創客環境下信息技術教育中 虛擬機器人的應用策略分析

商寧

【摘要】? ? 國家提倡每個學生都能成為生活的創客，而虛擬機器人就是教育開展非常好的一個切入點。信息技術課程的程序設計教學模塊與虛擬機器人教育的相結合，進行程序設計教學的開展，讓學生樂中學學中做，進而將學生的主體地位以及創造力充分的發揮出來。本文根據創客教育的發展現狀，闡述了虛擬現實技術的應用意義，對虛擬機器人的應用實踐進行了分析和探討。

【關鍵詞】? ? 創客環境? ? 信息技術教育? ? 虛擬機器人應用

引言：

2017年國家頒發的《新一代人工智能發展規劃》中提到未來的教育其全民智能教學項目要得到普及，同時在中小學中能夠切實的讓與人工智能有關的課程得到開設，并充分地將其計算思維與編程思想推廣出去，積極地鼓勵學校對人工智能編程教學軟件的開發與制作等教育項目的參與。另外，創客有利于學生創造性思維及動手實踐能力的培養。虛擬機器人不僅可以理解人類的問題同時還可以解決問題，它是進行融合了多元人工技術的智能機器人。在創客的環境下信息技術教育中，借助虛擬機器人進行人工智能教育的開展是一個非常好的切入點。

一、創客教育的興起與發展現狀

創客一詞來自美國，“ Maker ”其意“制造者”，現在創客主要是通過各種網絡軟件，將自己的創意轉變成真實的手工作品。有一群勇于創新的人，他們不分年齡和性別，享受著創新中的喜悅。只要具有這種創新意識、動手能力以及精神，都可以成為信息化時代的創客?！皠摽徒逃笔莿撔碌拿~。也逐漸融入到現代教學中，他能讓學生更有意義的學習，因此在創客教育理念下的教學設計課程，是非常的重要的，既要突出教，也不忽視學。當前為了讓學生能夠實際的接觸到基本的功能以及代碼，并基于學生的年齡以及學習特點，通常會選擇簡單容易上手的MicroPython作為編程平臺，以滿足學生創客教育的需求。由于Python具有易學和易讀的特性，學生經過幾個小時就可以很快的上手，并通過學習Python的語法和循環、判斷等專業知識，可以有助于學生深入的對電子模塊驅動的了解，進而將編程和電子技術相結合的使用，也能激發出學生的熱情。

創客教育的國內外研究現狀。近年來，隨著社會越來越多的專家學者及教育機構對機器人教育的重視，在信息技術教學課堂中引入虛擬機器人的課程教學。由于我國機器人教育起步較晚，在條件有限、資源不足以及教育經費受限的情況下進行機器人教育開展，并將其中的價值體現出來，就需要將一種新的機器人教育載體尋找出來。就國內創客教育的發展而言，也在建設適合我國學生創客教育相關的課程、課堂以及學習模式，并以此來將中小學生的創新能力以及創造精神培養出來，進而全面的提升我國中小學生的學習能力、實踐能力以及創新能力。

二、虛擬現實技術概況

虛擬現實技術它將多種信息融為一體， 基于計算機進行模擬虛擬環境進而使人沉浸在此環境中。所謂虛擬現實技術主要就是虛擬和現實的結合體。虛擬現實技術主要是在計算機技術的輔助下將高技術模擬系統有效的生成，同時也是一門具有挑戰性的前沿學科。隨著社會生產力及科學技術的飛速發展，虛擬現實技術在各個行業中的需求也越來越大，同時也得到了巨大的進步。同時在醫學方面、教育等方面也得到了廣泛的應用。就如虛擬技術能夠在虛擬空間中將人體組織和器官模擬出來，也可進行構建出一個病人身體的虛擬模擬，通過虛擬空間進行手術的模擬操作和預演，可極大地提高手術的成功率。又如在教學中利用虛擬現實技術將生動形象的學習環境打造出來，學生通過真實的感受有助于增強記憶，也讓學生能更加自主的接受學習，激發學習興趣，還可利用虛擬現實技術進行構建與學科相關的模擬實驗室。以此，虛擬現實技術也受到了越來越多人的喜愛，人們在虛擬現實的世界里可體驗到最為真實的感受，進而讓人有種身臨其境的感覺。

虛擬現實擁有很強的感知系統，即視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等等，同時也有具備非常強的仿真系統，真正的將人機交互實現了，讓人在操作中可以更加的隨意且能得到環境最真實的反饋。正是因為虛擬現實技術中的感知性以及交互性、存在性的特點也使得其應用越來越廣泛。

三、新課程改革背景下的中小學機器人教育

在中小學的信息技術教育中引入機器人教學可以將學生的綜合素養以及信息素養培養出來，促進學生能更加全面的發展。當下虛擬現實技術在教育領域中最為突出的體現就是虛擬機器人，機器人的發明研究、實踐應用是基于社會生產和科學研究的需求為基礎的，引入到中小學的教育中也使得該領域得到進一步的擴展。因此，中小學中引入機器人教育也越來越受國家的重視，在創客環境下信息技術教育中也將教育機器人教學納入了其中，使其成為信息技術教育中較為重要的教學內容。另外以機器人教育為主題的第二課堂興趣小組等課外活動的普及和推廣也得到了快速的發展，同時機器人教學也受到了更多學生的喜愛。 隨著各類機器人競賽參加人數規模的壯大，比賽項目也得到了極大地完善。機器人教學的應用價值在教育界也逐步的得到了認同，同時學生在競賽的參與過程中其思維的發展也越來越好，學生動手能力也得到極大地增強。

