虛擬機器人應用在中學信息技術程序設計教學中的探究

張小東

【摘要】虛擬機器人的應用能夠讓程序設計的思想更容易被學生理解和消化，從而增強學生的自信心，吸引學生參與到教學活動中。本文就虛擬機器人在中學信息技術程序設計教學中的實際應用展開研究，總結其應用價值及對策。

【關鍵詞】虛擬機器人;中學信息技術;程序設計;教學對策

信息化教學中程序設計教學屬于極為重要的組成部分，開展這項教學內容能夠幫助學生培養分析問題、解決問題的能力，對于學生的學習、成長具有積極意義。就目前信息化教學中程序設計的教學現狀來看，其存在學生學習興趣不足、教學內容過于枯燥等問題，直接造成中學階段的學生無法在課堂上理解教師講述的知識。虛擬機器人可通過計算機完成搭建和運行，實際教學過程中中學階段的學生對虛擬機器人保持莫大的興趣，教師的教學壓力也明顯降低，整體教學效果得到改善。基于此，現階段的中學信息技術程序設計教學應當積極研究虛擬機器人的應用技術，致力于實現教學效果的提升。

一、虛擬機器人的原理

虛擬屬于虛擬現實技術的產物，主要利用計算機來構建一個模擬環境，將大量的信息整合起來，展現出一個能夠進行交互行為的三維動態視景。虛擬機器人涉及到傳感技術、計算機圖形學技術、多媒體技術以及網絡技術等多方面知識，在教育、醫學、航空等領域均有關于虛擬機器人技術的應用。以教育領域的應用為例，在三維仿真教育系統中，虛擬機器人一般包括四個模塊，對應為虛擬機器人的搭建模塊、虛擬場地的搭建模塊、機器人完成場地任務的程序編寫模塊、仿真運動模塊，實際的教學活動為通過虛擬機器人軟件進行虛擬場地的搭建，之后搭建一個虛擬機器人來完成虛擬場地中的相關任務。

二、虛擬機器人在中學信息技術程序設計教學中應用的現實意義

自國務院頒發《新一代人工智能發展規劃》文件以來，信息技術教學在各個年齡段教學中占據的比重越來越大。對于中學階段的學生來說，信息技術程序設計教學能夠培養學生的算法思維、創造性思維，對于其未來的成長、學習均具有積極意義。隨著信息技術的不斷發展，虛擬機器人的成本也明顯降低，這一教學裝備逐漸出現在教學領域中，而且機器人競賽活動也開始成為主流。目前國內在這方面的研究仍處于起步階段，與發達國家已經開展虛擬機器人相關的競賽比較相對落后，但虛擬機器人對于教學效果的促進作用不容忽視，相關國內教育工作者已經開始關注虛擬機器人的應用，對其應用價值做出了明確闡述，主要有對學生學習興趣的激發、學生邏輯思維能力以及創新思維能力的培養、教學難度的降低等，對于整體教學效果的改善具有積極意義。此外，諸多學者指出了虛擬機器人的應用在促進信息技術程序設計教學進一步發展中的積極意義，同時有助于虛擬機器人教育模式的推廣，基于此，虛擬機器人在中學信息程序設計教學中的應用探究尤為重要，是當下需要積極研究并解決的重要問題。

三、虛擬機器人在中學信息技術程序設計教學中的應用

1.虛擬機器人的應用能夠激發學生的學習興趣

虛擬機器人對于中學階段的學生來說具有莫大的吸引力，實際利用虛擬機器人開展程序設計教學時，機器人的結構設計和程序設計都是圍繞教學目標進行，為提升教學效果，設計完成的內容對于現階段的學生都具有挑戰性。實際開展程序設計教學時，學生對虛擬機器人的興趣被完全轉變為解決任務的欲望和動力，使得學生可以全身心的投入到程序的學習、觀察以及編寫中，以中學信息技術程序設計教學中if語句教學為例，可以為學生設計一個讓機器人沿著軌跡運動的基礎任務（如圖1），此時，學生就要考慮如何實現機器人在機器人場景中按照既定的軌跡線運動，進而思考if語句的使用。

