摘 要：虛擬機器人競賽是指利用仿真機器人軟件開展機器人競賽活動，其開展費用較低、操作簡便，易推廣和使用，對提高學生的信息技術(shù)素養(yǎng)和科技素養(yǎng)有著巨大的促進作用，因此許多中小學都開展了這項教育活動。在此基礎(chǔ)上，文章作者結(jié)合近年的競賽輔導經(jīng)驗，探討了高中開展虛擬機器人競賽輔導的策略，以期為高中進行高效的競賽輔導提供參考。

關(guān)鍵詞：虛擬機器人;競賽;輔導策略

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 收稿日期：2019-12-14 文章編號：1674-120X（2020）18-0117-02

一、虛擬機器人競賽開展的背景

中學機器人競賽作為一項教育活動，不但能培養(yǎng)學生的工程思維、動手能力和團隊協(xié)作能力，而且對提升學生的信息素養(yǎng)、科學素養(yǎng)有著促進作用，是提高中學生綜合素質(zhì)的一條重要途徑。然而，競賽機器人價格昂貴，競賽活動被生產(chǎn)商把持，學生訓練需要一定規(guī)模的場地，參賽人數(shù)有限，這些缺點嚴重制約了這項教育活動的開展。據(jù)一項調(diào)查，廣東省的機器人競賽活動，88.32%參賽隊伍來自珠三角發(fā)達地區(qū)，而即使在這些地區(qū)，也僅有少數(shù)的市區(qū)重點學校能夠開展。

近年來，隨著虛擬仿真技術(shù)的發(fā)展，開展虛擬機器人競賽的技術(shù)環(huán)境不斷成熟，虛擬機器人競賽的優(yōu)勢逐漸體現(xiàn)。虛擬機器人競賽是指利用仿真軟件開展智能機器人競賽活動。學生通過電腦和網(wǎng)絡(luò)，在仿真系統(tǒng)中開展智能機器人學習和研究，模擬實物機器人一切功能和動作，如組裝虛擬機器人、編輯虛擬環(huán)境、編寫機器人驅(qū)動程序、控制機器人在特定環(huán)境中按指定規(guī)則完成任務(wù)等。與實體機器人競賽相比，虛擬機器人競賽活動只需使用普通計算機，成本較低，并適合在學校中大規(guī)模開展。截至目前，中小學虛擬機器人競賽中先后出現(xiàn)虛擬足球、虛擬滅火、智能快遞、虛實結(jié)合、九宮探險等比賽項目。在各種虛擬機器人比賽項目中，廣州市教育信息中心開發(fā)的“虛擬快遞”“虛實結(jié)合”最具代表性。這兩個項目通過政府立項投資、企業(yè)協(xié)同開發(fā)的方式進行，免費提供給全省中小學生使用，特別是“智能快遞”項目，因其學習難度低、趣味性強，不僅在廣州，在廣東省其他各地市的中小學都有大規(guī)模的學習和比賽。

農(nóng)村學校受制于資金、場地，無法大規(guī)模開展實體機器人競賽活動。虛擬機器人的出現(xiàn)，為這類學校提供了一個開展機器人教育活動的有效途徑。作為一所農(nóng)村學校，廣東省佛山市南海區(qū)羅村高級中學（以下簡稱“我?！保┳?016年開始，開設(shè)了“智能快遞”“虛實結(jié)合”“九宮探險”競賽項目，并把“智能快遞”作為校本課程，在信息技術(shù)課上進行大班教學，學生學習興趣濃厚，取得了良好效果。

二、高效的競賽輔導策略

高效的競賽輔導是取得優(yōu)秀成績的前提。近三年，我校參賽隊伍代表地市參加中小學生電腦制作活動的機器人競賽廣東省決賽，在“智能快遞”“虛實結(jié)合”項目取得一等獎一次、二等獎兩次、三等獎多次的好成績。下面，筆者結(jié)合在虛擬機器人競賽輔導過程中出現(xiàn)的問題和解決問題的辦法，探討高中開展虛擬機器人競賽輔導的策略。

