虚拟技术在信息技术教学中的应用分析

福建省三明市永安市西门小学 邹运钟

一、虚拟机器人与小学信息技术教学结合的意义

随着《新一代人工智能发展规划》的正式发布，中小学信息技术课程越来越重视人工智能知识的普及教育、创新研究。中小学教材都有不少人工智能方面的教学内容，这部分知识需要利用便捷的人工智能设备开展教学，而大量采购人工智能设备，包括硬件的维护，需要大量的资金支持，因而可以采购部分人工智能教学资源包，活动体验时，每一个小组分一套人工智能设备，再配合虚拟机器人软件进行教学。每位学生先用软件搭建机器人，规划好机器人的结构，编制好机器人的程序，测试成功后再进行实体机器人的组装和程序调试。相比每个人都进行实体搭建，可以减少资金投入，也节省了大量检查、准备整理器材的工作，提高了信息技术课堂教学的效率。

虚拟机器人是利用虚拟软件按照用户需要直观地选择、搭建机器人，虚拟出的机器人可以在显示屏中直观地显示出来，该机器人可以加载用户预先编制的程序，按照编制的程序运行，生动模拟出机器人活动的过程。因此，虚拟机器人特别适合运用于信息技术教育教学中的编程教育、机器人探究活动。例如，设计一个循迹机器人，在设计好了适合通过指定路线的机器人小车后，可以在机器人前端两侧安装两个灰度传感器，利用While 循环和If 条件判断编制出机器人程序，先在虚拟软件中测试机器人运行情况，测试成功后，经小组讨论后将最优化的程序下载到真实的机器人中进行实践探究。这个探究过程减少了喷绘场地纸的过程，避免了过度频繁使用机器人设备，即节省了资金的投入，又避免了机器人设备高负荷运行而损坏。

目前，各种虚拟机器人仿真系统、虚拟机器人网络教学平台正被广泛运用于机器人教育活动中。随着虚拟机器人技术越来越成熟，它已成为机器人教育、竞赛活动中不受设备、场地局限的一种延伸，使普及机器人教育变得更便捷、更有效。

二、利用VR 虚拟技术，激发学生学习兴趣

在学校没有设备、现场环境的情况下，虚拟机器人虽然能便捷地让学生参与机器人活动，但是长期面对电脑，没有经常亲自动手，缺乏多角度直视的经历，学生的参与欲望会逐渐降低，慢慢就会厌倦这种学习方式。利用VR 虚拟现实技术就可以解决这个问题。如果能采用新颖的科技手段，让学生身临其境地回归真实场景，学生的兴趣更容易被调动起来。

信息技术课程的教学中，教师不仅要在课上关注学生的学习特点，也要及时与学生交流互动，以便全面掌握学生的个性特点，进而采用适合学生学习的教学方式。教师可将现实的机器人教学与虚拟机器人教学穿插进行，并配合VR 虚拟技术作为教学的延伸。不管是现场的机器人教学还是虚拟机器人教学，教师都要尽可能地为学生创设直观形象的教学场景，让学生能有沉浸于科学研究和探索的欲望，这样才能使学生的学习活动更加积极、主动。

例如，当前部分品牌可以虚拟出许多机器人运行的场景，如同游戏中的多个关卡，学生可在电脑或手机App 中编制机器人程序。戴上VR 眼镜，可以身临其境般感受到自己进入每一个关节，看清机器人运行的每一个细节，遇到问题再修改程序。如同玩游戏一般让学生成为主角，学习的效果就显著地提高了。VR 虚拟现实技术让学生的学习增加了现场感，能把现实无法做到的跨时空场景直接搬到学生的面前。兴趣是激发学生创造力的法宝，对于编程学习，原先枯燥无味的学习过程，因为有了VR+虚拟机器人技术而变得更有趣味性、更有现场感。学生可以通过VR+虚拟机器人软件模拟解决现实生活中的具体问题，也可以通过VR+虚拟机器人技术自己编制出一款生动的竞技游戏。

三、以虚拟机器人教学平台为手段，提高学生创新学习能力

虚拟机器人平台中包含丰富的教学资源，有视频教程，有各种3D 资源场景，有丰富的学生作品资源。学生可以利用课堂或课外的时间参与到学习活动中，跨越时空，不受条件限制就可以进行机器人探索活动。教师可以在平台中布置每周的学习任务、挑战任务，并按时对学生的活动进行评价，考核学生的结构设计、程序编制的水平。虚拟机器人平台的教学运用，可多方面考查学生的逻辑思维能力、创新能力和学习态度等。教师可以将虚拟机器人作业水平、任务完成情况、现场机器人制作能力，作为选拔参加机器人竞赛队员的条件。

