Robosim虚拟机器人平台教学资源库的应用研究——以七年级机器人社团课程“智能农业”教学为例

闵芳芳

虚拟机器人教学平台是线上人工智能教育与竞赛的主渠道，具有成本低、在线项目化课程资源丰富、高度仿真等优势。Robosim虚拟机器人平台相对传统机器人教学而言，提供了真实的社会生活情境，有助于项目化学习的发生。平台能够不受经济基础、空间和时间的限制，给疫情防控背景下的教学带来了新活力，同时也给教师提出了更高的要求和挑战，需要教师不断创新教学方式、优化教学过程、关注核心素养的落地，以此促进教育教学变革，推动教育高质量发展。

一、创新教学方式

（一）强调意义建构而非教学目标

传统机器人教学是围绕教学目标进行的，需要教师紧扣教学目标选择合适的教学方式，设计相关联的教学过程。在虚拟机器人教学平台环境中，由于平台提供了真实的情境资源、详细的任务流程以及即时的学习反馈，教学设计往往是考虑如何围绕真实的情境引导学生对现实社会生活进行意义建构，而不是从分析教学目标开始。以平台资源库提供的“智能农业”项目前期准备活动为例，教师展示智慧农业的现实应用情境后，学生根据情境先思考一个项目由哪几个部分组成，这些部分对应需要的团队成员定位以及他们在智慧农业的社会作业中承担的角色。学生在思考的过程中也会结合自身特长分析自己适合什么角色（比如项目经理、算法工程师、机器人工程师等），从而进行社会分工意义建构。另外，前期准备活动可以初步增加小组的默契程度，为后续的项目设计奠定基础。

（二）强调“学”而非“教”

传统机器人教学对硬件搭建和编程技术要求较高，教师需要在整个教学过程中不断讲解机械基础和编程知识、演示操作方法，学生离开教师的传授就难以继续学习。利用虚拟仿真平台进行机器人教学则解决了这一难题。比如在“智慧农业”项目的设计方案阶段，学生通过教学平台的使用方法说明就能够快速获取机器人学习的方法；通过自主阅读《智慧农业建设指南》，可以详细了解智慧农业的组成部分、项目开发的基本流程、相应的智能技术以及机器和程序搭建方法；结合前期角色分工，与项目经理沟通并细化智慧农业建设的各项计划，为分计划实施提供条件。在整个机器人项目学习过程中，教师作为项目活动的组织者、学习过程的指导者以及学生学习能力提升的促进者，促进了学生学习方式的转变。

（三）强调问题解决而非知识技能

传统机器人教学要求学生熟知机器的各个零部件及其作用，掌握机器从无到有的搭建过程以及工具的应用。虚拟机器人教学平台融合了人工智能和机器人技术相关的理念，在机器搭建界面提供了常用的机器人组合模块，负责搭建的学生依据项目设计阶段学习掌握的机器人基本传动原理，用鼠标拖拽即可在现有模块的基础上进行简单的搭建操作。算法工程师则根据项目经理的开发需求规格说明书领取任务，通过对比任务和进阶指南，探究需要具备的知识与技能，为程序开发做好准备。在程序搭建界面中仿真模拟可以得到即时评价，提高学生的学习参与度。在整个学习过程中，学生通过数字化学习工具挖掘相关信息，通过同伴交流等多种学习行为进行问题分解，在数字化学习环境下“做中学”，建构知识并促进问题解决。

二、优化教学过程

（一）紧扣情境，基于问题再设计

除了“智慧农业”，虚拟机器人教学平台还提供了基于当下热点事件而设计的“未来基建”“重走长征路”“冬奥盛会”等情境资源，这些资源均是与学生的现实生活和社会实际相联系的。教师在实践中需要紧扣情境，将项目分解为一个个可执行、易操作、相关联的核心问题，再基于这些核心问题对真实性资源进行再设计与利用，其中包括社会、个人以及学科角度的设计。就“智慧农业”而言，从社会生活出发，进行社会分工合作、未来职业规划等方面的再设计；从个人体验出发，指向学生个体能够完成的诸如自动育苗、播种、浇水、施肥、收割等具体任务；从学科知识出发，进行与学科相关联的农作物生产自动化方面的再设计。

