虛擬機(jī)器人在中學(xué)教育中的應(yīng)用研究

熊祥成 李思瑤

摘 要 隨著我國(guó)教育事業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步，教育改革成為了我國(guó)教育事業(yè)發(fā)展的重要內(nèi)容，而將科技普及到教育事業(yè)中也成為了國(guó)家教育事業(yè)以及科普工作的主要方向之一，在這方面，虛擬機(jī)器人就是一個(gè)很好的方向，將虛擬機(jī)器人更好的應(yīng)用在中學(xué)教育中，針對(duì)中學(xué)信息技術(shù)課程中的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)，使虛擬機(jī)器人在教學(xué)中可以起到應(yīng)有的效果，更好的發(fā)揮機(jī)器人教育的效果與作用，提高學(xué)生對(duì)于科技的興趣，為中學(xué)教育事業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步提供一個(gè)更加新穎的視角與方向。因此，本文針對(duì)虛擬機(jī)器人在中學(xué)教育中的應(yīng)用進(jìn)行研究，著重從虛擬機(jī)器人的教育價(jià)值與應(yīng)用兩個(gè)方面進(jìn)行探究，旨在為機(jī)器人教育的發(fā)展與完善提供助力。

關(guān)鍵詞 虛擬機(jī)器人；中學(xué)教育；信息技術(shù)；科技普及

中圖分類號(hào) TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2019）234-0116-02

機(jī)器人教育的理念與概念在我國(guó)已經(jīng)所嘗試與實(shí)踐，在許多發(fā)達(dá)地區(qū)的中學(xué)教育工作中，應(yīng)用機(jī)器人教育融入到中學(xué)教育中的體系與模式已經(jīng)較為完善，但是在我國(guó)的部分科技欠發(fā)達(dá)地區(qū)如內(nèi)蒙古等在信息技術(shù)教育方面并沒有開展機(jī)器人教育工作。但是隨著科技的發(fā)展與進(jìn)步，虛擬機(jī)器人已經(jīng)逐漸取代了機(jī)器人的大部分功能，并且可以有效地減少經(jīng)費(fèi)的支出與成本的消耗，因此，將虛擬機(jī)器人應(yīng)用在中學(xué)教育工作中可以有效地減少成本的支出與消費(fèi)，同時(shí)可以達(dá)到更好的科普效果，提高中學(xué)教育的質(zhì)量，豐富中學(xué)教育內(nèi)容，是我國(guó)教育事業(yè)體系完善發(fā)展的重要方向之一。

1 虛擬機(jī)器人技術(shù)的相關(guān)理論概況

虛擬機(jī)器人主要是基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的一種技術(shù)，由于該技術(shù)的智能化發(fā)展及功能的豐富，可以應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域中。與傳統(tǒng)的實(shí)體機(jī)器人不同，虛擬機(jī)器人所需要消耗的成本較小，機(jī)器人的整體部件、設(shè)備等都是虛擬構(gòu)成的，在實(shí)際運(yùn)作的過(guò)程中也是基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開展的，因此如果用戶存在需求時(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以構(gòu)建起虛擬實(shí)驗(yàn)室、虛擬實(shí)訓(xùn)基地等。將這種技術(shù)應(yīng)用在教學(xué)過(guò)程中可以有效地發(fā)揮虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特點(diǎn)與作用，進(jìn)而起到完善教學(xué)體系普及科學(xué)技術(shù)知識(shí)的作用，應(yīng)用在中學(xué)教學(xué)中可以更好的創(chuàng)造出新的教育模式，通過(guò)虛擬與現(xiàn)實(shí)相結(jié)合，優(yōu)化教學(xué)模式。

2 教育改革背景下的中學(xué)機(jī)器人教育

現(xiàn)階段，將虛擬機(jī)器人應(yīng)用在教學(xué)工作中不僅僅是一個(gè)設(shè)想，而且是我國(guó)新課標(biāo)初中信息技術(shù)課程綱要中的重要內(nèi)容，明確了要將機(jī)器人教育內(nèi)容與中學(xué)信息技術(shù)課程相融合，有效的開展虛擬機(jī)器人的教育教學(xué)工作，進(jìn)而從學(xué)生開始加強(qiáng)科普力量，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力與動(dòng)手能力。另外，在內(nèi)蒙古等科技普及欠發(fā)達(dá)地區(qū)開展虛擬機(jī)器人教育工作更是順應(yīng)我國(guó)科技普及發(fā)展的重要目標(biāo)內(nèi)容，也是帶動(dòng)當(dāng)?shù)亟逃齽?chuàng)新與教育改革的有效途徑。

