中小學空中機械人創客教育計畫

2021-03-04 04:09:46 字數 3844 閱讀 2876

一、中小學空中機械人創客教育活動意義分析

1. 空中機械人創客教育可以鍛鍊學生實踐動手能力

學生親手拆解、組裝機械零件、聯通導線、安裝部件等活動鍛鍊學生的手指靈活性,刺激大腦的發展。可以為培養未來的能工巧匠打下基礎。此外空中機械人需要編寫控制**,分析解決實際中的問題,這能培養學生計算機操作能力。

同時學生能夠掌握更多的知識、方法,逐漸的培養對科學技術的興趣。

2. 空中機械人創客教育可以培養學生克服困難的能力

空中機械人綜合了資訊科技、各種感測器、機械、電子、控制等多個學科知識。拼接一台空中機械人對學生來說是個巨大的挑戰,學生通過查閱各種空中機械人知識、克服組裝空中機械人中的各種問題。這將能有效的培養學生克服問題,越挫越勇的能力。

3. 空中機械人創客教育可以培養學生團隊工作能力

目前多種整合計算機語言、通訊、網路、感測技術、自動化技術、人工智慧一體的空中機械人出現,需要學生之間通力配合才能解決問題,如何發揮團隊作用、如何體現個體價值,能充分的在空中機械人創新中體現。

4. 空中機械人創客教育可以培養學生創新的能力

空中機械人創新活動,學生提供了全面接觸、學習資訊科技,理解資訊科技內涵的智慧型化學習平台,有利於中小學生資訊素養、想象力、創造力的全面提高。空中機械人完全靠學生運用自己的聰明才智去製作,有利於培養學生的開放性思維。

二、中小學空中機械人發展趨勢與現狀

目前國家通過舉辦各類機械人比賽,來刺激我國的中小學生開展機械人創新活動。空中機械人教育引入中小學,不僅有利於資訊科技教育的發展;有利於探索教育改革和人才培養的新途徑、新方法;有利於高素質人才的培養;同時將推動我國智慧型空中機械人知識和技術的普及;促進我國智慧型空中機械人事業的發展和專業人才的培養;促使新興的智慧型空中機械人產業的形成。可以說,智慧型空中機械人教育為實施素質教育提供了乙個可操作性的實踐平台。

中小學機械人教育活動原來主要在少年宮、創新班裡進行,隨著空中機械人結束的發展,無人機創客教育有望逐步發展到學校和課堂,而專業化的創客空間教育機構可以成為空中機械人創新教育的重要組成部分。

現代資訊社會,中小學空中機械人教育的需求越來迫切。因為空中機械人技術門檻較高,所以中小學開展空中機械人教學需要較多的技術支援,眾創空間作為產學研的基地,非常適合為中小學空中機械人培訓提供技術支援的扮演這一角色。雲投小鎮作為科技企業孵化器,入駐孵化企業中具有專業研發生產無人機系統的團隊,具有豐富的開發經驗。

另外,雲投小鎮具備完善的場地、硬體等基礎設施,相信雲投小鎮可以為中小學空中機械人創客教育提供各種條件和資源。

三、環境設計

乙個具有完善功能的空中機械人實驗室由以下六大主要功能區構成:

(1)教學區——進行空中機械人日常教學活動

(2)活動區——空中機械人活動的專用場地,及學生測試空中機械人的空間

(3)組裝區——提供專用課桌和工具,搭建和改裝空中機械人

(4)展示區——展示各種各樣的空中機械人,以及學生自己創作的科技創新作品

(5)儲物區——存放空中機械人及其相關裝置

四、空中機械人的組成

空中機械人主要由動力系統、飛行控制系統、通訊系統、機身、地面控制等子系統組成,各個子系統又由若干個功能部件組成。

五、空中機械人課程開展的方式

1. 課程研究的內容

開設智慧型空中機械人課程,借鑑建構主義理論和多元智慧型理論,研究和探索智慧型空中機械人課程在基礎教育中的教學模式和教育價值。

2. 智慧型空中機械人課程的教學目標

我們將智慧型空中機械人課程的具體教學目標初步定位為:

(1)知識方面:

使學生了解智慧型空中機械人這個學術前沿領域的發展和應用狀況,了解智慧型空中機械人的概念和工作原理,提高對空中機械人的認識,為進一步學習空中機械人的有關知識打下基礎。

(2)能力方面:

① 使學生了解智慧型空中機械人的各種感測器、控制系統及動力裝置的作用。理解體會程式是智慧型空中機械人的靈魂,了解空中機械人是怎樣在程式的自動控制或者人的指揮下工作的。

