基于虚拟机器人(智能快递)的教学设计及应用研究

基于虚拟机器人（智能快递）的教学设计及应用研究

——以《编写智能快递小车巡线跑》一课为例

【摘要】小学生的程序设计越来越受到重视，本文通过分析虚拟机器人软件的编程方法，小学程序设计的特点以及虚拟机器人教育的作用，然后根据自己多年教学实践的经验，将虚拟机器人的知识应用到程序设计教学当中。经研究发现，虚拟机器人的教学，能使学生学到机器人的相关知识，同时可能促进学生参与程序设计的乐趣）

【关键词】虚拟机器人程序设计重庆师范大学初等教育学院

研究背景

我校中、高年级学生对机器人有着浓厚兴趣，机器人（ROBOT）这个词就诞生于捷克作家恰佩克的小说中，他描写了一种专为人干活的像人一样的机器。今天各种各样的机器人已经出现在我们的身边，富于幻想的青少年对机器人更是乐此不疲，兴趣恙然。本研究采用行动研究法、案例分析法，采用广州市教育信息中心跟广州叁石数码科技有限公司联合开发的“易时代”3D仿真虚拟机器人（智能快递）软件，以《编写智能快递校车巡线跑》一课为例

进行教学设计，在此基础上应用于学科的教学中，通过实践，这种教学能在很大程度上提高中、高年级学生科学探究能力、综合应用能力。

一、相关概念的界定

（一）3D仿真虚拟机器人

‘易时代’（ETR）3D仿真虚拟机器人系统”是广州市教育信息中心（电教馆）从2008年开始，通过政府立项投资，设计并与南方科技有限公司合作开发的一套虚拟机器人系统。学生可利用这一系统进行机器人程序设计和竞赛活动，学生通过电脑，在仿真系统中设计程序，模拟实物机器人的功能，完成指定的任务，学生通过参与这种带有竞争性、趣味性、实践性的活动，不但可以提高逻辑思维能力，提高信息素养，学习到相关的科学知识，还可以培养创新精神、创新意识与创新能力。

