机器人教育对学生工程问题解决策略影响的研究
发布时间：2021-06-23 20:35
“问题解决”是21世纪技能之一,在机器人教育迅速发展的今天,培养学生的工程设计思维,帮助其运用工程设计方法解决现实生活中的问题也开始成为机器人教育的培养目标之一。本研究基于工程设计的理念和机器人教学模式,结合小学生命科学内容,设计开发了一套机器人课程,并开展实践教学,探究机器人教育对学生工程问题解决策略的影响。本研究利用图形可视化方法分析国内外机器人教育的研究趋势,总结相关研究的课程教学案例,以及学生工程问题解决的评估方法,基于理论的探讨与教学模式的总结开发机器人课程,并以综合活动课的形式在上海某小学实施,课时为17周,研究对象为上海地区某小学高年级的学生30人,使用混合研究方法,从量化和质性的角度收集并分析数据,分课程教学前、中、后三个阶段,评估学生工程问题解决策略的变化。研究结果发现:（1）本研究中,机器人教育有助于提高学生对工程设计过程的理解,学生随着课程学习的进行,可以写出更多的工程设计步骤,不同步骤间也形成越来越多的有效序列;（2）课程教学后,学生在设计、建构和评估工程设计问题解决方案时,其问题解决策略符合工程设计的逻辑,具有一定的系统性和迭代性,开始围绕问题和需求设计解决方...
【文章来源】：上海师范大学上海市
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１生命科学内容知识结构團［１７］??
上海师范大学硕士学位论文?文献综述??和测试，最终确定解决方案，但是，工程设计是一个迭代的过程，与前两个模??型不同的是，该模型将丈：程设计的迭代性体现在制定计划阶段和做出决定阶??段，需要学生反复的定义问题，制定计划，最终提出更好的解决方案ｔ??一??＾５?一??一??图４普渡犬学工程设计过程模型Ｍ］??关子工程设计模式，虽然不同学者有不同的观点，有研究将工程设计过程??分为８个步骤Ｍ，也有研究将其分为１０个步骤ｗ，－但是每个模型都体现了工??程设计过程的系统性和迭代性，关子工程设计的流程大致相同，包括：确定何??题、设计方案计划、测试和评价、再设计等几个基本步骤。??解决问题是技术和工程教育的核心部分，义务教育小学科学课程标准??（２０１７）有关技术和工程部分课程内容中明确指出，工程的关键是设计，教学??应该帮助学生建立以下概念，即运用技术进行设计、解决实际问题和制造产??品。由此看见，工程设计的最终ｇ的不仅仅是让学生设计产品，还需要学生在??此过程中，不断尝试，实践探究，寻找解决问题的最佳方案，培养问题解决的??思维和能力。??２．?２机器人教育??［４６］?Ｍｏｏｒｅ?Ｔ，?Ｇｕｚｅｙ?Ｓ，?Ｒｏｅｈｒｉｇ?Ｇ，?ｅｔ?ａｌ．?ＥｎｇｒＴＥＡＭＳ：?Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ?ｔｏ?ｔｒａｎｓｆｏｒｍ?ｔｈｅ?ｅｄｕｃａｔｉｏｎ?ｏｆ?ａｎａｌｙｓｉｓ，??ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，?ａｎｄ?ｓｃｉｅｎｃｅ?ｉｎ?ａ?ｔｅａｍ－ｂａｓｅｄ?ｔａｒｇｅｔｅｄ?ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ－ｓｃｉｅｎｃｅ?ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ＾］．?２０１２．??［４７］?Ｅｎｇｌｉｓｈ?Ｌ?Ｄ，?Ｋｉｎｇ?Ｄ，?Ｓｍｅｅｄ?Ｊ．?