例如，在完成了虚拟机器人基础知识技能的学习后，要让学生有足够的时间参与到平台中学习，因为每一个探究任务仅靠课堂的40 分钟时间是远远不够的。机器人的外观、设备的选择和组装等，都需要很多时间。为了有效开展虚拟机器人平台的教学，教师要形成有效的教学模式，充分激发学生的学习和创新能力。首先，利用虚拟机器人平台，教师在上课之前先布置一个挑战任务，让学生在课前充分思考：如何设计外观？安排什么传感器？怎么安装每一个部件？需要用到怎样的程序框架？最容易出现的问题是什么？等等。其次，课堂上让学生分组讨论自己的探究收获，展示完成情况，找出普遍出现的问题，与学生一起探讨解决。最后，根据任务完成的情况，布置创新设计任务，促使学生通过本次所学知识和技能，挑战完成一个相似的任务，激发学生举一反三的能力，同时巩固所学的知识和技能。

四、开展模拟实训，加深学生对信息技术课程的理解

过去，我国的教育基本是重理论知识而轻实践培训。信息技术课程本身就是应用型学科，从初高中学习虚拟技术理论基础开始，到高校的分析虚拟技术专业，各类实验分析仪器和实践经验都占据较大的比重，理论型的教学难以充分开发学生的思维。但是因为虚拟技术实验需要用到大量的高精密仪器，投入成本较大，很多高校没有专业的实验室，分析虚拟技术实验课程缺乏专业的实验设备，虚拟技术实训受到限制，导致教师的教学偏重理论知识，学生对分析虚拟技术的理解也只能局限于课程理论知识中，对虚拟技术实验缺乏主观性认识。很多实验类题型根本没有进行全面的了解分析就一笔带过，造成分析虚拟技术的理论知识与实践应用得不到有效衔接，无法激发学生的创新思维，难以落实学以致用的教学核心目标。

而虚拟仿真系统依托计算机软件的强大合成功能，通过信息技术构建完善的仿真实训系统，通过模拟实验操作步骤，让分析虚拟技术的理论知识都能通过虚拟仿真实训系统展现处理，配合教师对信息技术课程进行分步解析，能更全面地展现实验过程中的虚拟技术反应变化规律，给学生带来真实的视觉冲击，使其加深对实验的印象，充分与理论知识相融合，深入理解消化知识点。而且虚拟软件合成的实验教学视频富含趣味性，3D 动画的视觉效果能够打造轻松、趣味的学习氛围，让学生对分析虚拟技术保持积极的探究兴趣，全面开发学生的潜力，切实提高教学效率。

五、重视虚拟技术在教学应用中的安全防护对策

当前，在应用虚拟技术时，身份识别技术是较为普遍的一种信息安全保护方式。虚拟技术身份识别是目前对于虚拟技术信息防护的重要手段之一，主要通过计算机的机器指令来加以识别和确认，能够有效避免网络黑客以及非法人员对于计算机信息的破坏与获取。要想有效保证虚拟技术信息安全，首先需重视虚拟技术环境的安全管理。在大数据时代，对应的总是各种各样的数据之间的某种相关，科学技术的发展越来越进步的背景下，数据信息的安全成为重大问题。因此，网络安全性、合理水平的升级、相关工作人员的数据、整个网络的数据管理等都有必要调整。随着互联网时代的不断发展，信息的公开性越来越高。对用户来说，在带来便利信息的同时，也可能带来病毒的危害。目前，大数据被广泛运用，对应的是越来越多的课题，在将来的开发进程中，研究人员有必要结合计算机技术的革新进步，满足大规模数据时代的数据处理实际需要，真正提高信息数据的安全性和有效性。计算机信息处理是具有先进内容的最新技术，学校应引进专业的技术人才，从而更好地完成计算机信息防护的工作。

总而言之，信息化2.0 时代的教师，特别是信息技术教师，要自觉学习最前沿的信息技术知识和技能，充分提高自己的信息素养，掌握最新的教学手段，充分提高课堂教学效率。虚拟机器人、VR 虚拟现实技术只是当前信息技术教学中技术比较成熟、比较适用的手段。从2017 年《新一代人工智能发展规划》正式发布以来，人工智能技术已经正式进入智能交通、信息服务、生产一线、教育等领域。信息技术教师需要深入地学习、研究人工智能与教学的融合技术，把人工智能的技术充分运用于教学，为学生提供一种高效、全新的学习场景，让学生更轻松、更高效地完成学习任务，形成人工智能时代的信息素养，为国家培养出更具创新能力的人才。