用IROBOTQ3D进行机器人教学(高中)与竞赛的可行性探究

刘晓峰

摘 要：乡镇高中机器人教学作为一些课外选修、兴趣学科，面对的现实是实验器材少、训练场地的制约，难以全面普及。近年来，高仿真的3D虚拟机器人软件开始出现,而IRobotQ3D就是其中功能比较全面的，通过选择它作为教学软件，可以在乡镇高中学生中形成机器人选修教程，从而推动乡镇高中一定的机器人普及教育。

关键词：IRobotQ3D； 乡镇高中； 机器人教学软件； 机器人选修课

中图分类号：G434文献标识码：A文章编号：1006-3315（2014）03-022-001

《江苏省普通高中信息技术课程标准教学要求》（2006年）中有一个模块选修5：人工智能初步，本模块的教学应强调让学生体验人工智能技术的具体应用；根据高中学生的知识基础和本校实际情况开展教学；要注意发现有特长的学生并对他们进行有针对性的教学。

而机器人就属于人工智能的一块分支，它是一门集合了应用数学、力学、机械、电子、计算机、控制、传感技术、通信和人工智能等多种技术在内的综合实践性课程，它要求学生能够综合地、灵活地运用各种知识，在团队合作、实践操作的学习形式下完成一个个小项目，从而达到培养学生综合运用信息分析问题、解决问题的能力。机器人教学体现了“做中学”的教学理念,在学习过程中强调动脑与动手的结合,从而有利于改变传统的教学方式,为学生的终身学习打下基础。世界发达国家例如美国、英国、法国、德国、日本等已把机器人教学纳入中小学教育之中，我国许多有条件的中小学也开展了机器人教育。

但由于受到经费、师资、器材等因素的制约，在高中阶段只涉及软件的学习，在完全虚拟的3D环境来进行组装，调试，更改，成为一个很好的介入机器人学习的一种可行的途径。

但正因为是全软件的缘故，没法给我们实际环境中的真实的体验，比如轮胎材质的摩擦力，马达的不同转速所带来不同的扭矩感受等，当然这是由于直接的经济问题带来的結果，下面就我使用这款软件所得的感受论述之，以此证明IRobotQ3D用在高中选修教学中还是有其独特的优势的。

核心技术：

IRobotQ3D虚拟机器人软件提供了多个平台，有机器人搭建平台，设计场景调试平台，在线网络对战平台。

场景调试平台突出了基于物理引擎的设计，能模拟真实的物体运动以及物体的密度、质量、速度、加速度等各种现实物理属性，在发生碰撞、受力、摩擦等运动时能模拟出不同的运动效果。

优点：可以选择不同的测试场景，不用制作购买相应的材料。也可以自己定义构造一个测试的环境，天空，陆地，海洋信手拈来。是一个完全开放的任务体系。

缺点：情景不够真实，另外虚拟机器人软件的各种不足，教学中设计的任务往往会忽略很多现实生活中的因素，出现机器人运动过于理想化，虚拟化的现象。使学生对所学习的物理传感器的作用不够真实、深刻。不利于学生思维严谨性和周密性的培养。

搭建平台是3维的，可以360度球形的看整个设计、拼装的机器人，在搭建的过程中只要注意相对应的拼装点连接就可以了，释放起来也很方便。相同的部件可以通过复制的方式完成，减少实际过程的工作量。制作好的机器人可以保存起来，如果要在不同的环境中调用，只要更改一些细节的地方就可以了，着实方便。

优点：可以培养学生的三维空间感，减少反复拼装所花的时间。

缺点：没法体会到实际拼装，动手的快乐。

完成一个项目、构建一个机器人作品，需要考虑机械搭建、建好执行机构、构思控制电路，选择传感器及其安放位置，设计控制逻辑和编写程序等。当这些内容都考虑好并实施后，发现机器人也未必能像想象中的那样工作。这时，就要求制作者仔细分析问题的症结及其解决办法。让制作者按照规定的逻辑一步一步去实验、去探索、去研究，从而真正完成项目机器人的制作。这个过程是个手脑结合的过程，面对相同的任务，不同的思考就有不同的设计和结果。

Noc网络竞赛平台，类似QQ的对战游戏。大家在统一构造好的场景下，各自设计自己的赛车和程序，然后去放在同一环境下竞赛，看各自的成绩，在此过程中大家可以相互交流设计的思路，然后去完善，共同提高！

优点：可以省却比赛必须要面对面的方式，节省其中所要花费的交通、住宿费用，而且在同一台服务器下竞赛，比真实的环境更加公平公正，机器人也没有损坏的危险。

缺点：大家交流时，机器人的直观性不够，相互使用的计算机配置不可能完全一样，或许这点不够公平。

不少虚拟机器人比赛的任务场景华丽，设计新颖，对学生有很大的吸引力和挑战性。在IROBOTQ3D中，大部分任务都具有很强的目标导向性，学生完成任务的情况，只看运行结果就能一目了然，以致学习评价通常都采用终结性评价。

虚拟机器人教学，既有明显的程序特征，又有典型的应用特点，让学生通过虚拟机器人的学习，能够在创新思维、动手实践和解决问题等能力上得到真正的发展与提升，为今后的学习、工作、生活打下良好的基础。

任何事物都是有两面性的，在面对实验器材少、训练场地的制约时，通过开展3D虚拟机器人的学习，能大大的提高我们机器人教学效果，为我们的素质教育提供了一条很好的出路，也应该能在机器人教学（高中）中拥有美好的明天。

参考文献：

[1]杭州萝卜圈3D仿真网络软件公司——入门教程

[2]周雪镛.探索乡镇初中机器人教学的途径，科学大众2011.(2)