通過虛擬機器人在中學信息技術程序設計教學中的應用，涉及程序語句的教學與學習就像游戲一樣，后續開展更復雜的程序語句教學時，就可以在軌跡線上增加更加復雜的圖形，讓學生學習并嘗試利用復雜的程序語句進行設計，從而讓學生在完成任務的過程中順利掌握程序設計知識以及程序設計的思想。

2.虛擬機器人的應用使得程序設計直觀易懂

虛擬機器人包括四大組成模塊，對虛擬機器人加以運用時，需要使用到這四大模塊，其不同于傳統的編程方式，圖形化的編程環境（如圖2）有利于學生更好地理解程序模塊能夠發揮的作用以及使用方法，對于編程知識的初學者來說，這種方式有利于降低其學習難度，而且在編程思維培養方面不會造成任何不良影響。以圖2為例，所有的編程模塊都通過圖標來呈現，中學生在進行程序設計時只需要按照相應的編程邏輯將不同的功能模塊放置到合適的位置，繪制出流程圖，機器人就可以按照流程圖中的程序進行運動，此外，這種設計完成后文本源代碼也會對應生成，同樣可以在文本源代碼中進行文字編程，具有文本編程和編程模塊圖標編程兩種方式共同兼容的應用優勢。

虛擬機器人的應用能夠讓所有的程序語句以直觀、形象的方式呈現出來，程序設計教學的難點問題得到有效解決，避免了學生在教學過程中產生學習內容枯燥乏味的錯誤認知，可以在程序設計教學中始終保持較高的專注度。

3.虛擬機器人的應用能夠培養學生的思維能力

中學信息技術程序設計教學的核心內容就是實現對學生思維能力的培養，以便學生能夠在教學過程中正確把握編程邏輯，讓復雜的問題簡單化。虛擬機器人在程序設計教學中的實際應用，其中涉及到的圖形模塊化編程環節，直接營造了一個良好的程序實踐環境，在這樣的教學環境下，學生主動參與程序的設計，觀察并分析程序中存在的邏輯關系，最后在機器人的仿真行為中對觀察結果進行驗證，通過不斷的觀察、思考、實踐、驗證的方式學習并掌握算法思維，得到綜合性思維能力的提升。此外，虛擬機器人的教學中需要完成多個機器人場景中的任務，這一過程中也可以引發學生對算法的思考和總結，促使學生結構化算法思想的有效形成。

4.虛擬機器人的應用可以促進學生的創新發展

虛擬機器人具有一定的競技性，對于中學階段的學生來說，具有競技性的教學內容更容易調動其學習積極性，也是學生創造力培養的關鍵助力。將虛擬機器人應用到中學信息技術程序設計的教學中，可以在班級范圍內、年級范圍內以及學校范圍內組織競賽活動，以此鼓勵學生積極學習虛擬機器人的相關知識。校內完成虛擬機器人的競賽活動后，成績優異的學生可以組織參與市級的競賽活動，讓學生在競賽活動的刺激下積極學習程序設計的相關知識，同時做好自主學習、擴展學習，不斷在虛擬機器人競賽中創新突破，得到創新能力的激發和培養。

虛擬機器人在中學信息技術程序設計教學中的應用具有極為重要的現實意義，體現在降低程序設計教學難度、提升中學生參與程序設計教學的積極性、緩解中學教師程序設計教學壓力等方面，對于教學效果的提升具有積極影響，值得相關教育工作者深入研究，探索其在實際教學中的應用方式。

參考文獻：

[1] 喬陽，敖冰峰，楊宏帥. 理實一體課程在線教學實施探索——以“工業機器人典型應用現場編程與調試”課程為例[J]. 發明與創新：職業教育，2020（9）：2.

[2] 張曉芳，秦婧，李頲. 工業機器人虛擬工作站離線編程技術的教學與實施[J].無線互聯科技，2021，18（10）：3.