喜悦，增强了自信心。为开展科技活动，我们在班委中增设了科技委员一职，让科技委员负责本班的科技活动，既锻炼了这些同学的能力，又使组织更加严密。而且通过他们的努力我们首届科技节参加有800多人次参加，占参赛对象的83%，受到了很好的效果。而且在整个过程中，我们还请同学做评委、展示会主持等，充分调动同学们的积极性，提供锻炼能力，施展才华的舞台，绝大多数学生都能在活动中受益，得到成就感，增强了同学们的自信心。
⑷通过科技活动，转化学习困难生。
一般来说，平时调皮，学习成绩差的学生，往往对科技创作特别感兴趣。对这样的学生我们要教育他们，知识是创作的源泉，是创作的基础，没有知识，创作犹如一潭死水，潭里的水用光了就没有了。只有不断地充实自己的知识。才有可能使这潭水变成一池活水，使之取之不尽，用之不竭。同时我们还要善于发现并利用他们爱好发明这一闪光点，将他们的作品介绍给同学，号召同学们学习他这种敢于创新的精神，让他们去感受成功的乐趣，并鼓励他们：“你的科技作品做得这么棒！老师相信你，只要你把这种刻苦钻研的精神用到学习上，你的学习成绩一定会提高的，下次老师就看你的成绩！”  
通过形式多样的科技教育，学生大胆提问，大胆实践，大胆创新，并战胜自我。特别是通过科技活动，学生的语言表达能力增强了，他们对身边的万事万物都有较浓的兴趣，很好的激发了他们强烈的进取心和求知欲。
四、反思与改进
        经过一年的实践，我们充分认识到提高学生科学素养的重要性，在机器人教育中提高科学素养的深刻内涵。回顾这一年的工作，我们发现我们的研究还不够深入，课题组成员的投入还不够，在开课和撰写论文上不是很积极，还有很多问题有待解决。
        机遇与挑战并存，只要我们做好积极研究，一定能在机器人教育中取得理论进展，为实施新课程做出自己的贡献。
            常州市第二十四中《在智能机器人教育中提高学生科学素养的研究》课题组