论虚拟机器人在中学社团中的实践探究.docx

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1、论虚拟机器人在中学社团中的实践探究章淼江阴市要塞中学214432摘要：随着新技术的不断发展，机器人技术越来越多的渗透到各个领域。机器人教育走进课堂也随着国家基础教育新课程改革的不断深入实施，有了较快发展。江苏省义务教育信息技术课程指导纲要（2013年修订版）课程内容加入了拓展模块I1机器人，为了更好的开展拓展模块的教学，我校基于3D仿真机器人软件开展了虚拟机器人的校本课程的社团教学。本文分析了机器人教育的发展现状，描述了开展虚拟机器人课程的原因。同时对虚拟机器课程教育进行了实践探究。关键字：虚拟机器人社团教学实践探究一、机器人教育的发展现状近年来，随着技术的发展，根据国家基础教育新课程改革的不

2、断深入实施，我国在机器人教育方面也有着突飞猛进的发展。特别是国家中长期教育改革和发展纲要（2010-2023）将培养学生的创新能力提升到了国家战略的高度，为中小学机器人教育的普及提到了新的契机。这些年提出的创课教育课程其实也就是围绕机器人的设计与创作开展的。运用steam理论开展机器人教育教学也给机器人教育提供了新的发展平台。就笔者所在的江苏省而已，在江苏省义务教育信息技术课程指导纲要（2013年修订版）课程内容中，机器人已被列入拓展模块H中，机器人教育已经进入课堂。此外，全国各地的机器人竞赛蓬勃开展，竞赛内容不断完善，参加的人数不断增多，规模不断扩大，影响力也在逐步提过。从技术的综合性、先进

3、性、自主体验性和兴趣激发等方面都能有极大的收获，能实现极大的教育价值。二、开设虚拟机器人校本课程的原因1、实物机器人的瓶颈当前从实物机器人课堂教学的开展情况来看，大多数学校只是以兴趣小组、社团的形式开展机器人教学。通常的做法，是由学校购买若干套机器人器材，由信息技术教师进行指导，组织学生进行机器人搭建、编程等实践活动，然后参加一些相关的机器人竞赛。笔者所在的学校也早在2001年就开展了机器人社团教育，而竞赛导向的教学模式也是我校机器人教育采用的方式。虽然我校多次在国内外教育机器人竞赛中取得可观的成绩，但这种模式的机器人教育却也存在着很大不足。反思当前机器人教育不能普及化的问题，不难发现经费是症

4、结所在。学校没有足够的财力购买大量的实物机器人普及教学。虽然学校购买了实物机器人，但数量有限，只是用于参加比赛的学生。实物机器人的价格、后期的升级、维护、场地、工作环境等都制约着实物机器人教学的长期发展。就教育价值而言，这种高投入、低收益的教育模式，不符合普及教育的需要，甚至成为机器人教育的拦路虎。2、虚拟机器人的优势虚拟机器人将智能机器人虚拟化，摆脱了实物机器人硬件要求和场地环境的限制。利用仿真软件开展智能机器人课堂教学，学生只需在电脑上模拟搭建、编程、测试甚至可以实现竞赛。降低了学习机器人的成本，让更多的学生有机会学习机器人，受益于机器人教育。充分发挥学生的想象力、创造力，有利于培养学生的

5、开放性思维。三、以萝卜圈3D为载体的虚拟机器人课堂实践2018年，在江苏省青少年科技竞赛培训中，虚拟机器人的项目让笔者眼前一亮。在培训中，笔者在萝卜圈3D仿真平台中看到了普及机器人教育的前景。通过虚拟现实技术，将机器人设计的各个应用细节进行高度的三维仿真，实现三维世界里的任务场景设计、智能体构建、行为设计、运动模拟和组织评价等。同一年，笔者就采用萝卜圈3D机器人软件为机器人教学软件，开展了机器人教学的相关实践探究。萝卜圈3D仿真虚拟机器人平台是基于网络互动的模式，以强大的物理引擎作为技术支撑，以机器人为载体的科技创新平台。它对资金、环境的要求不高，只要有网络的地方都能使用。在此平台内，学生只要

6、有账号，就可以完成实物机器人绝大部分的功能，且拥有实物机器人所不具备的零件永不磨灭的优势。在机器人教学中，学生针对活动主题进行研究、策划、设计、搭建和测试。1、虚实融合，开启虚拟机器人课堂之门俗话说“良好的开端是成功的一半”。在开展第一次课之前，笔者先针对本校初中学生对“是否接触过机器人和虚拟机器人”做了个初步调查，调查显示，只有少数学生在小学接触过实体机器人，几乎没有学生接触过虚拟机器人。由此看来，大多数学生对机器人课堂是陌生又新鲜的。如果仅仅是根据平台来讲传感器、电机等安装模块，让学生利用三维仿真空间搭建机器人，对于初学者是有些生硬和难理解的。由于学校之前参加过实体机器人竞赛活动，笔者找出