3 虛擬機(jī)器人的教育價(jià)值分析

3.1 有利于促進(jìn)機(jī)器人教育的推廣與發(fā)展

虛擬機(jī)器人平臺(tái)使得面向大眾的機(jī)器人教學(xué)成為可能。目前我國(guó)較為流行的虛擬機(jī)器人平臺(tái)主要有NSTRSS、中鳴3D仿真平臺(tái)、LDD平臺(tái)以及iRobotQ3D機(jī)器人在線仿真平臺(tái)四個(gè)。這四個(gè)平臺(tái)可以有效地為教育教學(xué)提供大量的素材與源代碼，進(jìn)而幫助學(xué)生開展訓(xùn)練和學(xué)習(xí)，有效地解決了實(shí)體機(jī)器人教育工作難以開展的難題。比如在內(nèi)蒙古地區(qū)，許多學(xué)校就開展了虛擬機(jī)器人教育工作，進(jìn)而有效的填補(bǔ)了機(jī)器人教育的空白，更好地實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人科技的普及，同時(shí)節(jié)省了成本，完善并創(chuàng)新了教育模式。

3.2 有利于轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，發(fā)展學(xué)生的個(gè)性

在對(duì)內(nèi)蒙古開展虛擬機(jī)器人教育的學(xué)校進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，這部分學(xué)校在開展機(jī)器人教育后，許多學(xué)生表現(xiàn)出了非常高的興趣，進(jìn)而有效的轉(zhuǎn)變了學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，使學(xué)生更近距離的接觸科技，提高了學(xué)生在學(xué)習(xí)中的思維能力與動(dòng)腦能力。部分學(xué)校開展了小組學(xué)習(xí)與網(wǎng)絡(luò)在線學(xué)習(xí)等多種形式，根據(jù)學(xué)生的需求開展了機(jī)器人教育工作，充分發(fā)展了學(xué)生的個(gè)性。另外，有些學(xué)校還開展了虛擬機(jī)器人設(shè)計(jì)大賽等競(jìng)賽形式，學(xué)生踴躍參與到機(jī)器人設(shè)計(jì)工作中，展示了自己的個(gè)性，同時(shí)發(fā)揮了想象力與創(chuàng)造力，達(dá)到了應(yīng)用機(jī)器人的原始目標(biāo)。

3.3 有利于學(xué)生培養(yǎng)邏輯思維能力和解決問(wèn)題的能力

另外，在將虛擬機(jī)器人應(yīng)用在中學(xué)教育中時(shí)，學(xué)生的邏輯思維能力與解決問(wèn)題的能力也得到了提高與發(fā)展，更多的教學(xué)素材與教學(xué)方向被挖掘出來(lái)，學(xué)生通過(guò)機(jī)器人學(xué)習(xí)更好的掌握了基礎(chǔ)的科技知識(shí)，循序漸進(jìn)，有效的激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造力與想象力，為學(xué)生的未來(lái)發(fā)展提供更多的可能。

4 虛擬機(jī)器人在中學(xué)教育中的應(yīng)用策略研究

結(jié)合內(nèi)蒙古部分中學(xué)的實(shí)際情況，在開展虛擬機(jī)器人教學(xué)的實(shí)踐時(shí)應(yīng)當(dāng)針對(duì)學(xué)生的接受能力進(jìn)行有效開展，因此，本文有針對(duì)性的進(jìn)行對(duì)虛擬機(jī)器人在中學(xué)教育中的應(yīng)用策略進(jìn)行研究探討。

4.1 明確學(xué)生的主體地位，實(shí)施分組教學(xué)的策略

在開展機(jī)器人教育工作時(shí)，教師應(yīng)當(dāng)明確機(jī)器人教學(xué)的目標(biāo)，針對(duì)目標(biāo)設(shè)計(jì)課程內(nèi)容與學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)習(xí)任務(wù)與目標(biāo)的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)充分符合學(xué)生的接受能力與理解能力。比如說(shuō)內(nèi)蒙古包鋼第12小學(xué)在引用機(jī)器人教學(xué)時(shí)就針對(duì)低年級(jí)與高年級(jí)學(xué)生理解能力與思維能力的不同開展了差異性的課程任務(wù)設(shè)計(jì)。另外在教學(xué)過(guò)程中教師可以將學(xué)生分組，根據(jù)學(xué)生對(duì)于機(jī)器人理論知識(shí)的理解分成若干個(gè)組，更好的發(fā)掘?qū)W生的潛力。

4.2 立足信息技術(shù)課堂，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新能力與動(dòng)手能力

在引用機(jī)器人教育工作時(shí)，學(xué)?？梢粤⒆闩c信息技術(shù)課程中，內(nèi)蒙古包頭昆區(qū)第五中開展了相關(guān)的信息技術(shù)教學(xué)工作，將信息技術(shù)課程與虛擬機(jī)器人教學(xué)相結(jié)合。在將機(jī)器人教學(xué)引入到信息技術(shù)課程中時(shí)，教師針對(duì)機(jī)器人的工作原理與編程內(nèi)容等進(jìn)行教學(xué)，使學(xué)生更加系統(tǒng)的接觸并了解機(jī)器人的相關(guān)知識(shí)理論。

