虚拟机器人校本课程开发的实践探索

王戈 高馨介

开发背景

对信息技术学科而言，课程的内容核心在哪里，培养学生什么样的学科核心能力，是学术界一直争论的问题，这两个问题关系到信息技术学科的存在地位和发展。笔者经过思考和实践研究认为：从信息技术学科的学科特点来看，本学科的内容核心是程序算法，本学科培养的核心能力是信息技术的应用能力和信息技术的自我更新能力。

对于小学生和中学生而言，程序算法比较枯燥，传统的教学法很容易让学生失去学习的兴趣。因此程序算法的教学需要一个载体和工具，而机器人正是学生非常感兴趣的学习载体。机器人融合了多种先进技术，是中小学信息技术课程和综合实践课程的创新教育平台，为信息技术教育带来了新的活力，是培养创新型人才的有力抓手，机器人校本课程开发是学生机器人学习体验的起点。

目前能够找到的机器人有三种，价格从高到低分别为：高端实体机器人、低成本实体机器人、虚拟机器人。高端实体机器人的价格相对偏高；低成本实体机器人目前还处于发展初期，各种硬件和软件都不太成熟；为了更好地普及机器人教育，减少学校的支出成本，最终我们选择了最廉价但很具有实用价值的机器人教育载体——虚拟机器人。老师们在探讨的过程中发现了一个很好的平台：中国儿童青少年威盛中国芯HTC计算机表演赛（简称计算机表演赛），其中一个比赛项目是3D仿真机器人赛，以虚拟机器人为载体，软件是免费的，可以很好地解决上述问题。

开发过程

计算机表演赛全国组委会邀请专家对北京市朝阳区中小学的信息技术教师进行了多次培训（如图1），在培训的过程中，教师们普遍感到这会是学生非常感兴趣的一种课程，学生可以自己组装机器人，然后通过编写程序让它完成一些有趣味的任务。但是对于缺乏编程基础的学生来说这可能有一定的难度，部分老师在刚开始接触时也感觉通过短期的培训很难迅速掌握这个软件。后来就以计算机表演赛为平台，逐步在一些学校开展虚拟机器人的校本选修课程。例如，第十七中学的郝秀杰老师、陈经纶学校的刘中臻老师、陈经纶学校帝景分校的范晶老师等都率先在自己的学校开展了校本课程的研究。利用计算机表演赛组委会给出的程序样例，教师和学生们共同研究竞赛地图和竞赛程序，取得了一些初步的成绩，范晶老师指导的参赛选手还获得了北京赛区一等奖的好成绩。

随着教师们的教学实践深入开展，大家普遍感觉除了需要对机器人教学软件进一步学习和挖掘，更需要对虚拟机器人的校本课程进行科学的规划和设计，为师生提供一本合适的辅助教材。因此笔者组建了《虚拟机器人设计与实践》教材编写小组（如下页图2），同时在计算机表演赛全国组委会的大力支持下，借助浙江省信息技术教研员魏雄鹰老师、大兴一中汤震老师和众多一线教师的力量，进行了教材的纲要编写。

在各位教师按时完成各章节编写后，主编进行了认真审阅，同时邀请相关专家把关，形成初步的电子稿教材。北京市朝阳区选定了约十所实验校，对电子稿教材进行试用，通过一个学期的试用，实验校教师对教材提出了不少改进意见。编写组针对教师的改进意见进行认真研讨，并制定了改写方案。

在各位教师的努力下，在各位专家的指导下，本书最终成形（如图3），并在北京市朝阳区作为选修教材供各学校使用，各学校可以在此教材基础上，根据本校的学生特点和学校文化，进行进一步的开发。目前已有近二十所学校使用本选修教材开设虚拟机器人校本课程。

同时，为了更好地发挥首都的教育优势，促进教育均衡，把我们的教育成果辐射到更多的地区，计算机表演赛全国组委会又将本书以公益的形式捐赠到全国各赛区进行使用。高家园中学的穆颖老师作为教材编写组成员还在全区范围内讲了一节《虚拟机器人设计与实践》的公开课（如图4），受到了教师们的好评。

开发意义

作为北京市“区级信息技术选修教材开发与应用研究”课题和“威盛中国芯HTC成长数字营”创新课堂项目的阶段性成果，虚拟机器人校本课程的开发实践研究有着不一般的意义：它将传统的实体机器人虚拟化，摆脱了实体机器人硬件材质和场地环境的限制，减少了学校投入。它面对的是全体学生，是真正的进入课堂的机器人教育，而非以前只以比赛为目标的小众教育，体现了全员性，并为以后的实体机器人教育打下了良好的基础，为新一轮课程改革提供了契机，为培养学生的创新能力提供了有效支持。

《虚拟机器人设计与实践》校本课程以计算机表演赛中应用的3D仿真机器人软件进行教学示范，系统地介绍了虚拟机器人的设计、搭建与仿真运行。内容安排由浅入深，在讲解机器人的安装、基本移动方法、沿基本形状移动、沿轨迹行走、障碍检测等操作方法的基础上，结合落地扇灭火、迷宫问题、图书馆查资料、畅游神州、火星寻宝等任务，循序渐进地帮助学生掌握基本知识，培养创新思维，既可以作为中小学信息技术相关课程的有效补充，也可以作为计算机表演赛的辅导选修课。

该课程既考虑到新课标的要求，又兼顾课程内容在讲解逻辑上的合理性，结合学生的认知规律安排内容。创新性地尝试学习流程的重新构建，先对每章知识点的内容进行互动猜想，再进行讲解。增强阅读体验，使学习过程变得有趣。注重解决问题的思路分析，任务设计力求从解决实际问题出发，让学生亲历处理信息的过程，培养他们的学习能力和综合实践能力。为更好地适应不同地区和不同学校的教学差异，课程考虑到不同层次的学生需求，对学习任务和练习题目的难度进行了精心的安排。虚拟机器人校本课程的开发对信息技术教育起到了重要的推动作用，也指明了机器人教学的发展方向。