（一）團隊研究，提升教師水平

機器人融合了信息技術(shù)、機械、電子等多個領(lǐng)域知識，教師在進行教學輔導時，會碰到知識和技術(shù)上的各種難題。因此，必須通過資料搜索、學習、實驗、培訓等方式讓自己的專業(yè)能力得到提升與發(fā)展。

以“智能快遞”項目為例，該項目并沒有完整的教程和資料，我們通過在搜索引擎中輸入關(guān)鍵詞進行資料搜索，同時通過QQ群、座談會等形式向具有競賽輔導經(jīng)驗的教師請教，獲取該項目開展的相關(guān)資料和經(jīng)驗。機器人控制程序是虛擬機器人的核心，我們?nèi)唤處熢陂_展輔導前，認真研究各個項目，分析、參透規(guī)則，設(shè)計高效、穩(wěn)定、模塊化的控制程序，然后帶領(lǐng)學生一起研究、設(shè)計并制訂可行的競賽訓練方案。根據(jù)學生的特點，還有實驗的結(jié)果，我們大膽提出使用文本編程代替圖形化積木編程的方式，提高編程效率，為學生現(xiàn)場調(diào)試機器人騰出更多的時間。

（二）大班教學，選拔參賽學生

選拔優(yōu)秀學生參加競賽是虛擬機器人競賽的重要一環(huán)。參加虛擬機器人競賽的學生必須對機器人項目、程序設(shè)計有濃厚的學習興趣，還必須具備較強的自學能力、動手能力、與他人溝通的能力。另外，高中生的學習壓力非常大，參加競賽的學生必須成績相對較好，學有余力，不能因為參加競賽而影響了文化課的學習。

為了選拔最優(yōu)秀的學生，我校在高一的信息技術(shù)課開設(shè)“智能快遞”項目校本課程，面向所有高一學生普及機器人基礎(chǔ)知識，讓學生了解“智能快遞”項目中基本的馬達、傳感器知識;掌握利用程序驅(qū)動快遞車行進、巡線、轉(zhuǎn)彎、接收快遞等基本競賽任務(wù)。在此基礎(chǔ)上，通過課程考核、填報競賽意向表，結(jié)合學生的文化課成績，初步選拔出參賽學生。之后，利用校本選修課，組織這些學生進行《C語言基礎(chǔ)》《“智能快遞”文本編程課》教程的學習，最后通過綜合設(shè)計任務(wù)進行考核，篩選出最合適的人選加入虛擬機器人競賽小組。對小組成員，采用導師制形式，根據(jù)不同項目的競賽任務(wù)和規(guī)則，由不同教師進行一對一的指導。

（三）課程開發(fā)，形成教學體系

虛擬機器人競賽是一項基于任務(wù)驅(qū)動的教育實踐活動，現(xiàn)階段沒有符合競賽輔導要求的完整教材與課程，開發(fā)校本課程是開展教學活動的一項重要工作。作為農(nóng)村學校，我校學生的計算機基礎(chǔ)知識、自學能力薄弱?；谶@些特點，并充分利用現(xiàn)有的資源，我校開發(fā)了適合學生個性發(fā)展和潛能開發(fā)的校本課程。課程分為兩個部分，一個是面向全體學生的普及型大班課程，另一個是針對接受競賽輔導的學生的文本編程課程。前者內(nèi)容包括小車組裝、巡線、轉(zhuǎn)彎、抓取快遞等基本任務(wù);以圖形編程為主要形式;以學生完成一個任務(wù)，順利達到終點作為最終的考核目標。后者內(nèi)容包括文本編程基礎(chǔ)知識、各種功能函數(shù)的理解和應(yīng)用，以競賽的考評規(guī)則作為考核的目標。經(jīng)過兩年的教學實踐和不斷改進、完善，形成了從目標、內(nèi)容到評價標準的完整體系。