上海师范大学硕士学位论文?文献综述??ＩｔＷ６Ｂ０１？４６Ｉ＞??２／ｄａｕ??ｌｅｒｉａ：Ｔｏｐ?５０?ｐｅｒ?ｓｌｉｃｅ，?ＬＲＦ＝３．０．ＬＢＹ？８．ｅ＝２．０??７４．７￡＝９＾？＊＾－０．６３３７，??ｅｄ：?Ｓ．ＯＸ??＾人工智能??人敦字／?＼??？择?Ｓ?Ｒ?木ｙ?ｙ?＼??ｙ／．ｆＡ器人ｉ赛?？机器人技术??．教育机器人??ｈｌ口?ｉ?．ｓｆｅａｍ教育??？１几器夢￥计??？?雜■?Ｖｅｘ机器人??图５?ａ内机器人教育研究关键词图谱??图中节惠，太小，表事壤关键的频次的歸彳氏＆丽标：集．參符的太小贝（１：表亦读美键??词中心性的强弱。通过进一＾？分析，我们发现，中小学机器人教育是厨内机器人??教育研究的热点，目前国内机器人教育正在不断地被引进中小学。随．着创客教育、??ＳＴＥＭ教育的不断兴起，机器人教育产生更多的发展思路。??（１）越来越多的研宄关注教育机器人在儐息技术教育、创客教育、创新教??育中的应用，致力于开展机器人教育教学模式研究。笼小根教授（２０１６）提出面??向创客教育的中小学机器人教学模型，包括：知识学习阶段、模仿阶段、创造阶??段、分享阶段，弁棊于该模型开展教学活动，发现面向创客教育的机器人教学模??式融合创客教育的理念，消除了机器人知识学习与机器人项目创新的界限，而且??带来了开放、多元的教学活动方式１％钟桕參教授从知识内容和物化成果两个维??度提出机器人教学模式的新分类，包括；实验模拟型教学、趣味交互型教学、科??学探究型教学和发明创造型教学１??（２）关注机器人教育与信息技术课程、校本课程的整合。电于１前机器人??课程无法作为一门单独的课程出现在中小学的课
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于科学素养的机器人教育与人才培养——访清华大学人工智能研究院院长张钹院士[J]. 王学男,林众,朱慧. 中国电化教育. 2019(06)
[2]机器人教育校本课程开发探究[J]. 蒙庆华,蓝日海,戴海清. 教学与管理. 2019(15)
[3]基于LSA的大学生批判性思维在线话语分析[J]. 冷静,黄旦. 中国电化教育. 2019(04)
[4]人工智能教育机器人支持下的新型“双师课堂”研究——兼论“人机协同”教学设计与未来展望[J]. 汪时冲,方海光,张鸽,马涛. 远程教育杂志. 2019(02)
[5]近十年国内外STEM教育研究的对比分析——基于内容分析法[J]. 曾宁,张宝辉,王群利. 现代远距离教育. 2018(05)
[6]工程设计:STEM课程整合的有效途径[J]. 杨玉琴,倪娟. 上海教育科研. 2017(10)
[7]中小学机器人教育的核心理论研究——论实验模拟型教学模式[J]. 李婷婷,钟柏昌. 电化教育研究. 2017(09)
[8]《2017年中国STEM教育白皮书》解读[J]. 王素. 现代教育. 2017(07)
[9]美国创客教育教材分析——以“Design and Discovery”为例[J]. 闫寒冰,单俊豪. 中国电化教育. 2017(05)
[10]运用研究性学习培养复杂工程问题解决能力[J]. 林健. 高等工程教育研究. 2017(02)
硕士论文
[1]机器人教育的知识图谱分析研究[D]. 徐多.渤海大学 2018
[2]基于STEAM理念的初中物理课程设计研究[D]. 史颜君.广西师范大学 2017
本文编号：3245613
【文章来源】：上海师范大学上海市
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１生命科学内容知识结构團［１７］??
上海师范大学硕士学位论文?文献综述??和测试，最终确定解决方案，但是，工程设计是一个迭代的过程，与前两个模??型不同的是，该模型将丈：程设计的迭代性体现在制定计划阶段和做出决定阶??段，需要学生反复的定义问题，制定计划，最终提出更好的解决方案ｔ??一??＾５?一??一??图４普渡犬学工程设计过程模型Ｍ］??关子工程设计模式，虽然不同学者有不同的观点，有研究将工程设计过程??分为８个步骤Ｍ，也有研究将其分为１０个步骤ｗ，－但是每个模型都体现了工??程设计过程的系统性和迭代性，关子工程设计的流程大致相同，包括：确定何??题、设计方案计划、测试和评价、再设计等几个基本步骤。??解决问题是技术和工程教育的核心部分，义务教育小学科学课程标准??（２０１７）有关技术和工程部分课程内容中明确指出，工程的关键是设计，教学??应该帮助学生建立以下概念，即运用技术进行设计、解决实际问题和制造产??品。由此看见，工程设计的最终ｇ的不仅仅是让学生设计产品，还需要学生在??此过程中，不断尝试，实践探究，寻找解决问题的最佳方案，培养问题解决的??思维和能力。??２．?２机器人教育??［４６］?Ｍｏｏｒｅ?Ｔ，?Ｇｕｚｅｙ?Ｓ，?Ｒｏｅｈｒｉｇ?Ｇ，?ｅｔ?ａｌ．?ＥｎｇｒＴＥＡＭＳ：?Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ?ｔｏ?ｔｒａｎｓｆｏｒｍ?ｔｈｅ?ｅｄｕｃａｔｉｏｎ?ｏｆ?ａｎａｌｙｓｉｓ，??ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，?ａｎｄ?ｓｃｉｅｎｃｅ?ｉｎ?ａ?ｔｅａｍ－ｂａｓｅｄ?ｔａｒｇｅｔｅｄ?ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ－ｓｃｉｅｎｃｅ?ｐａｒｔｎｅｒｓｈｉｐ＾］．?２０１２．??［４７］?Ｅｎｇｌｉｓｈ?Ｌ?Ｄ，?Ｋｉｎｇ?Ｄ，?Ｓｍｅｅｄ?Ｊ．?
