IRobotQ3D虚拟机器人课堂教学的实践与探索

马瑞丽

随着智能技术的发展，机器人教育走进课堂，给信息技术基础教育带来了新的活力。为了创新中小学信息技术课程教学内容和教学方式，我们将机器人教育与IRobotQ3D结合起来，对其进行了一些有益的尝试和探索。同时，我校也被定为小学六年级开展“LOGO语言”“虚拟仿真机器人”及“实物机器人”整合教学实验的实验学校。

● 任务设计，以生为本，突破难点，先分后合

任务设计要始终坚持以学生为本，尽可能做到符合学生的认知规律，考虑到他们的知识经验、生活实际和情感需求。在虚拟机器人课堂教学中，教师应先分析教学目标和教学要求，然后将其巧妙地融入任务设计之中，并系统地进行规划，分步骤地组合，采用循序渐进的策略，突破学习难点，分解学习任务。这样久而久之，学生就能逐步掌握攻破学习难点的科学方法，有利于提高学生逻辑思维能力、规划能力及分析问题和解决问题的能力。

例如，在进行轮式车形机器人的搭建任务中，如果让学生直接完成，还是存在一定的困难。于是，我根据学生的认知规律，将大任务分解成若干小任务，如先完成一个右驱观察装置的搭建，并将它创建成模板等。然后采用同桌分工合作的办法，让其分别负责机器人另一个右驱动装置的构建和辅助轮装置的构建。这样从简单到复杂，从局部到整体，最终完成整个轮式车形机器人的搭建。这样做可以将难点分散破解，比直接完成综合性任务更为有效。同时，学生因成功完成前面的任务而享受到成功的喜悦，会更加努力地完成后面的任务。

● 创设情境，激发学生兴趣

教学任务要具有情境性，我认为其中主要包括两层含义：一是任务情境的创设，要与学生的生活、学习紧密结合才有意义，要能起到调动学生主动积极思考与探究的作用；二是任务情境的创设，要完整易懂，生动具体，形象逼真，能激发学生的学习兴趣，通过完成任务而获取一个有价值和有意义的成果。

例如，在“安全出站”任务中，我是这样创设情境的：教师先出示由IRobotQ3D提供的名为“安全出站”的仿真场地，场景是一个公交车站，要求汽车机器人从起始位置沿箭头所示方向驶出，先到达蓝色检修台上进行检修，完成检修后驶出红色出站口。然后提示任务：假如你是一名公交车司机，打算怎样驾驶你的公交车驶出站口呢？这样从学生的现实生活出发，在任务设计时创设生活化的情境，能让学生积极思考、参与、讨论，一起进行任务分析，从而说出用自然语言表示的算法设计，自然而然过渡到LOGO语言编程。最后教师可以及时引申到仿真平台编程的算法设计和程序设计。学生通过体验与实践，懂得不仅要搭建简单高效的机器人，还要编制有效的程序来解决任务中方方面面的问题，增强了对虚拟机器人的理解与感悟，激发了学习机器人的热情。

● 贴近生活，联系实际，培养学生科学地分析和解决问题的能力

在虚拟机器人教学中，设计教学任务时应回归现实，突出任务的科学性，同时引导学生把信息技术作为获取信息、探索问题、协作解决问题的认知工具，在探索中掌握其他学科和信息技术的知识，在潜移默化中培养他们科学地分析问题和解决问题的能力。

例如，在“安全出站”任务中，学生在完成任务时发现，从起始位置向前直接驶往直角弯道时，车子反而会跑偏，甚至会颠簸。如果将小车转弯角度设置成90度直角，也会改变行驶方向。于是，我引导学生结合现实生活中的汽车运动，来思考小车发生这种情况的原因。学生通过讨论提出解决方案：根据现实生活中的情况，由于小车在行驶过程中会受实际环境的影响，如自身惯性等，所以需要给出0.5秒的等待时间，让机器人电动机改变运动方向，这样就不会出现颠簸和偏离的情况了。同时，还可以将科学课中摩擦力方面的知识迁移过来，得出在仿真环境中“RT”命令的参数值不一定是90度，应根据实际路况及机器人驱动器性能等因素，进行适当的修正。这样通过模拟逼真的现实物理运动，强化了现实生活中很多不可忽视的因素，突出了科学性，大大加强了机器人教学与其他学科的知识整合，促进了学生科学素养的形成。

● 虚实结合，促生实践，提升学生综合能力和素养

虚拟机器人教学，可以帮助学生通过编制程序控制机器人在虚拟环境中的运动，来学习科学而高效的思维方式，从而提高逻辑思维能力、规划能力。然而，机器人仿真毕竟是在计算机上构建虚拟机器人和虚拟环境，编写虚拟机器人的程序，这会使机器人运动过于理想化，学生与仿真机器人频繁接触，也会忽视仿真世界与客观世界的联系。这样的话，不但难以达到仿真机器人的教学目的，而且不利于学生思维严谨性和周密性的培养，也不利于学生科学素养的形成。

因此，我在课堂教学过程中坚持运用“虚实结合”的方法，开展实体机器人教学，来培养学生的实践能力。根据机器人的教学特点，我把每一单元的任务都分解为四个步骤：任务分析、搭建机器人、设计程序、调试修改机器人结构或程序。对于每一个机器人项目，都要仔细分析其所要达到的要求、可以利用哪些传感器、机器人的结构要如何设计等，然后根据设想搭建好机器人，编制程序并下载运行。这一般要经过多次的调试修改才能取得成功。这样，学生通过主动探索、动手实践，亲身体验了如何将抽象的理论变成触手可及的答案的过程，培养了多方面的能力和素养。

● 以生为本，重视学生操作，关注学生个体差异

课堂上，教师在精心设计的情境激发出学生的探索欲后，不但要带领学生分析情境中需要解决的问题，讨论解决问题的方法，还要在学生的操作过程中，不断巡视，及时发现问题。因为许多问题只有在学生亲自操作后才能发现，甚至对教师已经讲解過的许多内容，学生在操作过程中，依然会出现问题，此时教师的适时指导就显得尤为重要。在信息技术课堂上，学生的个体差异尤为明显，如不同学生对机器人的认知程度不一样，另外，学生个体之间也存在一定的差异，如男生女生动手能力的差异、性格的差异、逻辑思维能力的差异等，这些都直接决定学生的学习兴趣和学习效果。

例如，实体机器人教学涉及机械结构方面的知识及动手组装，如果学生对这方面理解不够深刻，加上时间仓促，就会影响教学效果，导致部分学生畏难而退，失去学习的兴趣。因此，教师在巡视中要及时发现学生操作中的问题，个别问题个别辅导，具有共性的问题适时地介入并在全班进行讲解，更重要的是要及时发现有问题却不敢提问的学生，帮助他们解决问题。同时，在设计任务时应以学生为本，设计适合不同层次的学生的任务，这样不仅能调动学生积极参与的热情，还能满足他们强烈的求知欲望。

总之，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。教师不仅要根据教学目标设计有效的教学任务，还要深入研究学生的身心发展特点，因材施教，使他们能通过对虚拟机器人的学习，真正发展与提升创新思维、动手实践能力等，为其今后的学习、工作、生活打下良好的基础。