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基于纳英特3D虚拟仿真机器人的课程设计探究
?来源: ?? 发布日期:2010-8-31 ?? 浏览次数:2873
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杭州市学军小学 冯 岳汪培新 王振华 潘瑛璐 周 勇
成果摘要
随着智能技术的发展,智能机器人教育走进课堂已成为必然趋势,必将给信息技术教育带来新的活力。我校基于纳英特3D仿真虚拟机器人软件深入开展智能机器人课堂教学研究,探索3D仿真虚拟机器人课程目标与定位,编写纳英特3D仿真虚拟机器人校本教材,研究3D仿真虚拟机器人教学策略和教学方法,创新和拓展了小学信息技术学科教学的内涵。我校通过开展3D仿真虚拟机器人课堂教学,发展了学生信息素养与操作技能,提升了学科品牌和学校影响力。
关键词: 3D虚拟仿真 课程设计
一、课题缘起
(一)实物机器人课堂教学面临诸多问题
当前从实物机器人课堂教学的开展情况来来看,较多的学校只是以课外活动、各种兴趣班、培训班的形式开展机器人教学。通常的做法,是由学校购买若干套机器人器材,由信息技术课程老师或综合实践课程教师进行指导,组织学生进行机器人组装、编程的实践活动,然后参加一些相关的机器人竞赛。目前,只有浙江、上海、江苏等极少数的地区和学校将实物机器人纳入了正规课堂教学。
目前,开展实物机器人课堂教学所面临的主要问题有:
1.教学目标和课堂体系尚欠完备。小学、初 中、高中机器人教学的分阶段目标的划分不够明确与合理,导致相关教材的区分度低、特色不强。
2.缺乏科学规划与教学设计。目前机器人教学的“教材”较少,大多属于“产品说明书”或“用户指南”式的,缺少课程与教学专家的参与和指导。
3.实物机器人产品缺少规范。目前教育机器人的品牌十分繁杂,并且大多自成体系,互不兼容,开放度低。另一方面,适应于不同学段的性能价格比高的教育机器人产品却很少,特别是对学校而言,开展机器人课堂教学初期投入较高,持续费用大,难以长期发展。
4.器材难以管理。目前的教育机器人都是以积木或零件式为主,型号多,配件杂,在开展课堂教学时,往往容易丢失零部件,教学过程中的器材难于管理,不利于大面积开课。
5.教育行政部门不够重视,缺少从教育视角进行的研究。当前中小学机器人教育的开展,在一定程度上是由教育机器人企业在推动。虽然企业在初期为此做出的贡献应当予以肯定,但是随着机器人教育的逐渐深入与普及,目前亟需教育行政部门、教学研究机构给予充分的关注、协调与引导。
(二)3D仿真虚拟机器人成功应用于教育
目前针对学校教学的3D仿真机器机器人软件还非常少,国内只有极少数仿真软件开发成功运用于学校教育,其中比较有名的是NSTRSS。NSTRSS开发成功并应用于教育领域已经有两年多时间,从目前教育实践研究来看,它具有如下的特点:
1.全3D场景。用户可自由控制视角的位置和角度进行场景漫游。
2.逼真的仿真效果。采用虚拟现实技术,高度接近实际环境下的机器人运动状态,大大简化实际机器人调试过程。
3.实时运行调试。运行时,依据实际运行情况,调整机器人参数,帮助用户快速实现理想中的效果。
4.自由灵活的机器人搭建与场地搭建。用户可自由选择机器人及其配件,进行机器人搭建,可自行编辑3D训练比赛场地,所想即所得。
5.单人或多人的对抗过程。用户可添加多个机器人自由组队进行队伍间对抗。
6.与NST实物机器人无缝连接。NST实物机器人生成的控制程序代码可有仿真软件直接调用,大大节省编程时间。
7.3D虚拟仿真机器人软件安装成本低,使用与维护非常方便,因此课堂教学推广基本无障碍。
(三)3D仿真促进了机器人教育推广发展
当前我区只有极少数学校在开展了机器人课堂教育,而绝大部分学校都没有开设该类课程。其中主要因素是经费问题,从机器人硬件设备的购买,部件的配置及维护管理等等都需要庞大的开销。而3D仿真虚拟机器人作为一种纯软件环境,具有不受实体机器人的硬件、场地限制等一系列突破学校经费限制的优势,便于大范围教学的开展和管理。目前很多公司已经开发了很多大量适用各个年级阶段机器人教育的虚拟机器人仿真软件,而且网络上也有很多开源代码供用户下载,这就使得利用虚拟机器人作为传统机器人教育的拓展和补充有了物质基础。这样,经济薄弱的地区和学校,可以通过虚拟机器人开展机器人教育;经济实力较好的学校,可以在课堂中直接使用实体机器人进行教学,也可以先采用3D仿真虚拟机器人开展教学再进行实体机器人深化教学。这种方式既可以扩展机器人教育的普及基础力度,同时可以减少零部件的损耗,增加机器人的使用率。因此,3D虚拟仿真机器人教学
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