基于虚拟仿真软件的机器人兴趣小组活动研究 (2).doc

杭州市国家基础教育课程改革研究课题（教师小课题） 研究方案 课题名称：基于虚拟仿真软件的机器人兴趣小组活动研究 负责人： 一、研究问题的情境性分析： （一）学校开展机器人兴趣活动现状分析 杭州市智能机器人竞赛已经走过了十四个年头了，机器人竞赛在杭州市区已经非常普及。然而在周边县市，机器人兴趣活动开展情况却不容乐观，就富阳市而言，目前也仅有三所小学开展机器人兴趣活动,能够接触机器人的学生更是少之又少。究其原因就是由于实物机器人价格过高，普通学校很难承担。 （二）虚拟仿真机器人软件的优势 虚拟仿真机器人是实体机器人的一种补充载体,可以“虚实结合,以虚代实”开展兴趣活动, 为教学创造更丰富的实践条件。虚拟仿真机器人软件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。综合起来，具有一下优势。 1.成本低廉——免费 目前有很多虚拟仿真机器人软件都是免费使用的，学校不需要任何费用，这样就不需要通过财政采购等行政步骤，普通教师只需要将这些软件安装在计算机教室就能够使用。 2.参与面广——全体 实体机器人由于价格因素，学校不肯能采购很多，使用起来也不可能做到每人一台。由于虚拟机器人软件安装在计算机教室，这就能够让所有学生都能够体验机器人。 3.运行可靠——稳定 虚拟机器人运行在计算机中，只要计算机运行正常，虚拟机器人就不会出现实体机器人存在的问题：电池没电、机械故障等情况。 4.面向程序——有效 基础教育阶段的程序设计教学主要是培养学生学习程序设计的兴趣，培养学生用程序设计的思想去分析问题、解决问题的能力。仿真软件没有环境误差的影响，更有利于学生理解程序的结构。在虚拟机器人仿真软件中学习，学生能够专注于机器人程序的编制，能够从易到难、循序渐进，引导学生掌握程序结构。 二、核心概念的操作定义 （一）概念界定 虚拟仿真：又称为模拟技术，就是用一个系统模仿另一个真实系统的技术。 虚拟仿真机器人软件所模拟仿真的是目前面向中小学教育的简单机器人，它在原来机器人编程平台的基础上，增加了电脑模拟机器人竞赛或者模拟机器人行为活动的功能，使得机器人程序的执行效果可以直接在电脑虚拟平台上演示，它仅通过一台电脑，就完成了机器人从搭建编程到最终效果展示的全过程。 （二）具体操作 1．筛选免费虚拟机器人软件 很多机器人厂商为了增加自身影响力，扩大普及面，或者和自己的教学机器人配套，往往会开发出免费使用的虚拟机器人仿真软件。也有一些面向竞赛的虚拟机器人仿真软件会提供竞赛专版供学生免费使用。通过筛选，整理出几种适合开展兴趣活动的虚拟机器人仿真软件供学生使用。 2．制定符合兴趣活动的方案 每一种虚拟仿真机器人软件都有各自不同的特点，有的软件着重于程序设计、有的软件着重于机器人的虚拟搭建……结合相应的虚拟仿真机器人软件，充分发挥每一种虚拟仿真机器人软件的特点，制定出相应的兴趣小组活动方案。 3．编写分层组本任务设计 在兴趣活动中，学生的学习程度不同，能力差距较大。这就要求针对同一任务，教师应该面向不同程度学生，设计不同层次的任务要求。或者同一任务，分层不同阶段，分几次完成。 4．开展竞赛辅导 1）分析任务目标的达成，培养结构化程序设计思想。 虚拟仿真机器人软件能营造良好的程序实践环境，学生在设计程序后，能从虚拟机器人的行为中得到即时反馈，学生再根据这些反馈修改程序。这样，学生就经历了一个“思考—实践—再思考—再实践”的反复的人机交互过程，直到目标程序的实现。虚拟仿真机器人软件在此过程中能够帮助学生理解并形成程序设计的思想。 2）组建虚拟机器人，激发学生的创新思维。 虚拟仿真机器人软件在创新思维培养的设计上也有所体现。它提供了地图编辑功能、虚拟机器人的编辑功能，使整个程序设计具有开放性。这有助于培养学生的发散思维，激发学生的创新思维。 3）编制机器人程序，提高小学生学习程序设计的兴趣 虚拟仿真机器人软件采用的是图形化编程界面和直观的流程图编程，学生可以利用仿真系统的仿真功能即时看到编程的效果。同时，虚拟仿真机器人软件采用了生活化的情景主题任务，为程序设计的学习增添了趣味性。 三、研究指向、内容与过程 （一）研究目标： 通过本课题的研究，发现适合学校开展机器人兴趣活动的免费虚拟机器人软件，同时开展实践，制定出配合虚拟机器人仿真软件的任务方案，开展有效的机器人活动。让学生在虚拟机器人仿真软件中学习机器人的搭建、程序编制和运行等各方面的知识。也为以后学习实体机器人打下必要基础。 （二）研究内容： 1.利用虚拟机器人软件开展学校兴趣活动。 2.研究并编写出相应的活动方案。 （三）研究方法： 1．调查研究法：为研究提供基础，找准研究的切入口。 2．理论研究法（文献研究法）：从研究要求出发，学习相关理论，借