張小東

【摘要】虛擬機(jī)器人的應(yīng)用能夠讓程序設(shè)計(jì)的思想更容易被學(xué)生理解和消化，從而增強(qiáng)學(xué)生的自信心，吸引學(xué)生參與到教學(xué)活動(dòng)中。本文就虛擬機(jī)器人在中學(xué)信息技術(shù)程序設(shè)計(jì)教學(xué)中的實(shí)際應(yīng)用展開研究，總結(jié)其應(yīng)用價(jià)值及對(duì)策。

【關(guān)鍵詞】虛擬機(jī)器人;中學(xué)信息技術(shù);程序設(shè)計(jì);教學(xué)對(duì)策

信息化教學(xué)中程序設(shè)計(jì)教學(xué)屬于極為重要的組成部分，開展這項(xiàng)教學(xué)內(nèi)容能夠幫助學(xué)生培養(yǎng)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，對(duì)于學(xué)生的學(xué)習(xí)、成長(zhǎng)具有積極意義。就目前信息化教學(xué)中程序設(shè)計(jì)的教學(xué)現(xiàn)狀來(lái)看，其存在學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不足、教學(xué)內(nèi)容過(guò)于枯燥等問(wèn)題，直接造成中學(xué)階段的學(xué)生無(wú)法在課堂上理解教師講述的知識(shí)。虛擬機(jī)器人可通過(guò)計(jì)算機(jī)完成搭建和運(yùn)行，實(shí)際教學(xué)過(guò)程中中學(xué)階段的學(xué)生對(duì)虛擬機(jī)器人保持莫大的興趣，教師的教學(xué)壓力也明顯降低，整體教學(xué)效果得到改善?；诖耍F(xiàn)階段的中學(xué)信息技術(shù)程序設(shè)計(jì)教學(xué)應(yīng)當(dāng)積極研究虛擬機(jī)器人的應(yīng)用技術(shù)，致力于實(shí)現(xiàn)教學(xué)效果的提升。

一、虛擬機(jī)器人的原理

虛擬屬于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的產(chǎn)物，主要利用計(jì)算機(jī)來(lái)構(gòu)建一個(gè)模擬環(huán)境，將大量的信息整合起來(lái)，展現(xiàn)出一個(gè)能夠進(jìn)行交互行為的三維動(dòng)態(tài)視景。虛擬機(jī)器人涉及到傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)、多媒體技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多方面知識(shí)，在教育、醫(yī)學(xué)、航空等領(lǐng)域均有關(guān)于虛擬機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用。以教育領(lǐng)域的應(yīng)用為例，在三維仿真教育系統(tǒng)中，虛擬機(jī)器人一般包括四個(gè)模塊，對(duì)應(yīng)為虛擬機(jī)器人的搭建模塊、虛擬場(chǎng)地的搭建模塊、機(jī)器人完成場(chǎng)地任務(wù)的程序編寫模塊、仿真運(yùn)動(dòng)模塊，實(shí)際的教學(xué)活動(dòng)為通過(guò)虛擬機(jī)器人軟件進(jìn)行虛擬場(chǎng)地的搭建，之后搭建一個(gè)虛擬機(jī)器人來(lái)完成虛擬場(chǎng)地中的相關(guān)任務(wù)。

二、虛擬機(jī)器人在中學(xué)信息技術(shù)程序設(shè)計(jì)教學(xué)中應(yīng)用的現(xiàn)實(shí)意義

自國(guó)務(wù)院頒發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》文件以來(lái)，信息技術(shù)教學(xué)在各個(gè)年齡段教學(xué)中占據(jù)的比重越來(lái)越大。對(duì)于中學(xué)階段的學(xué)生來(lái)說(shuō)，信息技術(shù)程序設(shè)計(jì)教學(xué)能夠培養(yǎng)學(xué)生的算法思維、創(chuàng)造性思維，對(duì)于其未來(lái)的成長(zhǎng)、學(xué)習(xí)均具有積極意義。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬機(jī)器人的成本也明顯降低，這一教學(xué)裝備逐漸出現(xiàn)在教學(xué)領(lǐng)域中，而且機(jī)器人競(jìng)賽活動(dòng)也開始成為主流。目前國(guó)內(nèi)在這方面的研究仍處于起步階段，與發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)開展虛擬機(jī)器人相關(guān)的競(jìng)賽比較相對(duì)落后，但虛擬機(jī)器人對(duì)于教學(xué)效果的促進(jìn)作用不容忽視，相關(guān)國(guó)內(nèi)教育工作者已經(jīng)開始關(guān)注虛擬機(jī)器人的應(yīng)用，對(duì)其應(yīng)用價(jià)值做出了明確闡述，主要有對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的激發(fā)、學(xué)生邏輯思維能力以及創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)、教學(xué)難度的降低等，對(duì)于整體教學(xué)效果的改善具有積極意義。此外，諸多學(xué)者指出了虛擬機(jī)器人的應(yīng)用在促進(jìn)信息技術(shù)程序設(shè)計(jì)教學(xué)進(jìn)一步發(fā)展中的積極意義，同時(shí)有助于虛擬機(jī)器人教育模式的推廣，基于此，虛擬機(jī)器人在中學(xué)信息程序設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用探究尤為重要，是當(dāng)下需要積極研究并解決的重要問(wèn)題。

