虛擬機器人校本課程開發的實踐探索

王戈 高馨介

開發背景

對信息技術學科而言，課程的內容核心在哪里，培養學生什么樣的學科核心能力，是學術界一直爭論的問題，這兩個問題關系到信息技術學科的存在地位和發展。筆者經過思考和實踐研究認為：從信息技術學科的學科特點來看，本學科的內容核心是程序算法，本學科培養的核心能力是信息技術的應用能力和信息技術的自我更新能力。

對于小學生和中學生而言，程序算法比較枯燥，傳統的教學法很容易讓學生失去學習的興趣。因此程序算法的教學需要一個載體和工具，而機器人正是學生非常感興趣的學習載體。機器人融合了多種先進技術，是中小學信息技術課程和綜合實踐課程的創新教育平臺，為信息技術教育帶來了新的活力，是培養創新型人才的有力抓手，機器人校本課程開發是學生機器人學習體驗的起點。

目前能夠找到的機器人有三種，價格從高到低分別為：高端實體機器人、低成本實體機器人、虛擬機器人。高端實體機器人的價格相對偏高；低成本實體機器人目前還處于發展初期，各種硬件和軟件都不太成熟；為了更好地普及機器人教育，減少學校的支出成本，最終我們選擇了最廉價但很具有實用價值的機器人教育載體——虛擬機器人。老師們在探討的過程中發現了一個很好的平臺：中國兒童青少年威盛中國芯HTC計算機表演賽（簡稱計算機表演賽），其中一個比賽項目是3D仿真機器人賽，以虛擬機器人為載體，軟件是免費的，可以很好地解決上述問題。

開發過程

計算機表演賽全國組委會邀請專家對北京市朝陽區中小學的信息技術教師進行了多次培訓（如圖1），在培訓的過程中，教師們普遍感到這會是學生非常感興趣的一種課程，學生可以自己組裝機器人，然后通過編寫程序讓它完成一些有趣味的任務。但是對于缺乏編程基礎的學生來說這可能有一定的難度，部分老師在剛開始接觸時也感覺通過短期的培訓很難迅速掌握這個軟件。后來就以計算機表演賽為平臺，逐步在一些學校開展虛擬機器人的校本選修課程。例如，第十七中學的郝秀杰老師、陳經綸學校的劉中臻老師、陳經綸學校帝景分校的范晶老師等都率先在自己的學校開展了校本課程的研究。利用計算機表演賽組委會給出的程序樣例，教師和學生們共同研究競賽地圖和競賽程序，取得了一些初步的成績，范晶老師指導的參賽選手還獲得了北京賽區一等獎的好成績。

隨著教師們的教學實踐深入開展，大家普遍感覺除了需要對機器人教學軟件進一步學習和挖掘，更需要對虛擬機器人的校本課程進行科學的規劃和設計，為師生提供一本合適的輔助教材。因此筆者組建了《虛擬機器人設計與實踐》教材編寫小組（如下頁圖2），同時在計算機表演賽全國組委會的大力支持下，借助浙江省信息技術教研員魏雄鷹老師、大興一中湯震老師和眾多一線教師的力量，進行了教材的綱要編寫。

在各位教師按時完成各章節編寫后，主編進行了認真審閱，同時邀請相關專家把關，形成初步的電子稿教材。北京市朝陽區選定了約十所實驗校，對電子稿教材進行試用，通過一個學期的試用，實驗校教師對教材提出了不少改進意見。編寫組針對教師的改進意見進行認真研討，并制定了改寫方案。

在各位教師的努力下，在各位專家的指導下，本書最終成形（如圖3），并在北京市朝陽區作為選修教材供各學校使用，各學校可以在此教材基礎上，根據本校的學生特點和學校文化，進行進一步的開發。目前已有近二十所學校使用本選修教材開設虛擬機器人校本課程。

同時，為了更好地發揮首都的教育優勢，促進教育均衡，把我們的教育成果輻射到更多的地區，計算機表演賽全國組委會又將本書以公益的形式捐贈到全國各賽區進行使用。高家園中學的穆穎老師作為教材編寫組成員還在全區范圍內講了一節《虛擬機器人設計與實踐》的公開課（如圖4），受到了教師們的好評。

開發意義

作為北京市“區級信息技術選修教材開發與應用研究”課題和“威盛中國芯HTC成長數字營”創新課堂項目的階段性成果，虛擬機器人校本課程的開發實踐研究有著不一般的意義：它將傳統的實體機器人虛擬化，擺脫了實體機器人硬件材質和場地環境的限制，減少了學校投入。它面對的是全體學生，是真正的進入課堂的機器人教育，而非以前只以比賽為目標的小眾教育，體現了全員性，并為以后的實體機器人教育打下了良好的基礎，為新一輪課程改革提供了契機，為培養學生的創新能力提供了有效支持。

《虛擬機器人設計與實踐》校本課程以計算機表演賽中應用的3D仿真機器人軟件進行教學示范，系統地介紹了虛擬機器人的設計、搭建與仿真運行。內容安排由淺入深，在講解機器人的安裝、基本移動方法、沿基本形狀移動、沿軌跡行走、障礙檢測等操作方法的基礎上，結合落地扇滅火、迷宮問題、圖書館查資料、暢游神州、火星尋寶等任務，循序漸進地幫助學生掌握基本知識，培養創新思維，既可以作為中小學信息技術相關課程的有效補充，也可以作為計算機表演賽的輔導選修課。

該課程既考慮到新課標的要求，又兼顧課程內容在講解邏輯上的合理性，結合學生的認知規律安排內容。創新性地嘗試學習流程的重新構建，先對每章知識點的內容進行互動猜想，再進行講解。增強閱讀體驗，使學習過程變得有趣。注重解決問題的思路分析，任務設計力求從解決實際問題出發，讓學生親歷處理信息的過程，培養他們的學習能力和綜合實踐能力。為更好地適應不同地區和不同學校的教學差異，課程考慮到不同層次的學生需求，對學習任務和練習題目的難度進行了精心的安排。虛擬機器人校本課程的開發對信息技術教育起到了重要的推動作用，也指明了機器人教學的發展方向。