浅谈虚拟机器人的校本课程开发

张迪

摘要：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業应用和研究所内，它已经进入教育领域，是中小学信息技术课程和综合实践课程的创新教育平台，能为信息技术教育带来新的活力。本文详述了虚拟机器人的校本课程开发，及其在中小学教育中产生的影响，并提出了虚拟机器人教育发展的未来展望。

关键词：虚拟机器人；校本课程

中图分类号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2017）13/14-0161-03

机器人是信息技术发展的前沿领域，是一门具有高度综合渗透性、前瞻未来性、创新实践性的学科，蕴涵着极其丰富的教育资源。随着虚拟技术的不断完善，虚拟机器人技术逐渐出现在教育教学中，特别是在校本课程的开发中发挥了独特的优势与魅力。下面，笔者就谈谈虚拟机器人技术的校本课程开发。

● 初识虚拟机器人

目前，按价格从高到底能找到的机器人有高端实体机器人、低成本实体机器人和虚拟机器人三种。高端实体机器人的价格相对偏高，低成本实体机器人目前还处于发展初期，各种硬件和软件都不太成熟。因此，为了更好地普及机器人教育，同时减少学校的支出，我们最终选择了具有实用价值的机器人教育载体——虚拟机器人。虚拟机器人教学不需要机器人硬件，只是在计算机上设计、搭建、制作机器人编程，所以它降低了学生学习机器人的成本，使其能有更多机会学习机器人，受益于机器人教育。

● 虚拟机器人教育走进基础教育的形式

目前，虚拟机器人教育进入中小学的主要形式是竞赛活动。学生能通过竞赛培养综合能力。纵观各地中小学机器人教育的方式，大致可以分为如下几种：

一是通过学校、少年宫、少科站等单位吸收机器人爱好者，组成虚拟机器人小组，代表地区参加各类竞赛活动。这种形式是虚拟机器人进入中小学教育视野最多也最有效的方法。

二是把虚拟机器人技术学习放入综合实践活动课中普及。

三是把虚拟机器人作为信息技术课的内容之一写入中小学信息技术教育课程，这种形式正在形成期，教材的编写、课程的常规性开设正在起步。

四是虚拟机器人教育作为研究性课程的形式进入中小学，这种形式的推广会更有利于培养学生的创新能力。

● 扎实有效地开展学习虚拟机器人校本课程

虚拟机器人教学是一门新兴的课程，它的主要任务是培养学生对机器人的兴趣，使他们了解和掌握机器人的基本知识和技能，了解技术的发展及其应用对人类生活和科学的深刻影响。虚拟机器人课程属于综合实践活动课范畴，如何组织和开展好课堂教学，需要把握以下几点。

1.培养学生的主体性

在编程调试的过程中，让每位学生都参与编程和调试活动，重视学生的主体参与、自我探究、自我发现，注重对学生学习经验的培养，注重学生体验、感悟和实践的过程，注重学生个性的健康发展，以及创新精神、实践能力、探索能力、研究性学习能力的培养。

2.发挥教师的主导性

在机器人课堂教学活动中，由于课程本身的难度大、灵活性高，所以教师的主导作用是非常重要的。如何把复杂的问题讲得通俗易懂，把理论指导变成程序设计，最后引导学生把自己的所得通过实践展示出来，这需要教师做充分的课前准备和大量的实践尝试。

3.培养团队精神，注重小组合作

在机器人课程的学习过程中，学生的动手能力、编程能力等个体差异比较大，所以在教学中既要兼顾学习好的学生，让其能更深入地开展学习，又要带动学习有困难的学生。一般可以将学生分成若干个小组，组建相对固定的学习团队来开展学习和研究。

4.使用灵活多样的教学方法

在课堂教学中应根据不同的教学内容和需要，灵活选用讲授、项目引导、直观演示、小组讨论等多种方法，避免让学生在某种固定模式下产生学习疲劳。

5.完善课堂评价方式，让学生体验成功的乐趣

在课堂教学过程中，要多方位、多角度地看待每一位学生的学习，少注重结果，多注重学生自主学习、自主探究的过程。教师对学生的每一点进步、每一点成功都及时给予表扬和鼓励，随时让他们在学习的过程中感受着成功的喜悦。这种愉悦的心情也会更加促使他们自主、自愿地投入到学习、探究中。

6.借力IRobotQ3D，打造校本课程

自从接触了IRobotQ3D软件以后，校本课程开发之梦逐渐成为现实。IRobotQ3D软件不仅能提供非常丰富、逼真的场景，还能提供更多的机器人组件，更能基于网络的互动模式进行设计。作为教师，不仅可以通过IRobotQ3D软件让学生感受各种机器人组件，使其有更丰富的体验，还可以自己设置场景，让学生以个人或小组为单位完成个性化的练习、比赛任务，这样，学生就有了更大的发挥、创造空间和平台。同时，虚拟机器人的校本课程开发还可以延伸到学生的家庭及假期生活，无论学生在哪个地方，只要能上网，他就能登录服务器，参与到活动中来。