7、几个竞赛的实物机器人带入了课堂，开始了虚拟机器人的实践，对照实物机器人来讲解平台内的各个安装模块。这种虚实结合的初体验，增加了初次接触虚拟机器人的学生的浓厚兴趣，为以后更好地开展虚拟机器人课堂创造了良好的开端。在以后的实践中，笔者还多次利用实体机器人来解决学生在3d环境中无法理解的环节，譬如在进行搭建安装模块的时候，搭建模型时，有的同学对立体概念比较弱，模块安装的时候常会搞，笔者就把实体机器人进行了分解和安装，然后在平台内进行了三维的演示。2、利用“认务驱动”，鼓励“使用-修改-创作”的教学模式在3D仿真虚拟机器人教学中，大部分任务都具有很强的目标导向性，在虚拟环境中，学生要完成搭建机器人一编

8、写程序一模拟仿真三个阶段。笔者在实施时采用“使用一修改一创作”的方法。使用阶段，学生在这个时期主要是了解平台的基本使用操作，包括技术的操作界面、工具、已有作品等。笔者首先让学生登录虚拟机器人平台，了解平台的两种模式，在线模式和本地模式；其次了解“构建场景、构建机器人、编写程序、开始仿真、资源管理”五个模块中的具体菜单和工具操作技能；最后通过“资源管理”模块导入已有的作品的相关场景、机器人和程序等资源，利用“开始仿真”模块实现体验机器人完成任务的完整过程。修改阶段，当对平台个模块熟知后。教师给出任务后，还提供了任务的作品。学生先导入教师提供的机器人和程序，尝试修改机器人或程序，完善已有的创作。这

9、个阶段，学生可以使用不同的程序来实现不同的结果，为今后自身的创作打下基础。以学生完成“弯道王”项目为例，教师先提供了可以完成特定场景的装有一个灰度传感器的机器人和程序（如图1、图2）,学生模拟后发现，虽然机器人能到达终点，但时间慢完成度低。这个时候，教师就给出任务“怎样才能使机器人快速的到达地点”学生一开始不断的修改程序中的数值，数值越快，机器人走的越快，但也是由于走得太快传感器来不及识别而是机器人中途翻车无法达到终点。经过教师的指点，可以再安装一个或两个灰度传感器的机器人和程序（如图3、图4）,让机器人能更敏锐的识别出跑道的的特征。学生开始修改机器人，给机器人重新安装传感器，机器人安装模块的

10、变化势必会使得程序发生改变。教师就趁此机会在程序中引入新出if语句的嵌套的知识点。让学生尝试重新修改程序设计。最后不断调整测试，以最优的成绩任务。图3：再加两个传感器图4：修改后的程序创作阶段，经过多堂课的练习和模拟，学生已有了搭建机器人和编写程序的能力，可以自己尝试创作一个独特的作品。例如在“穿越浮桥”项目中，学生在基本机器人的基础上，发挥自己的想象，设计搭建出智能的飞行器机器人来完成任务。3、以赛促练，推动虚拟机器人课堂的开展笔者所在学校是一所科技特色学校，每年的5月都会开展校园科技节活动。在以往的科技节中，机器人项目的比赛由于实体机器人的局限性，只能少数人参与。虚拟机器人的引进，带给更多

11、的学生参与竞赛的机会，教师只需在课堂上布置竞赛任务，学生即可参与，平台自动会生成得分。在这种模式下，学生的竞争性和积极性被激发，从而推动了虚拟机器人课堂的开展。这两年，笔者也会从班级竞赛和校内竞赛中挑选出取得较好成绩的同学参加省市内举办的机器人竞赛，获得较好成绩，笔者本人也两次被评为优秀辅导员。四、总结语在这个平台内，既有仿真机器人的结构搭建，又有机器人的程序设计，还能在仿真环境下进行真实调试模拟。软件能够引起学生兴趣，符合学生认知特点，培养学生实践能力，激发学生的思维创新能力。引导更多的学生关注科技、热爱科技、走进科技！参考文献：钟柏昌，谢作如，刘彦芳.“机器人教育”离课堂还有多远J.中国信息技术教育，2016(09).2王悦钢.借3D仿真平台培养中学生思维的灵活性一以第十届浙江省It少年虚拟机器人竞赛项目为例J中国教育技术装备，2013(02).筒子洋.3D仿真虚拟机器人课堂教学策略研究J中国教育技术装备，2012(09).4萝卜圈机器人官方网站.