虛擬機器人在中學教育中的應用研究

熊祥成 李思瑤

摘 要 隨著我國教育事業的發展與進步，教育改革成為了我國教育事業發展的重要內容，而將科技普及到教育事業中也成為了國家教育事業以及科普工作的主要方向之一，在這方面，虛擬機器人就是一個很好的方向，將虛擬機器人更好的應用在中學教育中，針對中學信息技術課程中的相關內容進行設計，使虛擬機器人在教學中可以起到應有的效果，更好的發揮機器人教育的效果與作用，提高學生對于科技的興趣，為中學教育事業的發展與進步提供一個更加新穎的視角與方向。因此，本文針對虛擬機器人在中學教育中的應用進行研究，著重從虛擬機器人的教育價值與應用兩個方面進行探究，旨在為機器人教育的發展與完善提供助力。

關鍵詞 虛擬機器人；中學教育；信息技術；科技普及

中圖分類號 TP3 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2019）234-0116-02

機器人教育的理念與概念在我國已經所嘗試與實踐，在許多發達地區的中學教育工作中，應用機器人教育融入到中學教育中的體系與模式已經較為完善，但是在我國的部分科技欠發達地區如內蒙古等在信息技術教育方面并沒有開展機器人教育工作。但是隨著科技的發展與進步，虛擬機器人已經逐漸取代了機器人的大部分功能，并且可以有效地減少經費的支出與成本的消耗，因此，將虛擬機器人應用在中學教育工作中可以有效地減少成本的支出與消費，同時可以達到更好的科普效果，提高中學教育的質量，豐富中學教育內容，是我國教育事業體系完善發展的重要方向之一。

1 虛擬機器人技術的相關理論概況

虛擬機器人主要是基于虛擬現實技術的一種技術，由于該技術的智能化發展及功能的豐富，可以應用在各個領域中。與傳統的實體機器人不同，虛擬機器人所需要消耗的成本較小，機器人的整體部件、設備等都是虛擬構成的，在實際運作的過程中也是基于虛擬現實技術開展的，因此如果用戶存在需求時，虛擬現實技術可以構建起虛擬實驗室、虛擬實訓基地等。將這種技術應用在教學過程中可以有效地發揮虛擬現實技術的特點與作用，進而起到完善教學體系普及科學技術知識的作用，應用在中學教學中可以更好的創造出新的教育模式，通過虛擬與現實相結合，優化教學模式。

2 教育改革背景下的中學機器人教育

現階段，將虛擬機器人應用在教學工作中不僅僅是一個設想，而且是我國新課標初中信息技術課程綱要中的重要內容，明確了要將機器人教育內容與中學信息技術課程相融合，有效的開展虛擬機器人的教育教學工作，進而從學生開始加強科普力量，提高學生的創新能力與動手能力。另外，在內蒙古等科技普及欠發達地區開展虛擬機器人教育工作更是順應我國科技普及發展的重要目標內容，也是帶動當地教育創新與教育改革的有效途徑。

3 虛擬機器人的教育價值分析

3.1 有利于促進機器人教育的推廣與發展

虛擬機器人平臺使得面向大眾的機器人教學成為可能。目前我國較為流行的虛擬機器人平臺主要有NSTRSS、中鳴3D仿真平臺、LDD平臺以及iRobotQ3D機器人在線仿真平臺四個。這四個平臺可以有效地為教育教學提供大量的素材與源代碼，進而幫助學生開展訓練和學習，有效地解決了實體機器人教育工作難以開展的難題。比如在內蒙古地區，許多學校就開展了虛擬機器人教育工作，進而有效的填補了機器人教育的空白，更好地實現了機器人科技的普及，同時節省了成本，完善并創新了教育模式。

3.2 有利于轉變學生的學習方式，發展學生的個性

在對內蒙古開展虛擬機器人教育的學校進行研究后發現，這部分學校在開展機器人教育后，許多學生表現出了非常高的興趣，進而有效的轉變了學生的學習方式，使學生更近距離的接觸科技，提高了學生在學習中的思維能力與動腦能力。部分學校開展了小組學習與網絡在線學習等多種形式，根據學生的需求開展了機器人教育工作，充分發展了學生的個性。另外，有些學校還開展了虛擬機器人設計大賽等競賽形式，學生踴躍參與到機器人設計工作中，展示了自己的個性，同時發揮了想象力與創造力，達到了應用機器人的原始目標。