三、虛擬機(jī)器人在中學(xué)信息技術(shù)程序設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用

1.虛擬機(jī)器人的應(yīng)用能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

虛擬機(jī)器人對(duì)于中學(xué)階段的學(xué)生來(lái)說(shuō)具有莫大的吸引力，實(shí)際利用虛擬機(jī)器人開展程序設(shè)計(jì)教學(xué)時(shí)，機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和程序設(shè)計(jì)都是圍繞教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行，為提升教學(xué)效果，設(shè)計(jì)完成的內(nèi)容對(duì)于現(xiàn)階段的學(xué)生都具有挑戰(zhàn)性。實(shí)際開展程序設(shè)計(jì)教學(xué)時(shí)，學(xué)生對(duì)虛擬機(jī)器人的興趣被完全轉(zhuǎn)變?yōu)榻鉀Q任務(wù)的欲望和動(dòng)力，使得學(xué)生可以全身心的投入到程序的學(xué)習(xí)、觀察以及編寫中，以中學(xué)信息技術(shù)程序設(shè)計(jì)教學(xué)中if語(yǔ)句教學(xué)為例，可以為學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)讓機(jī)器人沿著軌跡運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)任務(wù)（如圖1），此時(shí)，學(xué)生就要考慮如何實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在機(jī)器人場(chǎng)景中按照既定的軌跡線運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而思考if語(yǔ)句的使用。

通過(guò)虛擬機(jī)器人在中學(xué)信息技術(shù)程序設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用，涉及程序語(yǔ)句的教學(xué)與學(xué)習(xí)就像游戲一樣，后續(xù)開展更復(fù)雜的程序語(yǔ)句教學(xué)時(shí)，就可以在軌跡線上增加更加復(fù)雜的圖形，讓學(xué)生學(xué)習(xí)并嘗試?yán)脧?fù)雜的程序語(yǔ)句進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而讓學(xué)生在完成任務(wù)的過(guò)程中順利掌握程序設(shè)計(jì)知識(shí)以及程序設(shè)計(jì)的思想。

2.虛擬機(jī)器人的應(yīng)用使得程序設(shè)計(jì)直觀易懂

虛擬機(jī)器人包括四大組成模塊，對(duì)虛擬機(jī)器人加以運(yùn)用時(shí)，需要使用到這四大模塊，其不同于傳統(tǒng)的編程方式，圖形化的編程環(huán)境（如圖2）有利于學(xué)生更好地理解程序模塊能夠發(fā)揮的作用以及使用方法，對(duì)于編程知識(shí)的初學(xué)者來(lái)說(shuō)，這種方式有利于降低其學(xué)習(xí)難度，而且在編程思維培養(yǎng)方面不會(huì)造成任何不良影響。以圖2為例，所有的編程模塊都通過(guò)圖標(biāo)來(lái)呈現(xiàn)，中學(xué)生在進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)只需要按照相應(yīng)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(jī)器人就可以按照流程圖中的程序進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，此外，這種設(shè)計(jì)完成后文本源代碼也會(huì)對(duì)應(yīng)生成，同樣可以在文本源代碼中進(jìn)行文字編程，具有文本編程和編程模塊圖標(biāo)編程兩種方式共同兼容的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

