高效的虚拟机器人竞赛辅导策略
时间：2021-02-10 10:04:27 来源：达达文档网 本文已影响 人 
摘 要：虚拟机器人竞赛是指利用仿真机器人软件开展机器人竞赛活动，其开展费用较低、操作简便，易推广和使用，对提高学生的信息技术素养和科技素养有着巨大的促进作用，因此许多中小学都开展了这项教育活动。在此基础上，文章作者结合近年的竞赛辅导经验，探讨了高中开展虚拟机器人竞赛辅导的策略，以期为高中进行高效的竞赛辅导提供参考。
关键词：虚拟机器人;竞赛;辅导策略
中图分类号：G434 文献标识码：A 收稿日期：2019-12-14 文章编号：1674-120X（2020）18-0117-02
一、虚拟机器人竞赛开展的背景
中学机器人竞赛作为一项教育活动，不但能培养学生的工程思维、动手能力和团队协作能力，而且对提升学生的信息素养、科学素养有着促进作用，是提高中学生综合素质的一条重要途径。然而，竞赛机器人价格昂贵，竞赛活动被生产商把持，学生训练需要一定规模的场地，参赛人数有限，这些缺点严重制约了这项教育活动的开展。据一项调查，广东省的机器人竞赛活动，88.32%参赛队伍来自珠三角发达地区，而即使在这些地区，也仅有少数的市区重点学校能够开展。
近年来，随着虚拟仿真技术的发展，开展虚拟机器人竞赛的技术环境不断成熟，虚拟机器人竞赛的优势逐渐体现。虚拟机器人竞赛是指利用仿真软件开展智能机器人竞赛活动。学生通过电脑和网络，在仿真系统中开展智能机器人学习和研究，模拟实物机器人一切功能和动作，如组装虚拟机器人、编辑虚拟环境、编写机器人驱动程序、控制机器人在特定环境中按指定规则完成任务等。与实体机器人竞赛相比，虚拟机器人竞赛活动只需使用普通计算机，成本较低，并适合在学校中大规模开展。截至目前，中小学虚拟机器人竞赛中先后出现虚拟足球、虚拟灭火、智能快递、虚实结合、九宫探险等比赛项目。在各种虚拟机器人比赛项目中，广州市教育信息中心开发的“虚拟快递”“虚实结合”最具代表性。这两个项目通过政府立项投资、企业协同开发的方式进行，免费提供给全省中小学生使用，特别是“智能快递”项目，因其学习难度低、趣味性强，不仅在广州，在广东省其他各地市的中小学都有大规模的学习和比赛。
农村学校受制于资金、场地，无法大规模开展实体机器人竞赛活动。虚拟机器人的出现，为这类学校提供了一个开展机器人教育活动的有效途径。作为一所农村学校，广东省佛山市南海区罗村高级中学（以下简称“我校”）自2016年开始，开设了“智能快递”“虚实结合”“九宫探险”竞赛项目，并把“智能快递”作为校本课程，在信息技术课上进行大班教学，学生学习兴趣浓厚，取得了良好效果。
二、高效的竞赛辅导策略
高效的竞赛辅导是取得优秀成绩的前提。近三年，我校参赛队伍代表地市参加中小学生电脑制作活动的机器人竞赛广东省决赛，在“智能快递”“虚实结合”项目取得一等奖一次、二等奖两次、三等奖多次的好成绩。下面，笔者结合在虚拟机器人竞赛辅导过程中出现的问题和解决问题的办法，探讨高中开展虚拟机器人竞赛辅导的策略。
（一）团队研究，提升教师水平
机器人融合了信息技术、机械、电子等多个领域知识，教师在进行教学辅导时，会碰到知识和技术上的各种难题。因此，必须通过资料搜索、学习、实验、培训等方式让自己的专业能力得到提升与发展。
以“智能快递”项目为例，该项目并没有完整的教程和资料，我们通过在搜索引擎中输入关键词进行资料搜索，同时通过QQ群、座谈会等形式向具有竞赛辅导经验的教师请教，获取该项目开展的相关资料和经验。机器人控制程序是虚拟机器人的核心，我们三位教师在开展辅导前，认真研究各个项目，分析、参透规则，设计高效、稳定、模块化的控制程序，然后带领学生一起研究、设计并制订可行的竞赛训练方案。根据学生的特点，还有实验的结果，我们大胆提出使用文本编程代替图形化积木编程的方式，提高编程效率，为学生现场调试机器人腾出更多的时间。
（二）大班教学，选拔参赛学生
选拔优秀学生参加竞赛是虚拟机器人竞赛的重要一环。参加虚拟机器人竞赛的学生必须对机器人项目、程序设计有浓厚的学习兴趣，还必须具备较强的自学能力、动手能力、与他人沟通的能力。另外，高中生的学习压力非常大，参加竞赛的学生必须成绩相对较好，学有余力，不能因为参加竞赛而影响了文化课的学习。