② 使學生學習一種和空中機械人自動控制相關的計算機程式語言,通過對空中機械人自動控制演算法的了解來訓練科學而高效的思維方式,提高邏輯思維能力、規劃能力,提高學生分析問題和解決問題的能力。

③ 通過模擬及實戰專案的完成,在組裝與操控空中機械人的過程中培養學生的動手能力、協作能力和創造能力。

(3)情感方面:

① 通過介紹高科技領域學科發展前沿和我國空中機器的先進技術培養學生的愛國主義精神、科學精神、頑強拼搏精神,激勵中學生確立正確的世界觀、人生觀和價值觀。

② 培養對人工智慧技術的興趣,真正認識到智慧型空中機械人對社會進步與經濟發展的作用,積極參加空中機械人設計比賽、空中機械人競技比賽等各種課外活動。在競賽活動中培養學生的創新意識、團隊意識和競爭意識。

3. 智慧型空中機械人課程的教學內容

將智慧型空中機械人內容的教學納入到創客教育課程中,使其成為具有特色的創新課程。智慧型空中機械人課程的知識結構可由下列四個模組組成:

模組一空中機械人概況

包括:空中機械人概念、空中機械人原理、空中機械人歷史、空中機械人與人、空中機械人與社會等內容。

模組二空中機械人程式設計

包括:python、vbasic等程式語言及程式設計平台的使用,能面向問題進行程式設計設計,了解空中機械人程式控制的原理。

模組三空中機械人硬體

了解空中機械人的硬體結構體系,重點了解其機械結構、驅動系統、控制系統、感覺系統、通訊系統的原理與結構,學會空中機械人的模組化組裝、控制與維護方法。

模組四空中機械人應用

了解空中機械人的功能、應用領域、應用方法與效能,了解空中機械人或其他智慧型機器的操作、使用與維護方法。能在各種空中機械人知識與能力競賽中,創造性地綜合運用所學知識。

4. 智慧型空中機械人課程的教學模式

按照普及與提高相結合的原則,我們將智慧型空中機械人課程的教學模式分為三種:一是專門課程模式,二是學科整合模式,三是興趣小組模式。

專門課程模式:作為資訊科技課程的選修課,在教學計畫與課程安排中有「智慧型空中機械人」的專門課程,每月按課表開展有關空中機械人的課堂教學活動。

學科整合模式:學科整合模式是指將空中機械人教學內容整合到其他課程的教學中。由於智慧型空中機械人技術融合了造型技術、機械、電子、感測器、計算機軟體、硬體和人工智慧等眾多先進技術,充分地體現了當代高新技術多個領域的先進水平。

因此在中學數理學科的各種研究性學習中,都可以與智慧型空中機械人技術開展整合,將智慧型空中機械人技術有機地融入這些學科的教學中。

興趣小組模式:根據興趣,吸納數理邏輯強、創新意識強、動手能力強的學生5-10人組成智慧型空中機械人興趣課外活動小組,培養才幹,發揮特長,作為學校代表隊,參加各級各類空中機械人競賽活動。學生在活動過程中,能夠始終感受著失敗的遺憾和成功的喜悅,從而樹立成就感和自信心,發展良好的個性心理素質;同時,小組成員回到本班以後,又能成為「小老師」,幫助其他同學,進而全面提公升智慧型空中機械人學科教學的整體水平。

六、階段目標評價

第一階段:

主要以教學為主,以班級或自願報名的形式,組成空中機械人實驗室空中機械人主要使用**實驗平台來進行系統教學。這個階段的標誌性價值:開發出試用於教學的教材,開設空中機械人公開課,邀請市教育系統和其他學校老師觀摩,並在地區進行推廣。

第二階段:

啟動以比賽為主的專案小組,由老師挑選在第一階段學習中成績突出的學生,分小組準備教育部、科協、人工智慧協會等舉辦的國際、國內的各模擬賽。在這個階段,空中機械人要進行大量的擴充套件、外形改造、空中機械人活動場地製作、比賽規則培訓等。

階段標誌性價值:全面投入各模擬賽專案,為學校爭取榮譽

第三階段:

啟動以開發研究為主的實驗室系統,由老師和骨幹學生組成研究小組,在空中機械人實用功能開發、空中機械人通訊、空中機械人群體社會性研究、空中機械人視覺、語音開發等專案上做系統開發。階段標誌性價值:爭取每年有1-2個開發成果,可以參加創新大賽或申請專利。

以上階段相互巢狀、互為依託、按照學校的實際情況確定實驗室方向。

七、雲投小鎮的義務

選拔1-2位教師從事空中機械人教學與科技活動。

提供空中機械人教學與活動的場所。

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