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人工智能与环境设计范文1
关键词：油田；云计算；信息管理系统
中图分类号：TP311.52 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 （2012） 17-0000-03
1 云计算网络架构方案
海外网络采用三层网络架构，北京汇接中心为海外网络的核心层，上联集团公司环网；五个海外区域网络中心为汇聚层，上联北京汇接中心，下联本区域中心的分支机构；分支机构为用户接入层，实现本机构的接入。通过三层网络架构，最终使海外各区分支机构接入了集团环网，CNPC海外网络骨干拓扑如下图1所示：
北京汇接中心与5个海外区域中心核心路由设备为Cisco 7609，分支机构使用的接入路由设备为Cisco 2821。各区域中心与北京汇接中心采用矩形双链路连接，链路带宽为双4M，沿途使用不同运营商的链路，保证冗余（即海外网络骨干链路为10条4M链路）。整个海外网络采用BGP协议，分为6个AS域，区域间使用eBGP协议，区域内使用iBGP路由协议，分支机构使用静态路由指向区域网络中心，在核心设备上使用重分布将分支机构网络信息到海外网络，完成整个海外网络的路由。还建设了海外卫星、网络、电话通信系统和全球音视频系统。
2 云计算硬件方案
云计算的核心思想，是将大量用网络连接的计算资源统一管理和调度，构成一个计算资源池向用户提供所需的服务。这样大大提高了计算机资源的利用率，降低了整体采购和运维成本，以相对较低的投入，搭建起了高水平的应用服务环境。服务器整合之后，资源实现动态部署，伸缩性调度方便，通过服务器虚拟化和存储的整合，来提高计算资源的利用率，降低运维成本，提升整体管理效率，同时也保证了业务连续性和投资保护。用户端计算机只需运行像网络浏览器一样简单的云计算系统界面软件，其余工作都由云计算系统中的计算机群负责。采用云计算的潜力是巨大的，云数据服务器提供前所未有的效率和性能，以适应企业大规模数据密集型计算应用服务需要。云计算架构图见图1。
2.1 生产环境设计
生产环境的硬件设施包括系统的应用服务器、数据库服务器、Web服务器、磁盘存储设备及其他网络相关设备。Web服务器在并发用户数较高的数据中心可采用多台机架式服务器来实现集群及负载均衡；应用服务器主要实现生产动态、设备维护、生产分析、数据交换、数据处理、数据质量控制、用户授权管理等功能；数据库服务器负责存储采油工程数据、地面工程动态数据和地面工程静态数据。对于中国石油数据中心， Web服务器采用多台机架式服务器实现群集、负载均衡访问；数据库服务器采用双机热备，实现用故障转移的方式保证业务的连续性。对于海外地区公司、项目公司的应用服务器、数据库服务器和Web服务器则根据公司用户数等信息来决定服务器配置数量。除此之外，海外勘探开发分公司还应部署磁盘存储设备，采用储存区域网络（SAN）技术，确保经审核的采集数据、应用加工的数据以及成果数据的安全高效存储。系统生产环境硬件架构如图2所示。
2.2 备份环境设计
为了确保云系统的数据完整性、安全性以及应用的不间断稳定性，在硬件方案中设计了灾备中心硬件方案，目标是实现应用系统的发生事故能及时接管、确保业务的连续性，速恢复系统运行。灾备中心硬件部署结构见图4。
生产环境采用数据双机热备方式；异地灾备方式按100%数据备份以及1/2～1/3的并发处理能力设计。在减少投资的同时又能满足系统性能的指标。
3 云计算软件方案
3.1 数据库方案
系统地对Oracle和DB2进行比选。综合比较，通用性、开放性、安全性、操作简便、使用风险、综合性能等方面优于DB2，选用Oracle数据库系统。
3.2 开发技术方案
针对系统用户分布范围广，运行环境复杂多样的条件，采用B/S体系结构（Browser/Server的简称，浏览器/服务器模式）。
基于Web的B/S方式是一种客户机/服务器方式，它的客户端是浏览器。传统的基于页面的系统不能满足A5的基于表单、流程、报表等的业务系统的需要。
在客户端采用RIA（富互联网应用）模式开发，RIA具有的桌面应用程序的特点，包括丰富的用户界面；在无刷新页面之下提供快捷的界面响应时间；提供在线和离线操作能力。
