初中开展虚拟机器人教学的意义探索

随着科学技术的发展，特别是人工智能与机器人的结合，机器人不再局限于工业应用和研究所内，它已经进入教育领域。国内外教育专家指出，利用机器人来开展实践学习，不仅有利于学生理解科学、工程学和技术等领域的抽象概念，更有利于培养学生的创新能力、综合设计能力和动手实践能力。

机器人作为一种新兴的教学载体，整合了数学、物理、信息技术、通用技术、科学探究等内容的整合体。《中小学机器人课程指导纲要》明确了初中阶段学生学习机器人的具体内容：1.机器人的结构、驱动系统、控制系统、感知系统、决策系统等的功能与原理；2.控制系统、感知系统、驱动系统执行系统等设计与组装；3.机器人执行的算法与程序；4.综合测试与调整。

目前有关机器人的教学，很多都是基于实物机器人，由于实物机器人高额的投资和场地限制，很多关于机器人的教学都是以兴趣小组的形式存在，其目标也是为参加比赛获奖为终极目标，很难实现机器人教育的大众化。

相对而言，虚拟机器人平台则具有很大的普及优势，虚拟机器人平台只需要一台普通配置的电脑，以软件形式展示在人们面前，虚拟机器人价格低，而且有些虚拟机器人平台是开源的，可以免费安装使用；安装所需要的电脑配置也不高，一般的计算机都可安装。

正是因为虚拟机器人其纯软件环境，投人及维护费用低，利于推广普及教育，我校很早就对虚拟机器人进行了课程推广学习，一开始我们使用的是纳英特的免费虚拟机器人，在全体学生浓郁的参与兴趣下，我校于2011年购买了杭州萝卜圈的iRobotQ 3D机器人在线仿真平台，该仿真平台是全球首款基于物理引擎及网络互动模式设计，以机器人及智能控制技术为载体的科技创新平台，平台通过先进的3D虚拟技术对机器人应用的各个环节进行高度的3D模拟，对解决机器人活动发展中的各种问题作用重大，而基于网络互动的应用模式将彻底摆脱单机应用方式的后继乏力问题，可以有效建立起一个可持续发展的、充满乐趣的区域信息技术教学及科技创新应用环境。

通过2年时间的虚拟机器人推广学习，我们觉得初中开展虚拟机器人教学有其很大的意义：

一、为信息技术教肓和通用技术教育注入了新的活力

初中阶段的信息技术课程主要的学习内容很多还是停留在windows系统和几个常用的软件，机器人课程是信息技术发展的前沿领域，是一门具有高度综合渗透性、创新实践性的学科，蕴涵着极其丰富的教育资源，《中小学机器人课程指导纲要》初中阶段对学生的指导能让学生整体感受这一课程。同时，虚拟机器人也集成了数学、物理、软件、虚拟现实、人工智能等多领域的科学与技术知识，集成了许多领域的先进技术，它在应用中所体现出来的技术的综合性、先进性、自我更新性、自主体验性、兴趣激发性都表明了潜在的重大技术教育价值。例如，IROBOTQ虚拟机器人可以充分利用电脑资源来体现学生在信息技术课堂想象能力来制作各种创意机器人，让机器人动的过程中学会原来枯燥乏味的编程。为当前中小学的通用技术教育和信息技术教育提供了全新装备。

二、为学生提供科技教育平台，促进学生学习方式的转变和个性化学习的发展

新课程 “以学生发展为本”为基本理念，倡导学习方式的多样化。IROBOTQ虚拟机器人学习平台能让全体学生参与机器人教育，倡导学生主动参与、乐于研究、勤于动手的体验式学习，改变了过去过于强调接受学习、死记硬背的现状。学生在学习过程中根据教学内容的不同，在IROBOTQ虚拟机器人平台上以独立或小组合作学习，相互交流，体现出更多的主动性、独立性、体验性和问题意识。在IROBOTQ虚拟机器人平台环境中，学生可以按照自己的想法任意装配机器人，设计的机器人可以完全不一样，同时在执行环境，机器人解决问題的方法不拘一格，改变了以往答案唯一，限制学生想象力发展的局限，可以充分激发学生的非逻辑思维能力，无限地发挥学生的想象力和创造力，这一点在近2年的全国NOC竞赛中显现无疑。

（1）虚拟机器人学习能加强学生实践能力的培养

_FreeEnd_

学生参与智能机器人学习的过程，更多地表现为一种创造过程。在这个过程中，学生要完成一项项任务，解决一个个技术难题，要积极地想象、怀疑和批判。

IROBOTQ提供了丰富的场景，场景定义了一个起点和终点，机器人要做的就是从起点到达终点，在这个过程中，学生需要自己动手创建自己的机器人，自己动手编写能让机器人到达终点的程序，并且动手解决在运动过程中的问题。

（2）虚拟机器人学习能加强提高学生交流和表达能力

虚拟机器人课程通过具体的技术实践使学生理解科学、技术对社会发展和人类生活的意义和作用，在IROBOTQ虚拟机器人平台的学习过程中，学生可以通过相互观察制作的机器人，学习别人编写的程序，如“漫游金字塔”任务，机器人可以用2个灰度传感器，也可以用2个距离传感器，可以使用单边距离检查的程序，也可以使用双边距离检测的程序，通过相互交流，提高学生的交流和表达能力。

（3）虚拟机器人学习能促进学生的终身学习

虚拟机器人课程的学习方式是丰富多样的，有个人的独立操作学习，小组合作学习，观察学习，体验学习，设计学习，网络学习等等。虚拟机器人不仅是学习内容，而且是学习工具。虚拟机器人课程有利于学生把科学技术的实际应用水平，有利于学生学习方式的改变，有利于学生的终身学习和终身发展。

我们将IROBOTQ虚拟机器人的平台配置成内外网模式，学生只要有可以上网的电脑，在任何地方都可以通过网络连接到学校的服务器平台，实现虚拟机器人的任务学习制作。

三、有利于促进机器人教育的推广发展

促进机器人教育的推广发展是一个很大的教育课题，我们使用IROBOTQ虚拟机器人来进行教学，某种意义上也是促进推广发展的一股小力量。随着机器人价值在未來工业生产和日常生活中作用的日益凸显，国内外相关部门纷纷开始关注机器人教育。虚拟机器人作为一种纯软件环境，具有不受实体机器人的硬件、场地限制等一系列突破学校经费限制的优势，便于大范闽教学的开展和管理。虚拟机器人竞赛的开展为虚拟机器人进入课堂教学提供了外部助推力，将不断完善和创新当前的机器人教育。

 

 

 

 

 

1. 艾伦.  对中小学机器人教学定位的思考，[J] .装备前沿，2009（24）

2. 张国民，张剑平，我国基本教育中机器人教育的现状与对策研究，[J] .当代教育技术，2008（5）

3. 中小学机器人课程指导纲要（征求意见稿）

4. 王益  虚拟机器人：机器人教育的新载体  浙江师范大学教育技术系