上海师范大学硕士学位论文?文献综述??ＩｔＷ６Ｂ０１？４６Ｉ＞??２／ｄａｕ??ｌｅｒｉａ：Ｔｏｐ?５０?ｐｅｒ?ｓｌｉｃｅ，?ＬＲＦ＝３．０．ＬＢＹ？８．ｅ＝２．０??７４．７￡＝９＾？＊＾－０．６３３７，??ｅｄ：?Ｓ．ＯＸ??＾人工智能??人敦字／?＼??？择?Ｓ?Ｒ?木ｙ?ｙ?＼??ｙ／．ｆＡ器人ｉ赛?？机器人技术??．教育机器人??ｈｌ口?ｉ?．ｓｆｅａｍ教育??？１几器夢￥计??？?雜■?Ｖｅｘ机器人??图５?ａ内机器人教育研究关键词图谱??图中节惠，太小，表事壤关键的频次的歸彳氏＆丽标：集．參符的太小贝（１：表亦读美键??词中心性的强弱。通过进一＾？分析，我们发现，中小学机器人教育是厨内机器人??教育研究的热点，目前国内机器人教育正在不断地被引进中小学。随．着创客教育、??ＳＴＥＭ教育的不断兴起，机器人教育产生更多的发展思路。??（１）越来越多的研宄关注教育机器人在儐息技术教育、创客教育、创新教??育中的应用，致力于开展机器人教育教学模式研究。笼小根教授（２０１６）提出面??向创客教育的中小学机器人教学模型，包括：知识学习阶段、模仿阶段、创造阶??段、分享阶段，弁棊于该模型开展教学活动，发现面向创客教育的机器人教学模??式融合创客教育的理念，消除了机器人知识学习与机器人项目创新的界限，而且??带来了开放、多元的教学活动方式１％钟桕參教授从知识内容和物化成果两个维??度提出机器人教学模式的新分类，包括；实验模拟型教学、趣味交互型教学、科??学探究型教学和发明创造型教学１??（２）关注机器人教育与信息技术课程、校本课程的整合。电于１前机器人??课程无法作为一门单独的课程出现在中小学的课
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于科学素养的机器人教育与人才培养——访清华大学人工智能研究院院长张钹院士[J]. 王学男,林众,朱慧. 中国电化教育. 2019(06)
[2]机器人教育校本课程开发探究[J]. 蒙庆华,蓝日海,戴海清. 教学与管理. 2019(15)
[3]基于LSA的大学生批判性思维在线话语分析[J]. 冷静,黄旦. 中国电化教育. 2019(04)
[4]人工智能教育机器人支持下的新型“双师课堂”研究——兼论“人机协同”教学设计与未来展望[J]. 汪时冲,方海光,张鸽,马涛. 远程教育杂志. 2019(02)
[5]近十年国内外STEM教育研究的对比分析——基于内容分析法[J]. 曾宁,张宝辉,王群利. 现代远距离教育. 2018(05)
[6]工程设计:STEM课程整合的有效途径[J]. 杨玉琴,倪娟. 上海教育科研. 2017(10)
[7]中小学机器人教育的核心理论研究——论实验模拟型教学模式[J]. 李婷婷,钟柏昌. 电化教育研究. 2017(09)
[8]《2017年中国STEM教育白皮书》解读[J]. 王素. 现代教育. 2017(07)
[9]美国创客教育教材分析——以“Design and Discovery”为例[J]. 闫寒冰,单俊豪. 中国电化教育. 2017(05)
[10]运用研究性学习培养复杂工程问题解决能力[J]. 林健. 高等工程教育研究. 2017(02)
硕士论文
[1]机器人教育的知识图谱分析研究[D]. 徐多.渤海大学 2018
[2]基于STEAM理念的初中物理课程设计研究[D]. 史颜君.广西师范大学 2017
本文编号：3245613
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