虛擬機器人在中學(xué)教育中的應(yīng)用
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摘要隨著我國教育事業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步，教育改革成為了我國教育事業(yè)發(fā)展的重要內(nèi)容，而將科技普及到教育事業(yè)中也成為了國家教育事業(yè)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(yīng)用在中學(xué)教育中，針對中學(xué)信息技術(shù)課程中的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計，使虛擬機器人在教學(xué)中可以起到應(yīng)有的效果，更好的發(fā)揮機器人教育的效果與作用，提高學(xué)生對于科技的興趣，為中學(xué)教育事業(yè)的發(fā)展與進(jìn)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(xué)教育中的應(yīng)用進(jìn)行研究，著重從虛擬機器人的教育價值與應(yīng)用兩個方面進(jìn)行探究，旨在為機器人教育的發(fā)展與完善提供助力。
關(guān)鍵詞虛擬機器人；中學(xué)教育；信息技術(shù)；科技普及
1虛擬機器人技術(shù)的相關(guān)理論概況
虛擬機器人主要是基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)的一種技術(shù)，由于該技術(shù)的智能化發(fā)展及功能的豐富，可以應(yīng)用在各個領(lǐng)域中。與傳統(tǒng)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(shè)備等都是虛擬構(gòu)成的，在實際運作的過程中也是基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)開展的，因此如果用戶存在需求時，虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以構(gòu)建起虛擬實驗室、虛擬實訓(xùn)基地等。將這種技術(shù)應(yīng)用在教學(xué)過程中可以有效地發(fā)揮虛擬現(xiàn)實技術(shù)的特點與作用，進(jìn)而起到完善教學(xué)體系普及科學(xué)技術(shù)知識的作用，應(yīng)用在中學(xué)教學(xué)中可以更好的創(chuàng)造出新的教育模式，通過虛擬與現(xiàn)實相結(jié)合，優(yōu)化教學(xué)模式。
2教育改革背景下的中學(xué)機器人教育
現(xiàn)階段，將虛擬機器人應(yīng)用在教學(xué)工作中不僅僅是一個設(shè)想，而且是我國新課標(biāo)初中信息技術(shù)課程綱要中的重要內(nèi)容，明確了要將機器人教育內(nèi)容與中學(xué)信息技術(shù)課程相融合，有效的開展虛擬機器人的教育教學(xué)工作，進(jìn)而從學(xué)生開始加強科普力量，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力與動手能力。另外，在內(nèi)蒙古等科技普及欠發(fā)達(dá)地區(qū)開展虛擬機器人教育工作更是順應(yīng)我國科技普及發(fā)展的重要目標(biāo)內(nèi)容，也是帶動當(dāng)?shù)亟逃齽?chuàng)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(jìn)機器人教育的推廣與發(fā)展
虛擬機器人平臺使得面向大眾的機器人教學(xué)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(xué)提供大量的素材與源代碼，進(jìn)而幫助學(xué)生開展訓(xùn)練和學(xué)習(xí)，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(nèi)蒙古地區(qū)，許多學(xué)校就開展了虛擬機器人教育工作，進(jìn)而有效的填補了機器人教育的空白，更好地實現(xiàn)了機器人科技的普及，同時節(jié)省了成本，完善并創(chuàng)新了教育模式。
3.2有利于轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，發(fā)展學(xué)生的個性
在對內(nèi)蒙古開展虛擬機器人教育的學(xué)校進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，這部分學(xué)校在開展機器人教育后，許多學(xué)生表現(xiàn)出了非常高的興趣，進(jìn)而有效的轉(zhuǎn)變了學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，使學(xué)生更近距離的接觸科技，提高了學(xué)生在學(xué)習(xí)中的思維能力與動腦能力。部分學(xué)校開展了小組學(xué)習(xí)與網(wǎng)絡(luò)在線學(xué)習(xí)等多種形式，根據(jù)學(xué)生的需求開展了機器人教育工作，充分發(fā)展了學(xué)生的個性。另外，有些學(xué)校還開展了虛擬機器人設(shè)計大賽等競賽形式，學(xué)生踴躍參與到機器人設(shè)計工作中，展示了自己的個性，同時發(fā)揮了想象力與創(chuàng)造力，達(dá)到了應(yīng)用機器人的原始目標(biāo)。
3.3有利于學(xué)生培養(yǎng)邏輯思維能力和解決問題的能力
另外，在將虛擬機器人應(yīng)用在中學(xué)教育中時，學(xué)生的邏輯思維能力與解決問題的能力也得到了提高與發(fā)展，更多的教學(xué)素材與教學(xué)方向被挖掘出來，學(xué)生通過機器人學(xué)習(xí)更好的掌握了基礎(chǔ)的科技知識，循序漸進(jìn)，有效的激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)造力與想象力，為學(xué)生的未來發(fā)展提供更多的可能。
4虛擬機器人在中學(xué)教育中的應(yīng)用策略研究