为了选拔最优秀的学生，我校在高一的信息技术课开设“智能快递”项目校本课程，面向所有高一学生普及机器人基础知识，让学生了解“智能快递”项目中基本的马达、传感器知识;掌握利用程序驱动快递车行进、巡线、转弯、接收快递等基本竞赛任务。在此基础上，通过课程考核、填报竞赛意向表，结合学生的文化课成绩，初步选拔出参赛学生。之后，利用校本选修课，组织这些学生进行《C语言基础》《“智能快递”文本编程课》教程的学习，最后通过综合设计任务进行考核，筛选出最合适的人选加入虚拟机器人竞赛小组。对小组成员，采用导师制形式，根据不同项目的竞赛任务和规则，由不同教师进行一对一的指导。
（三）课程开发，形成教学体系
虚拟机器人竞赛是一项基于任务驱动的教育实践活动，现阶段没有符合竞赛辅导要求的完整教材与课程，开发校本课程是开展教学活动的一项重要工作。作为农村学校，我校学生的计算机基础知识、自学能力薄弱。基于这些特点，并充分利用现有的资源，我校开发了适合学生个性发展和潜能开发的校本课程。课程分为两个部分，一个是面向全体学生的普及型大班课程，另一个是针对接受竞赛辅导的学生的文本编程课程。前者内容包括小车组装、巡线、转弯、抓取快递等基本任务;以图形编程为主要形式;以学生完成一个任务，顺利达到终点作为最终的考核目标。后者内容包括文本编程基础知识、各种功能函数的理解和应用，以竞赛的考评规则作为考核的目标。经过两年的教学实践和不断改进、完善，形成了从目標、内容到评价标准的完整体系。
（四）策略制订，提升竞赛成绩
综合考虑虚拟机器人项目特点、学生基础、训练时间，选择合适的训练辅导方案和竞赛策略，是竞赛取得优异成绩的关键。高中学生学习任务繁重，每天能够挤出来训练的时间不多。在训练时间不足的情况下，合理安排训练内容，提高训练效率，是提高竞赛成绩的重要途径。我校采用文本编程，而不是大多数学校采用的图形化编程，是为了尽量减少编程时间，使学生有更多的时间来完成调试和训练任务。然后，把训练任务分割成一个个独立小项目，减少任务间的耦合度，讓学生每天在有限的训练时间内，能够完成一个小项目，有效降低了训练的难度。每两周定期举行一次学生间的比赛，不仅可以让学生在实战中发现问题，改进程序，还可以相互学习，相互促进。
以“智能快递”项目为例，学生学习了C语言基础知识和智能快递基础知识后，逐渐进入竞赛训练阶段。“智能快递”的竞赛规则是：在比赛现场公布运行环境（地图），学生于限定时间内（90分钟），在地图上规划出合理的快递车行走路线，编写快递车控制程序，控制快递车沿着规定的路线行走，在3分钟的时间内，尽可能多地接收快递，并把快递送达终点，以接收快递的多少和是否到达终点作为成绩计算的标准。经过研究分析，我们发现比赛任务虽然复杂多变，但把它分割成各个小任务后，各个任务间具有一定的相似性，这使得部分程序重用成为可能。以此为出发点，我们把整个比赛任务分解为驱动、巡线、转弯、接收快递等小任务，同时通过函数参数形式来解决任务间的差别，主要的功能函数如下表：
最后在主函数中，根据现场地图的实际情况，调用各个任务函数，构成一个完整的比赛程序。
在竞赛前，教师对学生进行竞赛现场策略的指导。以“智能快递”为例，首先，代码编写必须规范，代码要分段测试、编译，以求尽快发现语法的错误。其次，比赛初始阶段要规划好快递车行走路线，并对路线进行行走测试。再次，现场不要编写难度高、稳定度差的程序，如倒车巡线、倒车转弯。最后，在完成全程的基础上去追求好成绩，不能花费大量的时间来调整微小的参数。
（五）过程反思，积累辅导材料
学生参加竞赛后，辅导教师和学生都要做好反思和总结工作，对竞赛的完整过程，从学生选拔到训练到比赛进行认真检讨，好的经验继续保留，做得不好的地方要深挖原因，避免重复犯错。把检讨反思的过程形成书面材料，保存下来。这样不仅能提高学生竞赛的水平，同时有助于辅导教师积累丰富的经验和教学方法。
三、结语
虚拟机器人竞赛综合了信息技术、数学、物理等基础学科知识，需要学生自主学习各科知识，融会贯通，对培养学生的信息素养、科学精神、实践动手能力和团队合作精神具有重要作用。相信随着机器人竞赛的发展和虚拟现实技术的日益成熟，虚拟机器人教育和竞赛将会得到更大范围的普及。
参考文献：
[1]张嘉志，李赞坚.中小学机器人教育中的均衡化发展问题及解决策略[J].教育信息技术，2014（2）：72-74.
[2]龙丽嫦.虚拟机器人：让信息技术教育更丰盈[J].中国现代教育装备，2012（18）：67-69.
[3]张 迪.浅谈虚拟机器人的校本课程开发[J].中国信息技术教育，2017（Z2）：161-163.
作者简介：林俊桂（1978—），男，广东澄海人，一级教师，本科，研究方向：人工智能教育，机器人教育。