● 虚拟机器人技术在中小学教育中产生的影响

虚拟机器人是进行信息技术教育的有效载体，机器人教育旨在培养学生的创新精神和综合实践能力。随着我国基础教育信息化的发展，机器人教育正越来越被人们所关注。近几年，许多中小学都开始利用机器人教育来促进信息技术教育，培养学生的动手能力。机器人逐渐成为青少年能力、素质培养的智能平台。

1.促进教育方式的变革

在机器人教育中，课堂以学生为中心，教师作为指导者提供学习材料和建议。学生必须自己去学习知识，构建知识体系，提出解决方案，从而有效培养了动手能力、创新思维能力。

2.有效激发学习兴趣、动机

“寓教于乐”是我们教育追求的目标，也是教育游戏成为当前研究热点的一个原因，所以学习兴趣是学生学习成功的重要因素。机器人教育可以通过比赛的形式，来激发学生学习机器人的兴趣，使其得到周围环境的认可和赞赏，进而激发他们的斗志和拼博精神。

3.扩大知识面，转换思维方式，培养空间思维能力与大局意识

在对机器人的学习过程中，学生通过对搭建机器人过程中的实际问题的解决，可以学到模拟电路、力学等方面知识，这不但促进了物理学科、计算机学科等教学，还扩大、加深了学生的科学知识；通过为机器人编写程序，学生不但学到了计算机编程语言、算法等显性知识，还学到了科学而高效的思维方式，逻辑判断思维、系统思维等隐性知识。借助虚拟机器人完成梦想的过程，必将经历提出问题、分析问题、解决问题的过程，而这个过程中，学生会不断地反思自己的工作，一次次提升自己观察、思考问题的角度和高度。机器人的搭建不仅是对学生空间思维能力的训练，更是对学生的大局观和综合分析问题能力的训练。

4.培养学生的团队协作能力

机器人教育大多以小组形式开始，机器人的学习、竞赛实际上是一个团体学习的过程。它需要学习者团结协作，包容小组其他成员的缺点和不足，能够与他人进行有效的沟通与交流。学习者在实践锻炼中提高自己的团队协作能力，这种方式比普通的教育方式、方法更加有效。

5.培养学生的创新能力

创新已经成为社会进步的原动力，而虚拟机器人技术具有科技含量高、创新性强的特点。在虚拟机器人校本课程开发的过程中，学生可以根据自己的想法，随意动手完成机器人的拼装工作。在学生将自己心中的机器人变为现实的过程中，教师应鼓励学生勇于探索，应使用与众不同的方法、思路，全力支持學生有创意的想法或做法，这样能锻炼学生的创新能力，培养和激发他们的创新精神，提高他们的综合素质。

6.培养学生的应变能力

由于虚拟机器人的运行会受场景、时间等因素的影响，所以制作机器人时要考虑很多因素。例如，在虚拟机器人（足球、灭火灯）的制作环节，竞赛要求选手根据实际情况，不断搭建、编程、调试，完成规定的竞赛项目，具备应变能力和处理突发事件的能力，这就要求教师在平时训练中要注重培养学生的应变能力。

7.培养学生严谨的学习习惯与逻辑思维能力

从机器人的搭建，到让机器人完成既定任务，是一个漫长的过程。要让设计的机器人完成任务，程序必不可少，而设计者的想法与策略是否合理，机器人的行动就是最好的检验。在程序的编写过程中，即使是最微小的语法错误，也会影响到机器人的正常运转，所以完成程序的编写及调试的过程，是对学生逻辑思维能力及严谨的学习习惯进行训练的最佳机会。经过编程洗礼的学生，在学习及日后的工作、生活中必将拥有更严谨的学习思维习惯。

● 虚拟机器人教育发展未来展望

虚拟机器人教育有如下一些特点：①在设计和搭建虚拟机器人的过程中，不仅要动脑，更重要的是要动手。②在控制机器人实现各项任务的过程中，不仅要运用物理学中的力学、声学、光学、电磁学、运动学等基础知识，而且还要运用机械学中的齿轮传动、带条传动、连杆传动等联动原理知识。③在操作机器人完成工作的过程中，要运用电脑编程知识。④对已经搭建好、能够正常工作的机器人的形体进行审美选择，既保持个性形体，也要运用美学方面的知识。⑤比赛过程中的团队合作，要求参赛队员之间的相互合作、队与队之间的友谊合作等，要运用社会公德和约定俗成的文化知识。因此，虚拟机器人教育必将受到青少年学生、家长、教育机构以及当今社会的欢迎。由于我国的虚拟机器人教育才刚刚起步，所以笔者希望它能得到社会各界有识之士的支持和关注，特别是希望有识的教育决策者、教育领导者和教育工作者能够抓住这一教育改革创新的先机，推进我国素质教育的可操作性实践发展，将信息技术教育推进到一个新的高度。

目前，中小学虚拟机器人教育活动已从原来仅限于在科技站、少年宫里进行，发展到学校，走进了课堂。虚拟机器人大赛能让中小学生较早地接触到科技新知识，从而接受动手、动脑等方面能力的训练。相信随着中小学虚拟机器人教育实践的不断开展，机器人教育条件的不断成熟，我国的中小学虚拟机器人教育必将迎来一个快速发展期。