摘 要：本文基于對虛擬仿真的城鄉(xiāng)中小學(xué)機(jī)器人科技教育均衡化發(fā)展，對其發(fā)展的意義、虛擬活動存在的問題進(jìn)行了闡述，進(jìn)而提出了中小學(xué)機(jī)器人科技教育均衡化發(fā)展策略。

關(guān)鍵詞：虛擬仿真；城鄉(xiāng)中小學(xué)機(jī)器人；科技教育；均衡化發(fā)展

青少年機(jī)器人競賽活動是一項涉及了機(jī)械制造、電子技術(shù)、傳感器、無線通訊、聲音識別、圖像處理和人工智能等領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，在中小學(xué)開展智能機(jī)器人教育可以培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐能力、創(chuàng)新思維能力和團(tuán)結(jié)協(xié)作能力，同時也能夠適應(yīng)新課程改革的需要，對提高中小學(xué)生的信息科技素養(yǎng)有著巨大的促進(jìn)作用。虛擬機(jī)器人活動作為青少年機(jī)器人科技活動的有效補(bǔ)充和功能延伸，具有經(jīng)濟(jì)性、開放性、趣味性、創(chuàng)新性等優(yōu)點(diǎn)

1 中小學(xué)機(jī)器人虛擬活動存在的問題

1.1 虛擬活動的教育功能與中小學(xué)課程整合的問題

當(dāng)前的機(jī)器人科技教育活動，無論是活動內(nèi)容、活動的組織還是評價體系的建設(shè)，由于缺乏系統(tǒng)的研究，其科學(xué)性、嚴(yán)謹(jǐn)性、有效性不足。與《義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)》中提出的“知識與技能”、“過程與方法”、“情感態(tài)度與價值觀”的要求仍未能整合。

1.2 虛擬機(jī)器人活動的創(chuàng)新性問題

虛擬機(jī)器人活動與實體機(jī)器人活動的相比，既有相同性，也有獨(dú)立性。它在優(yōu)勢于任務(wù)的設(shè)計、場景的設(shè)計、機(jī)器人模型的設(shè)計上，不用受到現(xiàn)實器材、場地等條件的制約。實體可以實現(xiàn)的功能，虛擬系統(tǒng)都可以實現(xiàn)；實體現(xiàn)受到環(huán)境或價格因素的制約不能實現(xiàn)的功能，虛擬系統(tǒng)也可以實現(xiàn)。但目前開展的虛擬機(jī)器人項目，大多停留在對實體活動項目的簡單模仿上。

1.3 教學(xué)資源開發(fā)的問題

目前一些地區(qū)與學(xué)校已經(jīng)陸續(xù)開展了與虛擬機(jī)器人相關(guān)的教學(xué)資源的開發(fā)，如在線課程、教材、課件等，但總體上處于“各自為戰(zhàn)”的狀態(tài)，缺乏建立在學(xué)術(shù)研究基礎(chǔ)上的有效指引，在一定程度造成了資源的重復(fù)建設(shè)。

1.4 師資隊伍建設(shè)的問題

虛擬機(jī)器人活動是一個理論與實踐應(yīng)用的結(jié)合十分緊密的項目，對指導(dǎo)教師的綜合素質(zhì)要求較高，指導(dǎo)教師除于要精通程序設(shè)計方面的知識外，還要掌握活動中涉及到的力學(xué)、機(jī)械原理，虛擬機(jī)器人活動還是一種“探究性”學(xué)習(xí)的過程，還要求有指導(dǎo)學(xué)生開展科學(xué)探究的能力。

2 中小學(xué)機(jī)器人科技教育均衡化展虛擬平臺的設(shè)計

2.1 平臺方案

機(jī)器人在線仿真平臺以強(qiáng)大物理引擎作為技術(shù)支撐，以機(jī)器人為載體的科技創(chuàng)新平臺。平臺通過先進(jìn)的3D虛擬技術(shù)對機(jī)器人應(yīng)用的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行高度的3D模擬，對解決機(jī)器人活動發(fā)展中的各種問題作用重大，而基于網(wǎng)絡(luò)互動的應(yīng)用模式將徹底擺脫單機(jī)應(yīng)用方式的后繼乏力問題，可以有效建立起一個可持續(xù)發(fā)展的、充滿樂趣的區(qū)域化科技創(chuàng)新應(yīng)用環(huán)境。系統(tǒng)采用創(chuàng)新的應(yīng)用模式與系統(tǒng)架構(gòu)見表1。

2.2 平臺特性

平臺在新技術(shù)與新模式的探索方面做了非常多的創(chuàng)新，應(yīng)用模式的創(chuàng)新將為活動帶來突破性的應(yīng)用價值，而新技術(shù)的應(yīng)用將讓機(jī)器人仿真具備更好的效果與用戶體驗。

網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用模式：傳統(tǒng)的機(jī)器人仿真軟件只是一個硬件機(jī)器人的簡單延伸，并且基于單機(jī)的應(yīng)用缺少成員間的有效交互，除了簡單的機(jī)器人運(yùn)動軌跡仿真能力，并不足以成為一個有效地活動組織平臺或者教學(xué)、自主學(xué)習(xí)平臺，在推進(jìn)機(jī)器人活動普及的層面，并沒有起到革命性的作用。而本文的機(jī)器人平臺創(chuàng)造性的使用了基于網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用模式，它已經(jīng)不是一個簡單的機(jī)器人仿真軟件，通過基于網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用將可以有效構(gòu)建成區(qū)域的科技創(chuàng)新互動平臺、信息技術(shù)教學(xué)平臺、自主學(xué)習(xí)平臺、玩中學(xué)平臺。

強(qiáng)大物理引擎支撐：傳統(tǒng)的機(jī)器人仿真軟件基本只能實現(xiàn)一些簡單的項目，且并沒有遵循現(xiàn)實的物理規(guī)律，我們可以稱之為程序的仿真，而不是機(jī)器人的仿真，原因在于，沒有物理引擎的支撐。“物理引擎能夠模擬真實的剛體運(yùn)動。運(yùn)動物體具有密度、質(zhì)量、速度、加速度等各種現(xiàn)實的物理動力學(xué)屬性，在發(fā)生碰撞、摩擦、受力的運(yùn)動模擬中，不同的動力學(xué)屬性能得到不同的運(yùn)動效果”

平臺提供了各種類型的場景元素，通過簡單的堆積組合就能方便構(gòu)造一個需要的任務(wù)場景，再通過平臺提供的規(guī)則定制，完成平臺任務(wù)體系的構(gòu)建。一個開放的任務(wù)體系，是平臺是否能夠持續(xù)運(yùn)營的非常重要的一個環(huán)節(jié)。由于有了物理引擎的支撐，場景中的很多元素將具備各種物理屬性，如重量、體積、摩擦、能耗、力等，同時這些信息將真實體現(xiàn)于整個仿真過程。

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