服务器端采用采用SOA架构。所有后台服务可以相应RIA客户端发来的请求，后台模块间的不同功能单元（称为服务）通过这些服务之间定义良好的接口和契约联系起来。这使得构建在各种这样的系统中的服务可以以一种统一和通用的方式进行交互。降低开发和部署成本，A5系统主要采用SOA框架进行开发。
3.3 工具软件方案
该系统是一个企业级的大型应用系统，所涉及的业务流程复杂，用户众多，而且随着采油和地面工程建设的持续开展，业务量、数据量和用户量将进一步增加，所以应用软件产品选型上，立足于选择稳定而且更切合中国业务实际的应用系统。经过调研，我们对各种应用软件对业务的支持情况进行了对比分析，统计表见表1。
表中：?、?、?表示该模块满足中国石油需求的百分比，√表示该模块可以满足需求，X表示没有满足需求的模块。
可以看出，没有一家国外公司可以提供覆盖所有中国石油业务需求的应用软件。中国石油充分利用系统内部专家、支持单位信息化资源，自主开发了具有独立自主创新技术的采油与地面工程信息管理系统。
参考文献：
[1]Yanpei Chen， Vern Paxson， Randy H. Katz "What’s New About Cloud Computing Security"， Electrical Engineering and Computer Sciences University of California at Berkeley，2010.
[2]Peter Mell， Tim Grance， "Effectively and Securely Using the Cloud Computing Paradigm"， NIST， Information Technology Laboratory，2009
[3]Joe St Sauver， Ph.D.，"Cloud Computing Security Considerations"， cloud-computing-security，2010.
[4]"Cloud computing security issues and challenges"， Institute of Automation and Process Computing Faculty of Electrical Engineering Osijek，2010.
[5]John Harauz， j.harauz，， Lori M. Kaufman， lori.kaufman， Bruce Potter， bpotter，"Data Security in the World of Cloud Computing"， IEEE SECURITY & PRIVACY，2009.
人工智能与环境设计范文2
[关键词]学习环境；虚实融合；学习环境设计；关联主义；物联网
[中图分类号]G434 [文献标识码]A [文章编号]1672-0008f2013）03-0003-07
一、引言
学习环境的研究最早可追溯到心理学家勒温（KurtLewin，1890-1947），他认为学习环境的设计应满足学习者的心理需求，与之充分互动，从而影响其外在行为表现。随着研究的深入。学者们将学习环境的概念延伸到课堂氛围、学校文化等方面，认为教与学的过程类似于社会交往。需要一定的文化氛围起外在引导作用。
20世纪90年代以来，以网络、多媒体为代表的信息技术得到迅速发展，信息技术工具已将“现实”的学习环境拓展到基于网络和多媒体的“虚拟”学习环境，打破了传统教学活动的时空限制，可以有效地激发学习者的学习热情，促进协作和分布式学习。然而，单纯的现实环境和网络中的虚拟环境对教学的影响各有利弊，在增强学习者临场体验、培育学习者实际操作能力、拓宽学习者视野、培育学习者协作式解决问题能力等等方面，实和虚的学习环境不可兼得。
为此，有必要在关联主义学习理论的支撑下，结合物联网传感器技术的应用，将课堂内/外的“现实”学习环境与基于网络/多媒体的“虚拟”学习环境进行“融合”，使之成为有机的整体。营造“虚实融合”的学习环境。该环境既能满足学习者获取真实的学习体验，促进开展基于网络的协作学习，又有利于教师在探究过程中为学习者提供多方位的指导。拓展学习者的视野。