3.3 有利于學生培養邏輯思維能力和解決問題的能力

另外，在將虛擬機器人應用在中學教育中時，學生的邏輯思維能力與解決問題的能力也得到了提高與發展，更多的教學素材與教學方向被挖掘出來，學生通過機器人學習更好的掌握了基礎的科技知識，循序漸進，有效的激發了學生的創造力與想象力，為學生的未來發展提供更多的可能。

4 虛擬機器人在中學教育中的應用策略研究

結合內蒙古部分中學的實際情況，在開展虛擬機器人教學的實踐時應當針對學生的接受能力進行有效開展，因此，本文有針對性的進行對虛擬機器人在中學教育中的應用策略進行研究探討。

4.1 明確學生的主體地位，實施分組教學的策略

在開展機器人教育工作時，教師應當明確機器人教學的目標，針對目標設計課程內容與學習任務，學習任務與目標的設計應當充分符合學生的接受能力與理解能力。比如說內蒙古包鋼第12小學在引用機器人教學時就針對低年級與高年級學生理解能力與思維能力的不同開展了差異性的課程任務設計。另外在教學過程中教師可以將學生分組，根據學生對于機器人理論知識的理解分成若干個組，更好的發掘學生的潛力。

4.2 立足信息技術課堂，鍛煉學生的創新能力與動手能力

在引用機器人教育工作時，學校可以立足與信息技術課程中，內蒙古包頭昆區第五中開展了相關的信息技術教學工作，將信息技術課程與虛擬機器人教學相結合。在將機器人教學引入到信息技術課程中時，教師針對機器人的工作原理與編程內容等進行教學，使學生更加系統的接觸并了解機器人的相關知識理論。

4.3 開拓多元化視野，融合各學科知識

虛擬機器人技術不僅應用到了計算機技術，同時也可以聯系到各個學科內容知識，因此在開展機器人教學工作時，教師應當適當的擴展學生的知識面，將更多的科學知識應用在教學內容中，增強學生對于機器人的理解與學習興趣。例如，機器人在在使用紅外線傳感器進行紅外線測障時，紅外線對不同顏色的值可以做出相應的判斷，進而躲避障礙物。這個過程就需要學生掌握紅外線的光學知識，了解光譜知識，各種顏色的RGB對應的數值。

4.4 積極開展和參加虛擬機器人競賽活動

除了教學工作與實踐工作之外，學校還可以積極組織學生開展虛擬機器人競賽或者參與到各地區或者國家性的競賽之中，給學生一個有效的鍛煉機會，學生通過競賽的形式開展虛擬機器人編程的嘗試，可以有效的提高自身對于機器人編程內容的掌握與理解。比如說在2018年12月份，內蒙古包頭市昆區包鋼第12小學以及包鋼五中就參與到了我國電子學會組織的第六屆全國青少年電子信息智能創新大賽中，本次參賽就是基于iRobotQ3D機器人在線仿真平臺開展的，比賽的內容是無人駕駛的虛擬模擬，在比賽中，學生通過有效的編程設計出在虛擬環境中的無人駕駛機器人，最終，兩所學校參賽的中小學生在本次比賽中均獲獎。

4.5 培養學生創新能力與核心素養

虛擬機器人教育屬于我國較為前沿的教育教學工作，在這項教學工作中，學生可以更好的發揮自己的想象，施展自己的才華，同時可以搭建屬于自己的機器人讓學生通過自己搭建機器人，自己解決生活中的實際問題，提高學生的創新能力與核心素養，為學生形成嚴謹細致的科學研究態度。內蒙古包頭昆區包鋼第12小學在開展教學工作時注意到了對學生核心素養以及科研態度的培養，因此在教學中也嘗試引導學生通過編程來發現問題、尋找方向、解決問題。如機器人在完成循線走的任務時，需要用到If判讀語句來選擇是否循線，需要學生判讀幾種情況，需要學生小心、細致、專注地進行程序編寫。學生經過不斷的調試與研究可以養成良好的編程習慣，進而為學生思維能力與創造力的發掘奠定堅實的基礎，為學生形成良好的思維習慣與團隊能力，養成學生細致嚴謹不厭其煩的科學研究態度，為我國科技人才的培養奠定基礎。

5 結論

總而言之，虛擬機器人教育應用在中小學教育中有著積極的價值，學生在接受機器人教育的過程中可以提高自身綜合素養與綜合能力，有效激發自己的學習興趣，培養團隊協作能力，起到科技普及與教學改革的重要作用。然而，在開展虛擬機器人教育的過程中，教師也應注重方式方法，更有針對性的開展教學，本文以內蒙古地區的部分中小學機器人教育實踐為基礎進行探究，旨在為相關中小學開展虛擬機器人教育工作提供更多的理論建議。

參考文獻

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