四、創客教育背景下信息技術中虛擬機器教育的應用策略

結合當前中小學虛擬機器人教學的實踐情況， 學生的實際接收能力可以劃分為普及、提高、創新三個層次，首先要在信息技術課堂上普及虛擬機器人的基本知識，讓其都能夠對虛擬機器人有一個很好的認識及了解，同時這一階段主要以培養學生的學習興趣以及開闊眼界為主;其次，開設第二課堂，將對其有興趣的學生組織起來進行輔導，對虛擬機器人進行更加深入的學習和研究，并且積極地鼓勵學生進行機器人的搭建，基于此來逐漸的提升學生的動手能力;最后對學生的實踐能力進行評價，挑選有研究特長的進行團隊合作，對機器人的工作原理以及編程思想、傳感器應用等知識進行進一步的探討研究，進而有效的將學生在虛擬機器人方面的創造力提高，并對各種機器人競賽進行積極地參與。

4.1以學生為主體，分層分組教學，因材施教

基于創客環境下的機器人教育，不僅可以讓學生學習到機器人知識，還能培養學生的動手能力。在教學過程中還要考慮學生的接受能力，要根據學生的興趣和能力來選擇教學內容，從而使得教學設計與學情相符，對學生進行分層教學，這樣各種學習程度的學生都能體會到學習機器人的樂趣，從而提升學生的學習信心。通過對學生進行分層和制定學習任務，可以讓學生的學習目標加以明確，并提升學生的問題解決能力，達到能編寫程序的目標。

4.2通過信息技術教學來提升學生的動手能力和創新能力

學生通過對虛擬機器人技術的學習，不僅可以對信息技術最前沿領域有一定的認識，還能對科學技術的最新發展有實時的了解，這也對信息技術課程進行了延伸與拓展。機器人包含了傳感器、控制器以及執行器三部分。傳感器實現了信息的傳達和反饋，控制器主要是進行判斷所接受到的信息，最后由執行器進行響應。虛擬機器人技術與計算機工作原理相通，都是通過輸入設備接收指令，通過外部設備將指令傳輸到CPU，在通過CPU對其指令進行分析判別，然后輸入存儲器進行存儲，最后由輸出設備完成信息轉換工作，使人們能夠對信號進行識別和接收。教師在信息技術課堂講解虛擬機器人與計算機的工作原理，可以讓學生對計算機原理的理解得到鞏固加深的作用，并且對于信息技術的知識結構可以更加系統全面的掌握。

4.3開闊多元化視野，融合各學科知識

虛擬機器人教育是對各學科的知識進行了融合，在虛擬機器人教學的過程中，學生的學科知識面也需適當的擴展，進而讓學生在完成機器人既定任務的同時還能對相應的科學知識進行有效的掌握。就如，機器人利用紅外線傳感器對前方的障礙物進行檢測時，紅外線會進行判斷不同顏色值，當前方有障礙物時，機器人需要能夠選擇避開障礙，能將可通行的路段選擇出來繼續向前行駛。以上這個過程需要對光學知識進行掌握，以及對光譜知識有一定的了解。

4.4發揮學生主動性，自主探究合作交流

通過營造輕松愉快的學習氛圍，增強師生之間的交流，進而學生可以在更加輕松地環境中進行學習。同時還要給予學生充足的時間進行思考和創作的時間，學生之間在進行虛擬機器人合作制作的過程中，團隊的合作溝通也需要加強，這個過程對于學生團隊合作能力以及解決問題能力的鍛煉有著非常重要的作用，能夠很大程度的提升學生信息技術學科的核心素養。另外學生在合作中，思想的碰撞出現了新的火花，可能會出現各種各樣的新問題，在經過其共同的探討研究， 也會加深學生對問題的深度思考以及對知識的掌握理解。

4.5培養學生核心素養，養成嚴謹、細致的科學研究態度

信息技術課堂中進行虛擬機器人教學，可以為學生提供一個自由發揮的空間，學生可以自由自在的進行虛擬機器人的制作，并讓機器人解決現實生活中的實際問題，將學生發現問題以及解決問題的能力展現出來。學生經過編寫程序將相對應的問題解決，首先要對問題的幾種情況進行分析，在動手編程以及進行調試讓機器人檢測障礙物。就比如讓機器人執行巡線走任務時，是否巡線就要用到if判讀語句，學生對幾種情況進行判讀，學生專心細致的進行相應程序的編寫，另外在進行調試時反復的進行測試及不斷改進，能夠將學生的動手能力以及觀察能力、發現問題以及分析問題和解決問題的能力培養出來，使其形成了良好的變成習慣，所有的問題都是經過先實踐的基礎上，將問題找出來，在進行分析，這種解決問題的形式可以較順利的將機器人教學的難點得到突破，進而有效的時其教學的重點得到了解決。

五、結束語

本文通過創客下對信息技術課堂中開展虛擬機器人的應用進行了分析，并在信息技術課堂中引入了虛擬機器人的教學，根據學生的實際學情進行分層教學，并制定任務明確目標，使學生的實踐能力及創新能力都到了鍛煉，讓學生形成良好的信息技術學科素養以及嚴謹細致的科學態度。使其心中都能深埋機器人的種子，進而讓每一個學生都能成為擁有自身想法的創客。

參? 考? 文? 獻

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