無線同屏技術(shù)在機器人課堂教學(xué)中的應(yīng)用研究*

伍貴強

（廣東省佛山市順德區(qū)杏壇梁銶琚初級中學(xué)，廣東佛山 528325）

一、研究背景

機器人教育作為創(chuàng)新精神和動手能力的載體，已經(jīng)逐漸進入中小學(xué)課堂。筆者所在學(xué)校是順德區(qū)較早把智能機器人課程融入到信息技術(shù)教學(xué)中的學(xué)校之一，通過智能機器人的教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生對智能機器人的興趣，讓學(xué)生了解和掌握以智能機器人為載體的通用技術(shù)與信息技術(shù)的基本知識和技能[1]。

通過多年的教學(xué)實踐，筆者發(fā)現(xiàn)機器人課堂教學(xué)過程中，存在以下問題：一是輔助演示設(shè)備的局限性。機器人是一個精密的設(shè)備，教師在展示時候，學(xué)生普遍都看不清，而實物展臺又受位置、角度和清晰度等限制，不能全面展示演示過程；二是在機器人編程中，學(xué)生需要反復(fù)、放慢動作來觀察機器人的運動軌跡，以方便進行程序的不斷優(yōu)化完善；三是目前安卓、蘋果等平板設(shè)備有非常好的機器人、編程等教學(xué)資源，但由于不是windows 系統(tǒng)，不方便教學(xué)運用；四是機器人教學(xué)非常注重學(xué)生的動手操作，但受機器人的程序、電源、數(shù)據(jù)線等束縛，不方便學(xué)生進行成果展示。筆者在參加順德區(qū)的《無線同屏技術(shù)在傳統(tǒng)課堂中的實現(xiàn)和創(chuàng)新應(yīng)用研究》課題研究中發(fā)現(xiàn)，通過無線同屏技術(shù)與移動智能終端有機融合，可以有效解決上述問題。

二、無線同屏技術(shù)

無線同屏，亦稱無線投屏，是指利用無線網(wǎng)絡(luò)連接方式，將智能設(shè)備的內(nèi)容同步顯示到另一個屏幕上，從而實現(xiàn)同屏互動。比如在教學(xué)中，教師手上的移動設(shè)備手機或平板的內(nèi)容通過無線網(wǎng)絡(luò)，顯示在大屏幕或者電視上，方便學(xué)生觀看。教學(xué)中使用無線同屏的目的在于：一是由于沒有電源線、數(shù)據(jù)線的束縛，所以非常方便教師隨時、隨地進行教學(xué)，以及通過拍攝獲取任意學(xué)生的作業(yè)反饋情況；二是移動設(shè)備具有強大的高清拍照、視頻直播和辦公等功能，在無線同屏技術(shù)支持下，將移動設(shè)備精彩的內(nèi)容實時同步到大屏幕上，起到放大功能，方便所有學(xué)生觀看。

目前無線同屏技術(shù)主要可以實現(xiàn)將移動智能終端拍攝的相片、攝像同屏到大屏，并對圖片進行修改備注和視頻直播；可以將各種辦公office 文檔同屏，實現(xiàn)課件教學(xué)；也可以將智能設(shè)備內(nèi)容完全鏡像，展示各種操作和教學(xué)資源。

三、無線同屏的實現(xiàn)方式

目前無線同屏一般采用Miracast、Airplay、Widi 等無線傳屏協(xié)議。根據(jù)使用的場景和需求不同，一般可以分為硬件無線同屏和軟件無線同屏[2]。市面上雖然有各種各樣的同屏器和各種軟件，但其原理基本上大同小異，下面將分別對這兩種方式的連接方式進行簡單介紹。

（一）硬件無線同屏方式

需要先購買硬件同屏器，然后通過HDMI 接口，將同屏器與投影儀或者大屏顯示器連接起來，最后將智能終端設(shè)備安裝相應(yīng)的APP 應(yīng)用，并通過無線網(wǎng)絡(luò)連接起來，就可以實現(xiàn)無線同屏功能。連接方式如圖1所示：

圖1 硬件無線同屏連接方式

（二）軟件無線同屏方式

這種方式不需要購買同屏器硬件，但只局限于使用在自帶大屏幕的一體機或者智能電視上使用。因為這些設(shè)備一般自帶無線網(wǎng)卡，而且可以安裝相應(yīng)的無線同屏軟件。這種方式，只要兩種設(shè)備都安裝相應(yīng)的同屏軟件，并連接到同一無線網(wǎng)絡(luò)即可。目前同屏軟件比較常用的有希沃的授課助手、樂播投屏、投屏神器等（如圖2）。

圖2 軟件無線同屏連接方式

四、無線同屏技術(shù)的應(yīng)用

（一）在教師課堂演示中的應(yīng)用

表1 觀察機器人傳感器

機器人教學(xué)過程中，機器人的演示是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的關(guān)鍵點，也是教學(xué)中突破重難點的重要環(huán)節(jié)，但這一環(huán)節(jié)往往存在看不清、看不到兩大問題。一方面，由于機器人是高精密的設(shè)備，各種電腦板、接口都非常精細，導(dǎo)致學(xué)生看不清楚；另一方面，是機器人執(zhí)行的動作都是非常迅速的，學(xué)生還沒反應(yīng)過來，演示就結(jié)束了，導(dǎo)致學(xué)生看不到。如果教師能將這演示過程，用智能手機的高清攝像頭拍下，通過無線同屏技術(shù)顯示到大屏幕上，并對重點部位進行放大或者標注，讓學(xué)生有所側(cè)重觀察。而對于一些機器人快速運動，也可以充分利用好目前智能手機普遍都有的960FPS 慢動作功能拍攝下來，通過多次回放，讓學(xué)生仔細觀察。下面以課例《讓機器人動起來》進行效果對比（如表1）：