虛擬機(jī)器人的應(yīng)用能夠讓所有的程序語(yǔ)句以直觀、形象的方式呈現(xiàn)出來(lái)，程序設(shè)計(jì)教學(xué)的難點(diǎn)問(wèn)題得到有效解決，避免了學(xué)生在教學(xué)過(guò)程中產(chǎn)生學(xué)習(xí)內(nèi)容枯燥乏味的錯(cuò)誤認(rèn)知，可以在程序設(shè)計(jì)教學(xué)中始終保持較高的專注度。

3.虛擬機(jī)器人的應(yīng)用能夠培養(yǎng)學(xué)生的思維能力

中學(xué)信息技術(shù)程序設(shè)計(jì)教學(xué)的核心內(nèi)容就是實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生思維能力的培養(yǎng)，以便學(xué)生能夠在教學(xué)過(guò)程中正確把握編程邏輯，讓復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化。虛擬機(jī)器人在程序設(shè)計(jì)教學(xué)中的實(shí)際應(yīng)用，其中涉及到的圖形模塊化編程環(huán)節(jié)，直接營(yíng)造了一個(gè)良好的程序?qū)嵺`環(huán)境，在這樣的教學(xué)環(huán)境下，學(xué)生主動(dòng)參與程序的設(shè)計(jì)，觀察并分析程序中存在的邏輯關(guān)系，最后在機(jī)器人的仿真行為中對(duì)觀察結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，通過(guò)不斷的觀察、思考、實(shí)踐、驗(yàn)證的方式學(xué)習(xí)并掌握算法思維，得到綜合性思維能力的提升。此外，虛擬機(jī)器人的教學(xué)中需要完成多個(gè)機(jī)器人場(chǎng)景中的任務(wù)，這一過(guò)程中也可以引發(fā)學(xué)生對(duì)算法的思考和總結(jié)，促使學(xué)生結(jié)構(gòu)化算法思想的有效形成。

4.虛擬機(jī)器人的應(yīng)用可以促進(jìn)學(xué)生的創(chuàng)新發(fā)展

虛擬機(jī)器人具有一定的競(jìng)技性，對(duì)于中學(xué)階段的學(xué)生來(lái)說(shuō)，具有競(jìng)技性的教學(xué)內(nèi)容更容易調(diào)動(dòng)其學(xué)習(xí)積極性，也是學(xué)生創(chuàng)造力培養(yǎng)的關(guān)鍵助力。將虛擬機(jī)器人應(yīng)用到中學(xué)信息技術(shù)程序設(shè)計(jì)的教學(xué)中，可以在班級(jí)范圍內(nèi)、年級(jí)范圍內(nèi)以及學(xué)校范圍內(nèi)組織競(jìng)賽活動(dòng)，以此鼓勵(lì)學(xué)生積極學(xué)習(xí)虛擬機(jī)器人的相關(guān)知識(shí)。校內(nèi)完成虛擬機(jī)器人的競(jìng)賽活動(dòng)后，成績(jī)優(yōu)異的學(xué)生可以組織參與市級(jí)的競(jìng)賽活動(dòng)，讓學(xué)生在競(jìng)賽活動(dòng)的刺激下積極學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)，同時(shí)做好自主學(xué)習(xí)、擴(kuò)展學(xué)習(xí)，不斷在虛擬機(jī)器人競(jìng)賽中創(chuàng)新突破，得到創(chuàng)新能力的激發(fā)和培養(yǎng)。

虛擬機(jī)器人在中學(xué)信息技術(shù)程序設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用具有極為重要的現(xiàn)實(shí)意義，體現(xiàn)在降低程序設(shè)計(jì)教學(xué)難度、提升中學(xué)生參與程序設(shè)計(jì)教學(xué)的積極性、緩解中學(xué)教師程序設(shè)計(jì)教學(xué)壓力等方面，對(duì)于教學(xué)效果的提升具有積極影響，值得相關(guān)教育工作者深入研究，探索其在實(shí)際教學(xué)中的應(yīng)用方式。

參考文獻(xiàn)：

[1] 喬陽(yáng)，敖冰峰，楊宏帥. 理實(shí)一體課程在線教學(xué)實(shí)施探索——以“工業(yè)機(jī)器人典型應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)編程與調(diào)試”課程為例[J]. 發(fā)明與創(chuàng)新：職業(yè)教育，2020（9）：2.

[2] 張曉芳，秦婧，李頲. 工業(yè)機(jī)器人虛擬工作站離線編程技術(shù)的教學(xué)與實(shí)施[J].無(wú)線互聯(lián)科技，2021，18（10）：3.