4.3 開拓多元化視野，融合各學(xué)科知識(shí)

虛擬機(jī)器人技術(shù)不僅應(yīng)用到了計(jì)算機(jī)技術(shù)，同時(shí)也可以聯(lián)系到各個(gè)學(xué)科內(nèi)容知識(shí)，因此在開展機(jī)器人教學(xué)工作時(shí)，教師應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)臄U(kuò)展學(xué)生的知識(shí)面，將更多的科學(xué)知識(shí)應(yīng)用在教學(xué)內(nèi)容中，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)于機(jī)器人的理解與學(xué)習(xí)興趣。例如，機(jī)器人在在使用紅外線傳感器進(jìn)行紅外線測(cè)障時(shí)，紅外線對(duì)不同顏色的值可以做出相應(yīng)的判斷，進(jìn)而躲避障礙物。這個(gè)過(guò)程就需要學(xué)生掌握紅外線的光學(xué)知識(shí)，了解光譜知識(shí)，各種顏色的RGB對(duì)應(yīng)的數(shù)值。

4.4 積極開展和參加虛擬機(jī)器人競(jìng)賽活動(dòng)

除了教學(xué)工作與實(shí)踐工作之外，學(xué)校還可以積極組織學(xué)生開展虛擬機(jī)器人競(jìng)賽或者參與到各地區(qū)或者國(guó)家性的競(jìng)賽之中，給學(xué)生一個(gè)有效的鍛煉機(jī)會(huì)，學(xué)生通過(guò)競(jìng)賽的形式開展虛擬機(jī)器人編程的嘗試，可以有效的提高自身對(duì)于機(jī)器人編程內(nèi)容的掌握與理解。比如說(shuō)在2018年12月份，內(nèi)蒙古包頭市昆區(qū)包鋼第12小學(xué)以及包鋼五中就參與到了我國(guó)電子學(xué)會(huì)組織的第六屆全國(guó)青少年電子信息智能創(chuàng)新大賽中，本次參賽就是基于iRobotQ3D機(jī)器人在線仿真平臺(tái)開展的，比賽的內(nèi)容是無(wú)人駕駛的虛擬模擬，在比賽中，學(xué)生通過(guò)有效的編程設(shè)計(jì)出在虛擬環(huán)境中的無(wú)人駕駛機(jī)器人，最終，兩所學(xué)校參賽的中小學(xué)生在本次比賽中均獲獎(jiǎng)。

4.5 培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力與核心素養(yǎng)

虛擬機(jī)器人教育屬于我國(guó)較為前沿的教育教學(xué)工作，在這項(xiàng)教學(xué)工作中，學(xué)生可以更好的發(fā)揮自己的想象，施展自己的才華，同時(shí)可以搭建屬于自己的機(jī)器人讓學(xué)生通過(guò)自己搭建機(jī)器人，自己解決生活中的實(shí)際問(wèn)題，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力與核心素養(yǎng)，為學(xué)生形成嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的科學(xué)研究態(tài)度。內(nèi)蒙古包頭昆區(qū)包鋼第12小學(xué)在開展教學(xué)工作時(shí)注意到了對(duì)學(xué)生核心素養(yǎng)以及科研態(tài)度的培養(yǎng)，因此在教學(xué)中也嘗試引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)編程來(lái)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、尋找方向、解決問(wèn)題。如機(jī)器人在完成循線走的任務(wù)時(shí)，需要用到If判讀語(yǔ)句來(lái)選擇是否循線，需要學(xué)生判讀幾種情況，需要學(xué)生小心、細(xì)致、專注地進(jìn)行程序編寫。學(xué)生經(jīng)過(guò)不斷的調(diào)試與研究可以養(yǎng)成良好的編程習(xí)慣，進(jìn)而為學(xué)生思維能力與創(chuàng)造力的發(fā)掘奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為學(xué)生形成良好的思維習(xí)慣與團(tuán)隊(duì)能力，養(yǎng)成學(xué)生細(xì)致嚴(yán)謹(jǐn)不厭其煩的科學(xué)研究態(tài)度，為我國(guó)科技人才的培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。

5 結(jié)論

總而言之，虛擬機(jī)器人教育應(yīng)用在中小學(xué)教育中有著積極的價(jià)值，學(xué)生在接受機(jī)器人教育的過(guò)程中可以提高自身綜合素養(yǎng)與綜合能力，有效激發(fā)自己的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，起到科技普及與教學(xué)改革的重要作用。然而，在開展虛擬機(jī)器人教育的過(guò)程中，教師也應(yīng)注重方式方法，更有針對(duì)性的開展教學(xué)，本文以內(nèi)蒙古地區(qū)的部分中小學(xué)機(jī)器人教育實(shí)踐為基礎(chǔ)進(jìn)行探究，旨在為相關(guān)中小學(xué)開展虛擬機(jī)器人教育工作提供更多的理論建議。

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