（二）智能快递

学生独立地通过编写、调试程序，使快递小车在指定时间内从起点沿道路行使到指定的车站抓取“邮包”，然后送回到终点完成整个任务。

二、教学设计

（一）教学目的

初步认识巡线程序的编写，提高学生对3D仿真虚拟机器人巡线跑的认识。

（二）教学对象

四至六年级参加3D仿真虚拟机器人培训学生

（三）重难点分析

重点：

（1）智能快递小车巡线跑程序的编写。

（2）设置参数。

难点：巡线跑左右传感器的偏移。

（四）教学过程

教学环节	教师活动	学生活动	设计意图
示例引入课题	1. 演示智能快递小车在仿真环境中遇到道路巡线跑的情景，然后提出问题：智能快递小车为什么能沿着道路巡线跑呢，怎样编写程序呢？ 2.继续提出问题：根据以前学习过的机器人相关知识，你知道它用什么传感器来检测道路上的白线呢？出示课件介绍光电传感器的作用。 3.今天我们的任务是让智能快递小车巡线跑。优化股权结构板书：智能快递小车巡线跑	观察思考和回答问题生：要装传感器生：光电传感器	激起学生兴趣，引发学生思考
讨论与任务驱动	一、事件分析提出问题：如果智能快递小车能沿着道路巡线跑，其过程是怎样的呢？（请同学们先用自己的话来描述）提示：机器人用车头跟车尾安装的的光电传感器检测道路上的白线，如果车，则向前走，再探测和判断，再向前走；若检测到有障碍物则及时转换方向再前行，然后再探测和判断…… 二、算法分析 1.根据刚才的讨论，你知道机器人是对什么条件进行判断的吗？ 2.判断的条件如果成立，即智能快递小车在白线上则保持当前速度行使，如果不成立，即要调整快递小车的方向来使得快递小车偏回到白线上，这种根据条件判断的结果来控制程序如何继续执行的结构称分支结构。 3.分支结构对应这个平台中流程图编程的界面里，有执行判断作用的是什么模块？ 4.智能快递小车巡线跑时并不是检测一次白线就停止的，它要不断地对白线进行判断和做出反应，这过程是一直重复的，所以，我们要用到什么结构？ 5.请同学们尝试用流程图把事件简单描述出来。巡视指导。 6.展示一部分学生的流程图和完整的流程图三、模型安装与程序编写 1.为智能快递小车模型添加光电传感器为实现灵活巡线的功能，首先机器人模型就要安装你们之前提到的光电传感器。观看光电传感器安装的微视频，并提问：光电传感器安装在哪里比较好？李四光计划 2.图形化编程根据我们刚才的分析进行流程图编程四、运行调试程序请大家在仿真环境中运行和检验程序。	学生小组讨论机器人是对“光电传感器时候检测到白线”这个条件进行判断的 “条件判断”模块 “循环结构” 画简单流程图观看视频； mis系统回答：注意安装的位置，可装在车头或车尾。我们要提前检测一般装在车头两侧，如果需要倒车巡线跑，可以考虑在车尾两侧安装光电传感器编程运行调试程序	通过任务驱动，引导学生自主探究和相互交流。在任务过程中，加强学生对程序设计知识的学习。
展示和总结	1.请学生在仿真环境中展示效果 2.引导学生回顾这堂课的学习思路和步骤是怎样的？板书：小结：我们归纳出的这个过程就是程序设计的步骤。	展示仿真效果讨论	小结归纳，加深学习记忆
提升	1.同学们在运行过程中有没有发现：智能快递小车在直道上巡线跑跟在弯曲的跑道上巡线跑是不是一样呢？提示：弯道上巡线跑的速度要降低，不然在弯道巡线跑的时候会偏移出跑道。北交大2.简单解释弯道上巡线跑的程序，然后在仿真环境中演示效果。	思考和观看效果	提升

西门子m55三、应用效果分析

从课堂实效来观察，课堂分为非常好，证明学生参与的兴趣高。另外从课堂完成的情况来看，很多学生都能完成智能快递小车巡线跑的任务，取得了良好的效果。

另外在此基础上选拔优秀学生参加虚拟机器人竞赛，取得了一定的成绩，2015年11月辅导学校三个学生参加虚拟机器人广州市赛，其中两个人合作获得智能快递项目小学组广州市第一，另外一个学生参加九宫探险获得市赛二等奖，2016年4月学生参与虚拟机器人广东省赛，获省赛优秀奖，2016年11月辅导学校三个学生参加虚拟机器人广州市赛，其中一个学生智能快递项目小学组广州市第二，另外两个学生获得市赛三等奖，2017年4月学生参与虚拟机器人广东省赛，获省赛三等奖。2017年11月辅导学校两个学生参加虚拟机器人广州市赛,其中一个学生获得智能快递项目小学组广州市第二,2018年4月学生参加虚拟机器人广东省赛,获得小学组第二,获省赛二等奖.

四、结束语（对全文的简单总结）

巡线跑子程序的编写对学生提高程序设计的框架有一定的促进作用，学生通过学习虚拟机器人子程序的编写，编程能力会有一定程序的提升作用。

参考文献：

[1] 简子洋．3D仿真虚拟机器人课堂教学策略研究[J]．中国现代教育装备，2012年第18期总第154期：73～74.

[2]李嘉荣．虚拟机器人教学在小学生程序设计学习中的探讨[J]．教育信息技术，2015年第6期：25～27.

[3] 王上飞．仿真虚拟机器人软件在小学程序设计教学中的作用[J]．中国现代教育装备，2012年第18期总第154期：77～78.

本文发布于:2024-09-21 19:06:05，感谢您对本站的认可！

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