虚拟机器人教学实践与思考

摘要：人工智能已成为时代的热词，很多重复性、危险性、机械化的劳动都已经被机器代替。本文从搭建虚拟机器人入手，通过给学生布置任务，让学生给机器设计程序，指挥虚拟机器人按照自己的意愿行进，从而培养学生的动手能力、创新能力。

关键词： 虚拟机器人；萝卜圈；搭建；编程

今年市上又组织机器人大赛，所以我们成立了“虚拟机器人兴趣小组”，并将其作为校本课程进行授课。作为学校机器人活动小组的辅导教师，我把这几个月的机器人教学实践、教学案例、教学体会总结出来与大家分享。

一、学校要开设机器人课程必须具备一定的环境基础、条件及氛围。

1、对于机器人课程的开设，学校首先具备相应的硬件设施：（1）高性能的计算机；（2）互联网及本校校园网的建成。2、还要具备一定的基础和氛围：（1）学生在小学接触过机器人，有一定的基础知识；（2）参加活动的学生对机器人有着浓厚的兴趣；（3）富有经验的师资力量。满足了这些条件，机器人课程开设的才能得心应手。

【学生侯牧东小记：】

我有幸加入虚拟机器人兴趣小组，坐在桌前的我心中感慨万千。记得当初因为对机器人的好奇、对电脑软件的喜爱和对自己能力提升的渴望，我多次去科技馆观看机器人的各种活动，在电脑上畅游机器人的虚拟世界，屡次被父母认为是不务正业，不上心学习。这次终于有机会可以名正言顺地走入虚拟机器人的世界，可以无所顾及地学习虚拟机器人了，心里无比喜悦，期待课程的开始。

二、完成虚拟机器人的任务，首先从搭建入手

机器人的组装非常重要，这影响着机器人的性能，机器人的行驶速度。控制器、驱动、安装块、传感器和其它五大类，它们是搭建机器人的根本。搭建机器人看似简单，结果却出现了很多问题，尤其是在固定马达上，位置十分重要，关系重心问题，以至于后来影响速度和偏转角度。通过引导学生不断尝试、不断摸索，引导学生听取组员、伙伴的意见，最终让学生在每一次体验中都有新发现，就是在不断地解决问题中，学生有了自己的成长，也激发了学生继续学习的兴趣。

【学生张军伟小记：】

今天我们开始学习机器人搭建，看见那么多的模型，我欣喜若狂，我可以随心所欲搭建自己喜欢的机器人了，小时候玩过的极品飞车也让我很得意，不过那都是别人设计好的。现在，我可以自己设计，自己玩了，我很高兴。老师说最终我们完成的是《汽车总动员》，今天先搭建简单的机器人，在老师讲解和演示完后，我迫不及待地开始尝试，由于小学我接触过虚拟机器人，所以对机器人的搭建我并不陌生，我把自己能够想象的机器人都搭建了一遍，虽然搭建中也出现了很多的问题，不过我发现问题越多，我掌握的就越牢靠，今天我不仅得到了老师的表扬，我还帮助老师解决了几个小问题，帮助我的伙伴们解决了他们的疑难杂症，心里美滋滋的。

三、搭建好机器人，着手程序的设计与编写

机器人控制程序实际上是可视化的程序，没有我们想象的那么复杂。不过在这方面，学生的探索性要更强一些，程序设计采用的是可视化编程语言，关键在于参数的设置，在实验中发现，即便参数正确，有会有不能完成任务时，要考虑任务的性质，要进行不断地调试。同时能源消耗也很关键，随着任务的执行，机器人的油量会随之消耗，影响到马达的功率，出现偏差。能量的补充也是很重要的环节。

四、走进汽车总动员

汽车总动员是一个综合考察，不仅对模型有要求，且对每个子程序也有很高的要求。最终衡量汽车总动员成功的标志是高分，得分的高低是由机器人行驶的速度，在路途中抓取得分物来确定。所以能否正常行驶且能获高分，控制器的重量、大小就很重要了。

【老师小记：】

转弯环节是很重要的，机器人从起点到终点会有多次转弯，转弯出现故障会影响整个局面。机器人搭建在左右两边分别加有一定角度的红外线感应器，方便得分；选择较重的控制器，可解决提速漂移；在尾部安装一个安装快，解决起步抬头。在比赛中，能量补充程序是相对最复杂不稳定的一块。选用小的电机，它耗电少，可以不加油，但是不能解决提速，而且不好调整程序。路程如果长，中间能量耗尽，不能及时地加油，就会中途停止；还有就是可以为机器人增加一个尾巴（机械臂）加大得分的范围减少车身范围，可用左右红外的差值来判断尾巴转向得分。这个可以吃掉除直角以外所有得分物；直角得分，可用记时定位或前方设置高距离感应器（超出围栏的高度）来判断是否到直角，到达目标后，减速慢行得分，然后停止，后退转向。转向可参照加油站的做法，也可用指南针。还有一種是按加油站分，相对复杂些，在很多项目中都有可能遇到加油的问题，故可选择这个方法，虽然复杂，但容易控制，保持稳定；最后就是动态走中间，将走中间程序分段，比如当距离左-距离右〉100时小转弯，当距离左-距离右〉300大转弯，这样可以有效提高弯道的速度。

五、汽车总动员活动接近尾声，给学生带来了无穷的乐趣

这个活动的目的是让学生认识和了解各种各样的机器人，还有观测学生对机器人兴趣的持续性，锻炼学生的思维和实践能力。在这个活动中，学生们表现得异常热烈。他们其中有的人设计了飞碟，有的人设计了飞机，还有的人设计了机器狗模样的机器人，每个小组之间存在着无形的竞争，看谁率先到达目的地，谁率先得高分，他们就很得意，也让其他组的好奇，同时也激发了他们你追我赶的劲头。

【老师小记：】

在小组合作学习时，教师应减少对学生的干预和控制，让学生自主设计、自我控制。针对学生的一点成功，一点进步，一个创意，都给予肯定，随时让学生有成功的自豪感。例如在学生学习《魔幻寻宝》一节时，在引导学生完成任务时，要侧重于以下几个问题解决：1、当走黑线时如何设置距离传感器变量的值？2、如何应用两个距离传感器？要考虑哪几种情况？3、你用了几个距离传感器，你的程序是怎样编写的？4、电机的速度受哪些因素的影响？怎样来调节？5、机器人实践中要综合考虑哪些因素？围绕这些问题考察学生对知识的掌握和实践的体会。

参考文献

[1]浙江省精品课程《创意与制作之虚拟机器人》

作者简介：吕秀琴（1977—），女，汉族，宁夏，中教一级，大学本科，宁夏石嘴山市实验中学，研究方向：人工智能的体验与应用。