基于3d仿真虛擬機器人的信息技術(shù)課程研究(編輯修改稿)
2025-07-19 04:11 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 教學內(nèi)容將滲透到越來越多的中小學校的多門課程和課外科技活動中，成為這些課程或活動的重要組成部分。在開展小學虛擬機器人課堂教學時要把握以下幾個基本原則：1．創(chuàng)新性原則智能機器人的研發(fā)與應(yīng)用，雖然已有一段較長的歷史，但其快速發(fā)展與較大范圍的普及則是近幾年的事情；虛擬仿真機器人作為教學內(nèi)容進入中小學，無論國內(nèi)還是國外，目前都處于起步階段；不能簡單地把現(xiàn)有的工業(yè)機器人或玩具機器人引入中小學，研發(fā)制作具有良好適用性的中小學教學用機器人本身即具有創(chuàng)新性；中小學智能機器人教學的主要目標之一是培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神，其教學設(shè)計、教學模式、教學方法和教學評價也必須具備創(chuàng)新性；開展各種展示和競賽活動是普及3D虛擬仿真機器人的重要途徑之一，虛擬機器人競賽項目的內(nèi)容、規(guī)則以及評分辦法等的創(chuàng)意設(shè)計都極富創(chuàng)造和挑戰(zhàn)性。2．綜合性原則智能機器人集材料、機械制造、能源轉(zhuǎn)換、生物仿真、信息技術(shù)之大成，是綜合性很強的現(xiàn)代技術(shù)。1994年，聯(lián)合國教科文組織(UNESCO)委托國際信息處理學會(IFIP)，編寫了指導世界各國計算機課程設(shè)置的文件《中學信息學課程》。對于程序設(shè)計這樣解釋：“這里所指的程序設(shè)計非技術(shù)性的程序設(shè)計，更確切地說應(yīng)該是把‘你自己做的事情’轉(zhuǎn)變成‘別人能做的事情’。這就要求能詳盡地描述完成任務(wù)的過程，以便其他的人或其他的設(shè)備能準確地重復(fù)這一項工作?！庇纱宋覀兛梢钥闯觯禾摂M機器人作為實物智能機器人的拓展延伸，更具有信息技術(shù)相關(guān)的綜合性，虛擬機器人編程軟件采用的是圖形化編程界面，采用直觀的設(shè)計搭建，能更綜合全頁地利用軟件平臺來實現(xiàn)信息技術(shù)教學的設(shè)計與理想。3．開放性原則3D虛擬仿真機器人應(yīng)具備開放性。目前，有些試圖進入中小學的虛擬機器人還無法實現(xiàn)實物機器的功能。市面上很多的虛擬機器人只是為了推廣自家的產(chǎn)品而設(shè)計的附屬品。廠家的意圖是學生只要“使用”就可以了，不必深入了解機器人的構(gòu)造與工作原理。這顯然有悖于我們開設(shè)本課程的初衷。虛擬仿真機器人應(yīng)該突破傳統(tǒng)課堂教學的封閉性，打破課內(nèi)課外、校內(nèi)校外的界限，要充分利用社會的多種教學資源，從而作到以較少的投入實現(xiàn)本課程的教學目標。4．發(fā)展性原則機器人技術(shù)發(fā)展迅猛，虛擬機器人的應(yīng)用領(lǐng)域也在迅速擴大。同時，隨著本課程教學實驗和相關(guān)研討的深入開展，虛擬機器人課程建設(shè)一定會有長足的進步。因此，必須對本課程的發(fā)展性有足夠的認識。要處理好課程內(nèi)容相對穩(wěn)定與健康發(fā)展之間的關(guān)系，要注意避免因某種已經(jīng)進入學校的機器人產(chǎn)品的固定功能而導致本課程僵化現(xiàn)象出現(xiàn)。5．實踐性原則 《智能機器人》在中小學屬于技術(shù)類課程，實踐性是其本質(zhì)特征之一。本課程的教材編寫、教學設(shè)計以及評價方法都應(yīng)突出實踐性，強調(diào)培養(yǎng)學生的動手能力。虛擬機器人是對實體機器人在理想狀態(tài)下的一種模擬，同類傳感器沒有性能上的差異，馬達也沒有功率上的差異，很容易給學生創(chuàng)造一個良好的機器人學習玩意，只要程序設(shè)計正確，那么機器人就能達到程序要求的效果。6．探究性原則 《智能機器人》課程為實施探究性教學提供了載體和條件。面對一個新的機器人項目，為了完善自己的設(shè)計，學生們要不斷改進方案，根據(jù)自己的機器人結(jié)構(gòu)，來定制和優(yōu)化程序，并通過虛擬仿真運行，來修改調(diào)試各傳感器參數(shù)等，從中找出最優(yōu)設(shè)計。