結(jié)合內(nèi)蒙古部分中學(xué)的實際情況，在開展虛擬機器人教學(xué)的實踐時應(yīng)當(dāng)針對學(xué)生的接受能力進(jìn)行有效開展，因此，本文有針對性的進(jìn)行對虛擬機器人在中學(xué)教育中的應(yīng)用策略進(jìn)行研究探討。
4.1明確學(xué)生的主體地位，實施分組教學(xué)的策略
在開展機器人教育工作時，教師應(yīng)當(dāng)明確機器人教學(xué)的目標(biāo)，針對目標(biāo)設(shè)計課程內(nèi)容與學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)習(xí)任務(wù)與目標(biāo)的設(shè)計應(yīng)當(dāng)充分符合學(xué)生的接受能力與理解能力。比如說內(nèi)蒙古包鋼第12小學(xué)在引用機器人教學(xué)時就針對低年級與高年級學(xué)生理解能力與思維能力的不同開展了差異性的課程任務(wù)設(shè)計。另外在教學(xué)過程中教師可以將學(xué)生分組，根據(jù)學(xué)生對于機器人理論知識的理解分成若干個組，更好的發(fā)掘?qū)W生的潛力。
4.2立足信息技術(shù)課堂，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新能力與動手能力
在引用機器人教育工作時，學(xué)校可以立足與信息技術(shù)課程中，內(nèi)蒙古包頭昆區(qū)第五中開展了相關(guān)的信息技術(shù)教學(xué)工作，將信息技術(shù)課程與虛擬機器人教學(xué)相結(jié)合。在將機器人教學(xué)引入到信息技術(shù)課程中時，教師針對機器人的工作原理與編程內(nèi)容等進(jìn)行教學(xué)，使學(xué)生更加系統(tǒng)的接觸并了解機器人的相關(guān)知識理論。
4.3開拓多元化視野，融合各學(xué)科知識
虛擬機器人技術(shù)不僅應(yīng)用到了計算機技術(shù)，同時也可以聯(lián)系到各個學(xué)科內(nèi)容知識，因此在開展機器人教學(xué)工作時，教師應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)臄U(kuò)展學(xué)生的知識面，將更多的科學(xué)知識應(yīng)用在教學(xué)內(nèi)容中，增強學(xué)生對于機器人的理解與學(xué)習(xí)興趣。例如，機器人在在使用紅外線傳感器進(jìn)行紅外線測障時，紅外線對不同顏色的值可以做出相應(yīng)的判斷，進(jìn)而躲避障礙物。這個過程就需要學(xué)生掌握紅外線的光學(xué)知識，了解光譜知識，各種顏色的RGB對應(yīng)的數(shù)值。
4.4積極開展和參加虛擬機器人競賽活動
除了教學(xué)工作與實踐工作之外，學(xué)校還可以積極組織學(xué)生開展虛擬機器人競賽或者參與到各地區(qū)或者國家性的競賽之中，給學(xué)生一個有效的鍛煉機會，學(xué)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(nèi)容的掌握與理解。比如說在2018年12月份，內(nèi)蒙古包頭市昆區(qū)包鋼第12小學(xué)以及包鋼五中就參與到了我國電子學(xué)會組織的第六屆全國青少年電子信息智能創(chuàng)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(nèi)容是無人駕駛的虛擬模擬，在比賽中，學(xué)生通過有效的編程設(shè)計出在虛擬環(huán)境中的無人駕駛機器人，最終，兩所學(xué)校參賽的中小學(xué)生在本次比賽中均獲獎。
4.5培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力與核心素養(yǎng)
虛擬機器人教育屬于我國較為前沿的教育教學(xué)工作，在這項教學(xué)工作中，學(xué)生可以更好的發(fā)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(xué)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(xué)生的創(chuàng)新能力與核心素養(yǎng)，為學(xué)生形成嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的科學(xué)研究態(tài)度。內(nèi)蒙古包頭昆區(qū)包鋼第12小學(xué)在開展教學(xué)工作時注意到了對學(xué)生核心素養(yǎng)以及科研態(tài)度的培養(yǎng)，因此在教學(xué)中也嘗試引導(dǎo)學(xué)生通過編程來發(fā)現(xiàn)問題、尋找方向、解決問題。如機器人在完成循線走的任務(wù)時，需要用到If判讀語句來選擇是否循線，需要學(xué)生判讀幾種情況，需要學(xué)生小心、細(xì)致、專注地進(jìn)行程序編寫。學(xué)生經(jīng)過不斷的調(diào)試與研究可以養(yǎng)成良好的編程習(xí)慣，進(jìn)而為學(xué)生思維能力與創(chuàng)造力的發(fā)掘奠定堅實的基礎(chǔ)，為學(xué)生形成良好的思維習(xí)慣與團(tuán)隊能力，養(yǎng)成學(xué)生細(xì)致嚴(yán)謹(jǐn)不厭其煩的科學(xué)研究態(tài)度，為我國科技人才的培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。
5結(jié)論
總而言之，虛擬機器人教育應(yīng)用在中小學(xué)教育中有著積極的價值，學(xué)生在接受機器人教育的過程中可以提高自身綜合素養(yǎng)與綜合能力，有效激發(fā)自己的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)團(tuán)隊協(xié)作能力，起到科技普及與教學(xué)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(yīng)注重方式方法，更有針對性的開展教學(xué)，本文以內(nèi)蒙古地區(qū)的部分中小學(xué)機器人教育實踐為基礎(chǔ)進(jìn)行探究，旨在為相關(guān)中小學(xué)開展虛擬機器人教育工作提供更多的理論建議。
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作者：熊祥成 李思瑤 單位：武漢商學(xué)院