（二）生生共创，建立学习共同体

因为虚拟仿真平台的学习是随时发生的，这就要求建立科学、高效的学习共同体以保障学习质量。在进入实操之前，如果有学生事先没有接触过Robosim教学平台，可由小组内同伴结合项目目标介绍平台相关联的具体使用方法，确保学生在短时间内达到相同技能起点；为了完成项目的设计与开发，小组内学生按照擅长搭建和善于编程的搭配进行两两组合共同学习；不同的角色需要深入学习该角色应具备的技能，及时和同伴沟通自己掌握的进阶技能，完成分工任务；提前完成任务的学生对个人和群体学习结果进行评价，发现问题、解决问题，并基于问题生成新项目以进一步进行创意实践。在这个过程中，学生沿着“为何学—一起学—学起来—学出来—持续学”的进阶过程，多向交流、共同成长，生生共创学习新形态。

（三）聚焦实践，促进思维的训练

基于虚拟仿真平台进行机器人教学更加聚焦实践，学生在“搭—编—调—赛”的过程中进行机器人仿真学习和竞赛风采展示，指向高阶思维能力的训练。虚拟机器人教学平台的“自由搭建”界面呈现了菜单栏、搜索框、积木区、工作区等几个区域，机器搭建过程中需要使用鼠标拖动画面，使用键盘旋转积木，不断调整传感器、梁、销和控制器的连接位置，指向空间判断思维能力。在菜单栏中从仿真训练场地界面切换到程序编辑界面，学生可以像搭积木一样完成程序编辑；设置机器人基础巡线程序时，利用数据实时判断行走路线和障碍，定义基础速度和比例系数以方便调节速度，指向决策和算法思维能力。平台会随机生成摩擦力，仿真现实环境，以至运行同样的程序也会出现效果不一致的情况，这就需要多次调整程序细节、算法结构甚至机器结构。此过程指向学生推理、归纳、逻辑思维能力的发展。

三、关注核心素养的落地

（一）信息意识

《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》将信息意识定义为个体对信息的敏感度以及对信息价值的判断力。经过系列化智能项目学习后，学生能够理解新兴智能技术对社会各个领域的重大影响（比如人工智能技术对农业、基建、家居、重要赛事等方面的重要支撑作用），感受新兴智能技术给日常生活带来的便利；能够在了解智能技术的重要作用基础上，根据解决问题的具体需要，主动寻找合适的数字化途径进行信息资源检索与利用，增强信息意识。

（二）计算思维

在实践与应用中，学生遇到特定任务时能够进行任务分解（比如将智慧农业任务拆分为水文监测站、气象监测站、蔬菜大棚、果园、畜牧场等几个子任务），并思考现在已有的条件是什么，从现有条件到目标任务该如何处理，以此生成处理方案后又要怎样验证，某种解决方案是不是最高效的……由此逐步迭代，生成最优的解决方案。学生能够有意识地总结解决问题的方法，并将其迁移到求解其他问题和解决现实生活中的实际问题中去。

（三）数字化学习与创新

利用线上虚拟仿真平台进行学习，学生能够围绕智慧农业项目任务，明确在线虚拟仿真平台与线下学习的区别，并链接到现实社会与生活场景中的农业情境；利用虚拟仿真平台及时获取智慧农业项目学习所需的资源，开展自主学习；在教师的指导下，运用合适的智能技术进行农业作品创作；在创作的过程中，能够合理选择资源，与团队成员协作进行方案规划、步骤描述、可行性分析、模拟仿真、评价验证等探究活动，感受数字化平台和资源在合作学习、个性化创作、作品展示、分享汇报、精准评价等方面的重要性，养成数字技术应用的好习惯。

（四）信息社会责任

在虚拟平台的应用中，大部分学生能够养成辨别信息、及时保存数据的良好习惯；在体验虚拟应用场景时，能够合理、适度地与虚拟世界进行互动，明确新兴智能技术带来的伦理和安全挑战，随时做好个人隐私保护工作。不仅如此，学生还能够科学分析各种数字化信息的价值，选择合适的技术手段实现创新想法，养成用符合数字时代的思维方式去思考和处理信息、在信息社会中学习和生活的良好习惯，打通现实空间与虚拟空间的界限。