虚拟机器人在中学教育中的应用研究

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　　摘 要 随着我国教育事业的发展与进步，教育改革成为了我国教育事业发展的重要内容，而将科技普及到教育事业中也成为了国家教育事业以及科普工作的主要方向之一，在这方面，虚拟机器人就是一个很好的方向，将虚拟机器人更好的应用在中学教育中，针对中学信息技术课程中的相关内容进行设计，使虚拟机器人在教学中可以起到应有的效果，更好的发挥机器人教育的效果与作用，提高学生对于科技的兴趣，为中学教育事业的发展与进步提供一个更加新颖的视角与方向。因此，本文针对虚拟机器人在中学教育中的应用进行研究，着重从虚拟机器人的教育价值与应用两个方面进行探究，旨在为机器人教育的发展与完善提供助力。
　　关键词 虚拟机器人；中学教育；信息技术；科技普及
　　中图分类号 TP3 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2019）234-0116-02
　　机器人教育的理念与概念在我国已经所尝试与实践，在许多发达地区的中学教育工作中，应用机器人教育融入到中学教育中的体系与模式已经较为完善，但是在我国的部分科技欠发达地区如内蒙古等在信息技术教育方面并没有开展机器人教育工作。但是随着科技的发展与进步，虚拟机器人已经逐渐取代了机器人的大部分功能，并且可以有效地减少经费的支出与成本的消耗，因此，将虚拟机器人应用在中学教育工作中可以有效地减少成本的支出与消費，同时可以达到更好的科普效果，提高中学教育的质量，丰富中学教育内容，是我国教育事业体系完善发展的重要方向之一。
　　1 虚拟机器人技术的相关理论概况
　　虚拟机器人主要是基于虚拟现实技术的一种技术，由于该技术的智能化发展及功能的丰富，可以应用在各个领域中。与传统的实体机器人不同，虚拟机器人所需要消耗的成本较小，机器人的整体部件、设备等都是虚拟构成的，在实际运作的过程中也是基于虚拟现实技术开展的，因此如果用户存在需求时，虚拟现实技术可以构建起虚拟实验室、虚拟实训基地等。将这种技术应用在教学过程中可以有效地发挥虚拟现实技术的特点与作用，进而起到完善教学体系普及科学技术知识的作用，应用在中学教学中可以更好的创造出新的教育模式，通过虚拟与现实相结合，优化教学模式。
　　2 教育改革背景下的中学机器人教育
　　现阶段，将虚拟机器人应用在教学工作中不仅仅是一个设想，而且是我国新课标初中信息技术课程纲要中的重要内容，明确了要将机器人教育内容与中学信息技术课程相融合，有效的开展虚拟机器人的教育教学工作，进而从学生开始加强科普力量，提高学生的创新能力与动手能力。另外，在内蒙古等科技普及欠发达地区开展虚拟机器人教育工作更是顺应我国科技普及发展的重要目标内容，也是带动当地教育创新与教育改革的有效途径。
　　3 虚拟机器人的教育价值分析
　　3.1 有利于促进机器人教育的推广与发展
　　虚拟机器人平台使得面向大众的机器人教学成为可能。目前我国较为流行的虚拟机器人平台主要有NSTRSS、中鸣3D仿真平台、LDD平台以及iRobotQ3D机器人在线仿真平台四个。这四个平台可以有效地为教育教学提供大量的素材与源代码，进而帮助学生开展训练和学习，有效地解决了实体机器人教育工作难以开展的难题。比如在内蒙古地区，许多学校就开展了虚拟机器人教育工作，进而有效的填补了机器人教育的空白，更好地实现了机器人科技的普及，同时节省了成本，完善并创新了教育模式。
　　3.2 有利于转变学生的学习方式，发展学生的个性
　　在对内蒙古开展虚拟机器人教育的学校进行研究后发现，这部分学校在开展机器人教育后，许多学生表现出了非常高的兴趣，进而有效的转变了学生的学习方式，使学生更近距离的接触科技，提高了学生在学习中的思维能力与动脑能力。部分学校开展了小组学习与网络在线学习等多种形式，根据学生的需求开展了机器人教育工作，充分发展了学生的个性。另外，有些学校还开展了虚拟机器人设计大赛等竞赛形式，学生踊跃参与到机器人设计工作中，展示了自己的个性，同时发挥了想象力与创造力，达到了应用机器人的原始目标。
　　3.3 有利于学生培养逻辑思维能力和解决问题的能力
