2.2 仿真实验与机器人仿真系统 讲义 2023—2024学年河大音像版（2020）初中信息技术八年级上册

第二节 仿真实验与机器人仿真系统

一、教材分析

（一）内容分析

本节主要内容为学习和生活中的仿真和仿真实验的含义、应用、体验，机器人仿真系的含义、应用，常见机器人仿真软件初体验。理论联系生活、学习实际，进行仿真实验的体验（如 NOBOOK 等），学生可结合自己已学的物理、化学、生物学科知识，在仿真实验的平台上进行体验。另外，教材明确给出仿真实验与真实实验相比而言的优势和不足，帮助学生客观辩证地理解仿真实验的应用。本教材中机器人仿真系统的教学以 VJC1.5 仿真版软件为例，本节需要学生掌握机器人仿真软件的界面及常用模块库。

（二）教学目标

（1）通过完成“实践活动 1”“实践活动 2”，掌握机器人仿真软件的界面及模块库组成。

（2）通过自主学习和教师讲解“智能机器人仿真系统”，理解机器人仿真系统及其软件应用。

（3）通过仿真、仿真实验的讲解，结合“思考与探索”，引导学生走进人工智能仿真实验的奇妙世界，了解仿真和仿真实验的含义，理解仿真实验的应用。

（三）教学重点和难点

1.教学重点

VJC1.5 仿真版软件的界面。

2.教学难点

仿真实验的应用。

二、学情分析

教师使用仿真软件的机会多于学生，最好能在前面几节中，演示一些仿真软件的应用，或与其他学科教师集体备课，了解其他学科课堂上仿真软件的使用情况（NOBOOK 软件在中学物理、化学、生物课上，几何画板在中学数学课上使用得比较

普遍）。学生对于仿真软件应有所了解，但因为学校情况不同，学生了解的程度会有所不同。教师需根据不同的学情进行教学设计。现在的仿真软件界面都比较友好，教师要注意方法的指导。学生通过本节的学习，会对仿真软件产生较大的兴趣。

三、教学建议

（一）课前准备

设备：多媒体教学设备，互联网环境。

学生：了解仿真和仿真实验。

教师：准备好若干个“仿真实验”（汽车驾驶、仿真实验室、AI 换衣、仿真互动游戏）；做好仿真及仿真实验相关知识储备，清楚了解 VR、AR、MR 的含义及应用，能举出恰当的例子；准确完成教材中的“思考与探索”“实践活动”内容；准备一个用于展示教学内容的演示文稿，设计教学用的记录表、评价表。

（二）过程设计

本节是从人工智能到人工智能机器人，再到智能机器人仿真软件，由宏观到现实，再到微观具体应用，起着承上启下的作用。本节内容主要是引领学生真正走进人工智能的仿真实验，让学生了解人工智能中仿真科学的含义及仿真实验的应用，从表面的含义理解到进一步的仿真体验，让学生真切了解人工智能在仿真实验方面的应用。

本节内容是理论与实践相结合的，教师要采用多元化的教与学的方式，让学生既能深入理解理论部分的知识，又能动手操作。从单纯地听和模仿，变为主动地思考和练习。可采用同桌互学、小组活动、小组竞赛等形式开展教学。

本节围绕教学内容，每个模块都设计有“实践活动”或“思考与探索”。通过“思考与探索”的问题，引导学生思考和讨论，引出下一个模块的内容，并适当增添了教学活动的内容。以“实践活动”的形式，让学生边思考、边实践、边求知。教学过程中，教师要注意及时对学生个体和小组进行评价反馈，让活动的实效落地。

在教学过程中，需要学生以小组为单位收集整理一些学习资料，为了培养学生良好的学习习惯，

教学过程:

1.创设情境，引入新课

教师在线演示 NOBOOK 物理仿真实验“学习家庭电路组成”，按照顺序和规则，将用电器连接到电路中，形成闭合电路，就可以看到电饭煲冒出白气，好像可闻到香香的米饭味。由此激发学生的学习兴趣，引出仿真实验的概念，并引导学生思考仿真实验的优劣。引领学生进行“思考与探索”，讨论身边常见的仿真的应用，说说 VR、AR、MR 的含义，尝试说说它们有哪些应用，异同和联系是什么。

2.学习仿真、仿真实验相关知识

若想了解仿真实验，要先从仿真开始。教师可启发学生模仿动物，讲一些古人利用动物特性而仿真出的一些发明创造。但人工智能的仿真需要仿真硬件和仿真软件的支持。教师可让学生动手操作一款仿真实验，亲身体验仿真实验的应用。之后，让学生自主阅读教材，通过“思考与探索”及教师的补充，了解更多的仿真实验及其应用。

学习仿真实验的优势与不足，旨在培养学生辩证思维，让学生能客观地、全面地分析问题。目前，人工智能正处于第三次发展高峰期，教师应教会学生不盲从，科学理性分析问题，明确什么时候需要人工智能的辅助，什么时候需要人类智能，不能一味鼓吹、盲目崇拜，也不要拒绝。教师可先引领学生分析，再让学生看教材并归纳总结。

3.学习智能机器人仿真系统

机器人仿真系统是仿真实验中的一类应用。教师要先讲清楚机器人仿真系统应用的三个方面，以及常见的机器人仿真软件。本书以 VJC1.5 仿真版软件为例，进行计算机程序设计的学习。这部分内容通过两个“实践活动”，逐步引导学生熟悉软件。通过“实践活动 1”，让学生复习软件打开的方法，熟悉 VJC1.5 仿真版软件的界面和窗口组成。因为可视化软件的窗口都比较相似，注意引导学生自主进行知识迁移，找相同之处和不同之处。

通过“实践活动 2”，让学生观察 VJC1.5 仿真版软件中的各个模块库，根据按钮提示，掌握各模块库的名称及熟悉常用模块。让学生尝试做“练习提升”中的操作，感受在仿真软件中机器人运行的效果。