用IROBOTQ3D進行機器人教學(高中)與競賽的可行性探究

劉曉峰

摘 要：鄉鎮高中機器人教學作為一些課外選修、興趣學科，面對的現實是實驗器材少、訓練場地的制約，難以全面普及。近年來，高仿真的3D虛擬機器人軟件開始出現,而IRobotQ3D就是其中功能比較全面的，通過選擇它作為教學軟件，可以在鄉鎮高中學生中形成機器人選修教程，從而推動鄉鎮高中一定的機器人普及教育。

關鍵詞：IRobotQ3D； 鄉鎮高中； 機器人教學軟件； 機器人選修課

中圖分類號：G434文獻標識碼：A文章編號：1006-3315（2014）03-022-001

《江蘇省普通高中信息技術課程標準教學要求》（2006年）中有一個模塊選修5：人工智能初步，本模塊的教學應強調讓學生體驗人工智能技術的具體應用；根據高中學生的知識基礎和本校實際情況開展教學；要注意發現有特長的學生并對他們進行有針對性的教學。

而機器人就屬于人工智能的一塊分支，它是一門集合了應用數學、力學、機械、電子、計算機、控制、傳感技術、通信和人工智能等多種技術在內的綜合實踐性課程，它要求學生能夠綜合地、靈活地運用各種知識，在團隊合作、實踐操作的學習形式下完成一個個小項目，從而達到培養學生綜合運用信息分析問題、解決問題的能力。機器人教學體現了“做中學”的教學理念,在學習過程中強調動腦與動手的結合,從而有利于改變傳統的教學方式,為學生的終身學習打下基礎。世界發達國家例如美國、英國、法國、德國、日本等已把機器人教學納入中小學教育之中，我國許多有條件的中小學也開展了機器人教育。

但由于受到經費、師資、器材等因素的制約，在高中階段只涉及軟件的學習，在完全虛擬的3D環境來進行組裝，調試，更改，成為一個很好的介入機器人學習的一種可行的途徑。

但正因為是全軟件的緣故，沒法給我們實際環境中的真實的體驗，比如輪胎材質的摩擦力，馬達的不同轉速所帶來不同的扭矩感受等，當然這是由于直接的經濟問題帶來的結果，下面就我使用這款軟件所得的感受論述之，以此證明IRobotQ3D用在高中選修教學中還是有其獨特的優勢的。

核心技術：

IRobotQ3D虛擬機器人軟件提供了多個平臺，有機器人搭建平臺，設計場景調試平臺，在線網絡對戰平臺。

場景調試平臺突出了基于物理引擎的設計，能模擬真實的物體運動以及物體的密度、質量、速度、加速度等各種現實物理屬性，在發生碰撞、受力、摩擦等運動時能模擬出不同的運動效果。

優點：可以選擇不同的測試場景，不用制作購買相應的材料。也可以自己定義構造一個測試的環境，天空，陸地，海洋信手拈來。是一個完全開放的任務體系。

缺點：情景不夠真實，另外虛擬機器人軟件的各種不足，教學中設計的任務往往會忽略很多現實生活中的因素，出現機器人運動過于理想化，虛擬化的現象。使學生對所學習的物理傳感器的作用不夠真實、深刻。不利于學生思維嚴謹性和周密性的培養。

搭建平臺是3維的，可以360度球形的看整個設計、拼裝的機器人，在搭建的過程中只要注意相對應的拼裝點連接就可以了，釋放起來也很方便。相同的部件可以通過復制的方式完成，減少實際過程的工作量。制作好的機器人可以保存起來，如果要在不同的環境中調用，只要更改一些細節的地方就可以了，著實方便。

優點：可以培養學生的三維空間感，減少反復拼裝所花的時間。

缺點：沒法體會到實際拼裝，動手的快樂。

完成一個項目、構建一個機器人作品，需要考慮機械搭建、建好執行機構、構思控制電路，選擇傳感器及其安放位置，設計控制邏輯和編寫程序等。當這些內容都考慮好并實施后，發現機器人也未必能像想象中的那樣工作。這時，就要求制作者仔細分析問題的癥結及其解決辦法。讓制作者按照規定的邏輯一步一步去實驗、去探索、去研究，從而真正完成項目機器人的制作。這個過程是個手腦結合的過程，面對相同的任務，不同的思考就有不同的設計和結果。

Noc網絡競賽平臺，類似QQ的對戰游戲。大家在統一構造好的場景下，各自設計自己的賽車和程序，然后去放在同一環境下競賽，看各自的成績，在此過程中大家可以相互交流設計的思路，然后去完善，共同提高！

優點：可以省卻比賽必須要面對面的方式，節省其中所要花費的交通、住宿費用，而且在同一臺服務器下競賽，比真實的環境更加公平公正，機器人也沒有損壞的危險。

缺點：大家交流時，機器人的直觀性不夠，相互使用的計算機配置不可能完全一樣，或許這點不夠公平。

不少虛擬機器人比賽的任務場景華麗，設計新穎，對學生有很大的吸引力和挑戰性。在IROBOTQ3D中，大部分任務都具有很強的目標導向性，學生完成任務的情況，只看運行結果就能一目了然，以致學習評價通常都采用終結性評價。

虛擬機器人教學，既有明顯的程序特征，又有典型的應用特點，讓學生通過虛擬機器人的學習，能夠在創新思維、動手實踐和解決問題等能力上得到真正的發展與提升，為今后的學習、工作、生活打下良好的基礎。

任何事物都是有兩面性的，在面對實驗器材少、訓練場地的制約時，通過開展3D虛擬機器人的學習，能大大的提高我們機器人教學效果，為我們的素質教育提供了一條很好的出路，也應該能在機器人教學（高中）中擁有美好的明天。

參考文獻：

[1]杭州蘿卜圈3D仿真網絡軟件公司——入門教程

[2]周雪鏞.探索鄉鎮初中機器人教學的途徑，科學大眾2011.(2)