虚拟机器人应用在中学信息技术程序设计教学中的探究

张小东

【摘要】虛拟机器人的应用能够让程序设计的思想更容易被学生理解和消化，从而增强学生的自信心，吸引学生参与到教学活动中。本文就虚拟机器人在中学信息技术程序设计教学中的实际应用展开研究，总结其应用价值及对策。

【关键词】虚拟机器人;中学信息技术;程序设计;教学对策

信息化教学中程序设计教学属于极为重要的组成部分，开展这项教学内容能够帮助学生培养分析问题、解决问题的能力，对于学生的学习、成长具有积极意义。就目前信息化教学中程序设计的教学现状来看，其存在学生学习兴趣不足、教学内容过于枯燥等问题，直接造成中学阶段的学生无法在课堂上理解教师讲述的知识。虚拟机器人可通过计算机完成搭建和运行，实际教学过程中中学阶段的学生对虚拟机器人保持莫大的兴趣，教师的教学压力也明显降低，整体教学效果得到改善。基于此，现阶段的中学信息技术程序设计教学应当积极研究虚拟机器人的应用技术，致力于实现教学效果的提升。

一、虚拟机器人的原理

虚拟属于虚拟现实技术的产物，主要利用计算机来构建一个模拟环境，将大量的信息整合起来，展现出一个能够进行交互行为的三维动态视景。虚拟机器人涉及到传感技术、计算机图形学技术、多媒体技术以及网络技术等多方面知识，在教育、医学、航空等领域均有关于虚拟机器人技术的应用。以教育领域的应用为例，在三维仿真教育系统中，虚拟机器人一般包括四个模块，对应为虚拟机器人的搭建模块、虚拟场地的搭建模块、机器人完成场地任务的程序编写模块、仿真运动模块，实际的教学活动为通过虚拟机器人软件进行虚拟场地的搭建，之后搭建一个虚拟机器人来完成虚拟场地中的相关任务。

二、虚拟机器人在中学信息技术程序设计教学中应用的现实意义

自国务院颁发《新一代人工智能发展规划》文件以来，信息技术教学在各个年龄段教学中占据的比重越来越大。对于中学阶段的学生来说，信息技术程序设计教学能够培养学生的算法思维、创造性思维，对于其未来的成长、学习均具有积极意义。随着信息技术的不断发展，虚拟机器人的成本也明显降低，这一教学装备逐渐出现在教学领域中，而且机器人竞赛活动也开始成为主流。目前国内在这方面的研究仍处于起步阶段，与发达国家已经开展虚拟机器人相关的竞赛比较相对落后，但虚拟机器人对于教学效果的促进作用不容忽视，相关国内教育工作者已经开始关注虚拟机器人的应用，对其应用价值做出了明确阐述，主要有对学生学习兴趣的激发、学生逻辑思维能力以及创新思维能力的培养、教学难度的降低等，对于整体教学效果的改善具有积极意义。此外，诸多学者指出了虚拟机器人的应用在促进信息技术程序设计教学进一步发展中的积极意义，同时有助于虚拟机器人教育模式的推广，基于此，虚拟机器人在中学信息程序设计教学中的应用探究尤为重要，是当下需要积极研究并解决的重要问题。

三、虚拟机器人在中学信息技术程序设计教学中的应用

1.虚拟机器人的应用能够激发学生的学习兴趣

虚拟机器人对于中学阶段的学生来说具有莫大的吸引力，实际利用虚拟机器人开展程序设计教学时，机器人的结构设计和程序设计都是围绕教学目标进行，为提升教学效果，设计完成的内容对于现阶段的学生都具有挑战性。实际开展程序设计教学时，学生对虚拟机器人的兴趣被完全转变为解决任务的欲望和动力，使得学生可以全身心的投入到程序的学习、观察以及编写中，以中学信息技术程序设计教学中if语句教学为例，可以为学生设计一个让机器人沿着轨迹运动的基础任务（如图1），此时，学生就要考虑如何实现机器人在机器人场景中按照既定的轨迹线运动，进而思考if语句的使用。

通过虚拟机器人在中学信息技术程序设计教学中的应用，涉及程序语句的教学与学习就像游戏一样，后续开展更复杂的程序语句教学时，就可以在轨迹线上增加更加复杂的图形，让学生学习并尝试利用复杂的程序语句进行设计，从而让学生在完成任务的过程中顺利掌握程序设计知识以及程序设计的思想。

2.虚拟机器人的应用使得程序设计直观易懂

虚拟机器人包括四大组成模块，对虚拟机器人加以运用时，需要使用到这四大模块，其不同于传统的编程方式，图形化的编程环境（如图2）有利于学生更好地理解程序模块能够发挥的作用以及使用方法，对于编程知识的初学者来说，这种方式有利于降低其学习难度，而且在编程思维培养方面不会造成任何不良影响。以图2为例，所有的编程模块都通过图标来呈现，中学生在进行程序设计时只需要按照相应的编程逻辑将不同的功能模块放置到合适的位置，绘制出流程图，机器人就可以按照流程图中的程序进行运动，此外，这种设计完成后文本源代码也会对应生成，同样可以在文本源代码中进行文字编程，具有文本编程和编程模块图标编程两种方式共同兼容的应用优势。

虚拟机器人的应用能够让所有的程序语句以直观、形象的方式呈现出来，程序设计教学的难点问题得到有效解决，避免了学生在教学过程中产生学习内容枯燥乏味的错误认知，可以在程序设计教学中始终保持较高的专注度。

3.虚拟机器人的应用能够培养学生的思维能力

中学信息技术程序设计教学的核心内容就是实现对学生思维能力的培养，以便学生能够在教学过程中正确把握编程逻辑，让复杂的问题简单化。虚拟机器人在程序设计教学中的实际应用，其中涉及到的图形模块化编程环节，直接营造了一个良好的程序实践环境，在这样的教学环境下，学生主动参与程序的设计，观察并分析程序中存在的逻辑关系，最后在机器人的仿真行为中对观察结果进行验证，通过不断的观察、思考、实践、验证的方式学习并掌握算法思维，得到综合性思维能力的提升。此外，虚拟机器人的教学中需要完成多个机器人场景中的任务，这一过程中也可以引发学生对算法的思考和总结，促使学生结构化算法思想的有效形成。

4.虚拟机器人的应用可以促进学生的创新发展

虚拟机器人具有一定的竞技性，对于中学阶段的学生来说，具有竞技性的教学内容更容易调动其学习积极性，也是学生创造力培养的关键助力。将虚拟机器人应用到中学信息技术程序设计的教学中，可以在班级范围内、年级范围内以及学校范围内组织竞赛活动，以此鼓励学生积极学习虚拟机器人的相关知识。校内完成虚拟机器人的竞赛活动后，成绩优异的学生可以组织参与市级的竞赛活动，让学生在竞赛活动的刺激下积极学习程序设计的相关知识，同时做好自主学习、扩展学习，不断在虚拟机器人竞赛中创新突破，得到创新能力的激发和培养。

虚拟机器人在中学信息技术程序设计教学中的应用具有极为重要的现实意义，体现在降低程序设计教学难度、提升中学生参与程序设计教学的积极性、缓解中学教师程序设计教学压力等方面，对于教学效果的提升具有积极影响，值得相关教育工作者深入研究，探索其在实际教学中的应用方式。

参考文献：

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