　　另外，在将虚拟机器人应用在中学教育中时，学生的逻辑思维能力与解决问题的能力也得到了提高与发展，更多的教学素材与教学方向被挖掘出来，学生通过机器人学习更好的掌握了基础的科技知识，循序渐进，有效的激发了学生的创造力与想象力，为学生的未来发展提供更多的可能。
　　4 虚拟机器人在中学教育中的应用策略研究
　　结合内蒙古部分中学的实际情况，在开展虚拟机器人教学的实践时应当针对学生的接受能力进行有效开展，因此，本文有针对性的进行对虚拟机器人在中学教育中的应用策略进行研究探讨。
　　4.1 明确学生的主体地位，实施分组教学的策略
　　在开展机器人教育工作时，教师应当明确机器人教学的目标，针对目标设计课程内容与学习任务，学习任务与目标的设计应当充分符合学生的接受能力与理解能力。比如说内蒙古包钢第12小学在引用机器人教学时就针对低年级与高年级学生理解能力与思维能力的不同开展了差异性的课程任务设计。另外在教学过程中教师可以将学生分组，根据学生对于机器人理论知识的理解分成若干个组，更好的发掘学生的潜力。
　　4.2 立足信息技术课堂，锻炼学生的创新能力与动手能力
　　在引用机器人教育工作时，学校可以立足与信息技术课程中，内蒙古包头昆区第五中开展了相关的信息技术教学工作，将信息技术课程与虚拟机器人教学相结合。在将机器人教学引入到信息技术课程中时，教师针对机器人的工作原理与编程内容等进行教学，使学生更加系统的接触并了解机器人的相关知识理论。
　　4.3 开拓多元化视野，融合各学科知识
　　虚拟机器人技术不仅应用到了计算机技术，同时也可以联系到各个学科内容知识，因此在开展机器人教学工作时，教师应当适当的扩展学生的知识面，将更多的科学知识应用在教学内容中，增强学生对于机器人的理解与学习兴趣。例如，机器人在在使用红外线传感器进行红外线测障时，红外线对不同颜色的值可以做出相应的判断，进而躲避障碍物。这个过程就需要学生掌握红外线的光学知识，了解光谱知识，各种颜色的RGB对应的数值。 　　4.4 积极开展和参加虚拟机器人竞赛活动
　　除了教学工作与实践工作之外，学校还可以积极组织学生开展虚拟机器人竞赛或者参与到各地区或者国家性的竞赛之中，给学生一个有效的锻炼机会，学生通过竞赛的形式开展虚拟机器人编程的尝试，可以有效的提高自身对于机器人编程内容的掌握与理解。比如说在2018年12月份，内蒙古包头市昆区包钢第12小学以及包钢五中就参与到了我国电子学会组织的第六届全国青少年电子信息智能创新大赛中，本次参赛就是基于iRobotQ3D机器人在线仿真平台开展的，比赛的内容是无人驾驶的虚拟模拟，在比赛中，学生通过有效的编程设计出在虚拟环境中的无人驾驶机器人，最终，两所学校参赛的中小学生在本次比赛中均获奖。
　　4.5 培养学生创新能力与核心素养
　　虚拟机器人教育属于我国较为前沿的教育教学工作，在这项教学工作中，学生可以更好的发挥自己的想象，施展自己的才华，同时可以搭建属于自己的机器人让学生通过自己搭建机器人，自己解决生活中的实际问题，提高学生的创新能力与核心素养，为学生形成严谨细致的科学研究态度。内蒙古包头昆区包钢第12小学在开展教学工作时注意到了对学生核心素养以及科研态度的培养，因此在教学中也尝试引导学生通过编程来发现问题、寻找方向、解决问题。如机器人在完成循线走的任务时，需要用到If判读语句来选择是否循线，需要学生判读几种情况，需要学生小心、细致、专注地进行程序编写。学生经过不断的调试与研究可以养成良好的编程习惯，进而为学生思维能力与创造力的发掘奠定坚实的基础，为学生形成良好的思維习惯与团队能力，养成学生细致严谨不厌其烦的科学研究态度，为我国科技人才的培养奠定基础。
　　5 结论
　　总而言之，虚拟机器人教育应用在中小学教育中有着积极的价值，学生在接受机器人教育的过程中可以提高自身综合素养与综合能力，有效激发自己的学习兴趣，培养团队协作能力，起到科技普及与教学改革的重要作用。然而，在开展虚拟机器人教育的过程中，教师也应注重方式方法，更有针对性的开展教学，本文以内蒙古地区的部分中小学机器人教育实践为基础进行探究，旨在为相关中小学开展虚拟机器人教育工作提供更多的理论建议。
　　参考文献
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