（四）策略制訂，提升競賽成績

綜合考慮虛擬機器人項目特點、學生基礎(chǔ)、訓練時間，選擇合適的訓練輔導方案和競賽策略，是競賽取得優(yōu)異成績的關(guān)鍵。高中學生學習任務(wù)繁重，每天能夠擠出來訓練的時間不多。在訓練時間不足的情況下，合理安排訓練內(nèi)容，提高訓練效率，是提高競賽成績的重要途徑。我校采用文本編程，而不是大多數(shù)學校采用的圖形化編程，是為了盡量減少編程時間，使學生有更多的時間來完成調(diào)試和訓練任務(wù)。然后，把訓練任務(wù)分割成一個個獨立小項目，減少任務(wù)間的耦合度，讓學生每天在有限的訓練時間內(nèi)，能夠完成一個小項目，有效降低了訓練的難度。每兩周定期舉行一次學生間的比賽，不僅可以讓學生在實戰(zhàn)中發(fā)現(xiàn)問題，改進程序，還可以相互學習，相互促進。

以“智能快遞”項目為例，學生學習了C語言基礎(chǔ)知識和智能快遞基礎(chǔ)知識后，逐漸進入競賽訓練階段?！爸悄芸爝f”的競賽規(guī)則是：在比賽現(xiàn)場公布運行環(huán)境（地圖），學生于限定時間內(nèi)（90分鐘），在地圖上規(guī)劃出合理的快遞車行走路線，編寫快遞車控制程序，控制快遞車沿著規(guī)定的路線行走，在3分鐘的時間內(nèi)，盡可能多地接收快遞，并把快遞送達終點，以接收快遞的多少和是否到達終點作為成績計算的標準。經(jīng)過研究分析，我們發(fā)現(xiàn)比賽任務(wù)雖然復雜多變，但把它分割成各個小任務(wù)后，各個任務(wù)間具有一定的相似性，這使得部分程序重用成為可能。以此為出發(fā)點，我們把整個比賽任務(wù)分解為驅(qū)動、巡線、轉(zhuǎn)彎、接收快遞等小任務(wù)，同時通過函數(shù)參數(shù)形式來解決任務(wù)間的差別，主要的功能函數(shù)如下表：

最后在主函數(shù)中，根據(jù)現(xiàn)場地圖的實際情況，調(diào)用各個任務(wù)函數(shù)，構(gòu)成一個完整的比賽程序。

在競賽前，教師對學生進行競賽現(xiàn)場策略的指導。以“智能快遞”為例，首先，代碼編寫必須規(guī)范，代碼要分段測試、編譯，以求盡快發(fā)現(xiàn)語法的錯誤。其次，比賽初始階段要規(guī)劃好快遞車行走路線，并對路線進行行走測試。再次，現(xiàn)場不要編寫難度高、穩(wěn)定度差的程序，如倒車巡線、倒車轉(zhuǎn)彎。最后，在完成全程的基礎(chǔ)上去追求好成績，不能花費大量的時間來調(diào)整微小的參數(shù)。

（五）過程反思，積累輔導材料

學生參加競賽后，輔導教師和學生都要做好反思和總結(jié)工作，對競賽的完整過程，從學生選拔到訓練到比賽進行認真檢討，好的經(jīng)驗繼續(xù)保留，做得不好的地方要深挖原因，避免重復犯錯。把檢討反思的過程形成書面材料，保存下來。這樣不僅能提高學生競賽的水平，同時有助于輔導教師積累豐富的經(jīng)驗和教學方法。

三、結(jié)語

虛擬機器人競賽綜合了信息技術(shù)、數(shù)學、物理等基礎(chǔ)學科知識，需要學生自主學習各科知識，融會貫通，對培養(yǎng)學生的信息素養(yǎng)、科學精神、實踐動手能力和團隊合作精神具有重要作用。相信隨著機器人競賽的發(fā)展和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的日益成熟，虛擬機器人教育和競賽將會得到更大范圍的普及。

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作者簡介：林俊桂（1978—），男，廣東澄海人，一級教師，本科，研究方向：人工智能教育，機器人教育。