通過對比，筆者發(fā)現(xiàn)在教師演示過程中，通過無線同屏技術(shù)，不僅充分發(fā)揮了移動設(shè)備的小巧靈活和高清攝像頭的功能，將實驗演示過程高清的展現(xiàn)出來，更關(guān)鍵是讓每一位同學(xué)都能清晰看到，并在老師的引導(dǎo)下，通過重點放大、標注和視頻慢回放等功能，讓學(xué)生都參與到實驗觀察和思考中去。

（二）在突破編程重難點的應(yīng)用

機器人教學(xué)中，程序是機器人的靈魂，通過編寫控制機器人的程序，鍛煉學(xué)生周密的邏輯思維方式，提高學(xué)生的分析問題和解決問題的能力[3]。但往往在機器人編程教學(xué)中，學(xué)生會覺得枯燥無味，這是因為沒有將編程和機器人實物結(jié)合起來，如果學(xué)生能看到自己編寫的程序，機器人能執(zhí)行相應(yīng)的動作，能極大地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和成就感。但由于機器人在根據(jù)程序執(zhí)行相應(yīng)動作時，速度較快，學(xué)生往往不能仔細觀察到，這時，如果能利用智能手機的高清攝像頭960FPS 慢動作拍下來，進行慢動作反復(fù)回看，這樣，不僅方便學(xué)生更好地理解程序的原理，更重要的是學(xué)生可以根據(jù)慢動作回放的運動軌跡進行相應(yīng)的程序優(yōu)化，并不斷重復(fù)這個過程，最終編寫出最佳的程序。下面以“巡線機器人”進行演示效果對比（如表2）：

表2 巡線機器人的程序優(yōu)化

（三）在跨平臺的教學(xué)資源應(yīng)用

隨著移動智能終端的便攜性、智能性、交互性越來越強大，目前越來越多的教學(xué)資源是基于安卓或者蘋果系統(tǒng)開發(fā)的，這些資源不僅豐富，而且結(jié)合游戲教學(xué)，趣味性高，是機器人教學(xué)中難得的資源。比如無人機的編程、App Inventor、Tynker 、極客戰(zhàn)記等，這些APP 應(yīng)用增加了機器人課堂知識的廣度和深度，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。但這類應(yīng)用只能在手機或者平板上顯示，不能展示在大屏幕上，這時可以利用無線同屏技術(shù)，把不同操作系統(tǒng)的智能移動設(shè)備內(nèi)容實時同步顯示到大屏幕或?qū)W生的電腦顯示屏上，使課堂更豐富有趣。

（四）在學(xué)生成果展示的應(yīng)用

機器人課堂教學(xué)中非常強調(diào)學(xué)生的動手實踐和交流展示能力，因此，教師課堂上要重點觀察學(xué)生的學(xué)習(xí)活動，對一些較有代表性學(xué)生操作，教師可以用手機拍攝下來，然后用無線同屏技術(shù)，即時投屏給學(xué)生看并進行點評，對學(xué)生的活動起到即時反饋作用。而學(xué)生在成果展示時，由于機器人受各種電源線、數(shù)據(jù)線和程序現(xiàn)場調(diào)試等束縛，導(dǎo)致學(xué)生不方便帶著機器人上講臺進行展示。這時，采用無線同屏技術(shù)，教師只要拿著手機，對想分享的學(xué)生和他的機器人進行視頻特寫拍攝，現(xiàn)場直播給所有學(xué)生看，不僅看得清晰，而且非常方便，效率高，極大的節(jié)約了時間，可以讓更多的學(xué)生進行展示分享。

五、結(jié)語

無線同屏技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用，將學(xué)生的觀察、體驗和感悟放大化，打破空間、教學(xué)內(nèi)容的限制，改善了師生的交互體驗，從而極大地提高了課堂效率和學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。但該技術(shù)也對教師提出了更高的教學(xué)要求，除了要熟悉掌握無線同屏技術(shù)的使用方法，更重要的是要將信息技術(shù)與課程進行有效的整合，恰到好處，而不是一味地展示該技術(shù)的優(yōu)勢，卻忽略了教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化和學(xué)生思維的提升。

隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，未來無線同屏技術(shù)的發(fā)展呈現(xiàn)出以下幾種趨勢：一是與5G 技術(shù)的融合，5G 網(wǎng)絡(luò)的普及，5G 網(wǎng)絡(luò)傳輸速率高、延時小的優(yōu)點解決了目前無線同屏技術(shù)輸出分辨率不足和投屏延時等系列問題；二是演示精細化，隨著各種大屏幕顯示設(shè)備和VR、AR 顯示技術(shù)的普及，讓無線同屏的顯示效果更精彩豐富多元化；三是兼容性提升，隨著各種無線同屏協(xié)議的統(tǒng)一和規(guī)范，解決目前由于協(xié)議支持不全導(dǎo)致的通用性、穩(wěn)定性差等問題。