通過這樣的不斷嘗試和循環(huán)，培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W探索精神和專注的探究精神。四、研究實踐智能機器人走進信息技術(shù)課，不但為信息技術(shù)課程的教學內(nèi)容增添了新的素材，同時也為信息技術(shù)課的教學模式和教學方法提供了創(chuàng)新的舞臺。基于納英特3D虛擬機器人仿真軟件開展的信息技術(shù)課堂教學，能夠突出程序設(shè)計在教學的中心位置，使“算法”變得直觀而形象，大大提高了學生對學習的投入度，有利于學生高級思維能力、整體規(guī)劃能力、問題解決能力、連續(xù)運用推理能力、合作溝通能力、創(chuàng)新能力的提高。同時利用虛擬機器人仿真軟件教學能夠減低難度，循序漸進，充分調(diào)動學生興趣并投入到程序設(shè)計之中。（一）課程目標制定1．學會設(shè)計和制作簡易的虛擬機器人，體驗“采集信息處理信息控制動作”的基本過程。2．認識虛擬機器人基本構(gòu)造；說出各類傳感器（如聲音、光敏、紅外、溫度、觸摸、灰度）的功能及其對人類功能的模擬。3．學會根據(jù)生活和學習中的實際需要，設(shè)計、動手制作或組裝簡單的虛擬機器人（如：機器人導盲，機器人迎賓，機器人滅火，機器人踢足球，機器人走迷宮等）。4．學習使用流程圖編制的簡單的程序；初步感受利用程序解決問題的一般過程。5．初步了解程序設(shè)計語言的三種控制結(jié)構(gòu)—順序、條件、循環(huán)，了解變量的使用及使用各種控制結(jié)構(gòu)用來解決較復(fù)雜的問題。（二）課程內(nèi)容開發(fā)本內(nèi)容以由三個單元活動組成，從了解納英特3D仿真虛擬機器人開始，由初級到中級的走直線，到最后以融會貫穿之前所有教學內(nèi)容的虛擬機器人循跡滅火為止。在整個教學活動中根據(jù)主題活動難易程度的不同，或分組或獨立等方式讓學生完成作業(yè)練習。教學中穿插一些教學游戲和競賽活動以提高學生的主動性和積極性。教師在各個教學單元的教學過程中，逐步加入機器人各部件功能模塊的操作實踐和程序設(shè)計相關(guān)概念，使學生循序漸進學習程序設(shè)計和機器人知識，并由各單元的練習題來檢驗所學的知識點。同時，在掌握知識的基礎(chǔ)上，進一步拓展應(yīng)用，從而迅速提升學生的知識應(yīng)用能力和問題解決能力的培養(yǎng)。通過前面三個單元式學習的鋪墊，最后拓展拔高到競賽單元，提升學生的學習興趣。教學內(nèi)容詳見下表：單元教學內(nèi)容教對象實施意見課時/學年基礎(chǔ)篇認識虛擬機器人我的虛擬機器人我的避障機器人四年級使學生了解智能機器人這個信息技術(shù)前沿領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)用狀況，了解智能機器人的概念和工作方式。為進一步學習智能機器人技術(shù)的有關(guān)知識打下基礎(chǔ)。6課時實踐篇機器人走黑線機器人尋找火源機器人碰碰車機器人巡邏機器人尋寶五年級了解虛擬機器人的傳感器和作用，掌握程序下載方法，理解體會程序是智能機器人的靈魂，了解虛擬機器人是怎樣工作的。學習編寫程序，通過程序編寫學到科學而高效的思維方式，提高規(guī)劃能力，提高分析問題和解決問題的能力。10課時競賽篇機器人競速機器人滅火機器人迷宮六年級通過完成項目任務(wù)和比賽項目，使學生充分了解虛擬機器人的各項功能。通過競賽培養(yǎng)學生的動手能力、團隊協(xié)作能力和創(chuàng)造能力。8課時（三）課時計劃整理我校目前采用的教材是浙江攝影出版社出版的省編小學信息技術(shù)三——六年級版。該教材由于要照顧到全省的小學生，因此教材中所要求的信息技術(shù)定位和起點較低。相對于我校學生的信息技術(shù)實際水平，書本中的知識和內(nèi)容偏易，因此，我根據(jù)學生的具體學習情況，更大膽地對每冊教材的課時計劃進行改進，對課時進行重新歸類整理，一般每冊20課時的教學內(nèi)容，我都將它們調(diào)整到15課時以內(nèi)，調(diào)整出來的5課時就開展3D仿真虛擬機器人課程教學。例如：以小學五年級下為例。本冊是省編《小學信息技術(shù)》系列教材五年級下。本冊共15課共三個單元，主
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