二、学习环境及其构成要素
（一）学习环境的内涵
随着建构主义理论的兴起，教学范式的关注点逐步从“教”转向“学”，在强化情境认知理论的同时，学习环境的重要性日益受到关注。
国外学者大多从学习活动的视角来定义学习环境，认为学习环境是促进学习有效开展的活动空间。较早关注学习环境设计的学者（Jonassen，D.H，1999）从建构主义的视角出发。认为学习环境是一种以技术为支持的环境，有利于学习者开展有益的学习。Hannafin（1992）将学习环境看作是一个全面、综合的系统，它通过以学习者为中心的活动来促进人们参与学习。
国内学者更多的是通过描述学习环境的要素来界定该概念。例如，何克抗、李文光（2002）将学习环境具体化为学习资源和人际关系的组合。其中，学习资源包括学习材料（即信息）、帮助学习者学习的认知工具（获取、加工、保存信息的工具）、学习空间（比如教室或虚拟网上学校）等等；人际关系则包括学生之间和师生之间的人际交往。钟志贤（2005）认为学习环境是为促进学习者发展，“特别是为高阶能力发展而创设的学习空间”。包括物质空间+活动空间+心理空间。
（二）学习环境的构成要素
新的理论与技术为学习环境的设计研究提供了新的视角，同时也丰富和拓展了学习环境的构成。由于人们立足于不同的基础理论与支持技术。其关注点各不相同，对构成要素的理解也有所不同。表1列出了根据时间顺序，研究者们对学习环境构成要素的不同观点。
目前，国内外关于学习环境构成要素的研究大多基于计算机网络技术与建构主义理论，主要关注学习环境的设计，协作学习、基于资源的学习的有效支持等。通过文献分析可知，研究者们对学习环境要素的理解有广义和狭义两个方面。在广义上，学习环境包含了教学系统的各个要素，例如，教师、学生、内容、方法和媒体等；在狭义上，学习环境为某一类型的学习活动提供相关工具、资源与教学策略支持。此外，学习环境要素的描述也受到研究者关注视角的影响。例如，在建构主义视角下，学习环境离不开资源、工具与情境等要素（钟志贤的“7+2”模型与Jonassen的建构主义学习环境）：在协作学习的视角下，学习环境需具备协作学习的空间、工具或硬件等（李继颖、张振亭，2001；叶赐添；李克东，2009；安维琪，2011）。
三、虚实融合学习环境及其特征
（一）虚实融合环境的内涵
随着现代网络技术和虚拟现实技术的发展，基于网络和多媒体的虚拟学习环境逐步走入人们的视野，早在1999年就有研究者讨论了学习环境由实变虚的历程，具体表现在学习伙伴、学习资源与学习方法三个方面。随着技术的革新、教学理念的转变，现实的物理教学环境与虚拟的网络教学平台都暴露出各自的不足之处，为了支持开展有效的教学活动，需要将二者进行融合。现实的物理世界能为学习者提供真实的体验，在提升学习者情感和动机方面要优于虚拟的网络环境，虚拟的网络平台和工具则能够打破限制，极大地拓展学习者的探究与学习领域。
在本文中，将支持现场讲授、演示、操作练习的方法开展教学活动的真实环境称之为“现实”学习环境，而借助于网络和多媒体手段、支持非面对面形式的学习活动的场所称之为“虚拟”学习环境。由于这两类学习环境在学习者的能力培养方面各有长处和短处，十分有必要将其进行融合，从而构建“虚实融合”的学习环境。
所谓虚实融合的学习环境，是指一类通过传感器设备识别、获取真实环境中与学习活动相关的客观信息，通过互联网将基于课堂和社会的真实学习环境与基于网络和多媒体的虚拟学习环境融为一体的新型学习环境。
虚实融合的学习环境主要借助于传感器，通过互联网连接现实世界与虚拟世界。传感器设备作为物联网的重要组成部分，识别、获取真实世界中对促进学习活动开展起着重要作用的信息，经过数字化处理后直接为学习者所采用。互联网和多媒体技术的应用，主要表现在虚拟学习环境和数字化学习资源的构建，学习者通过个性化学习环境获得学习主题相关的资源，避免了在海量的网上资源中迷航，提高学习效率，并有效支持协作学习活动的开展。
当前，支持学校开展科学探究活动的学习环境主要有两类：一是基于学校课堂内/外的“现实世界”。二是基于网络/多媒体的“虚拟世界”。在图1所示的“学习环境一学习模式”坐标系中。传统的课堂教学活动、传统的研究性学习活动分别位于A、D两个象限之中；基于信息技术的教学演示活动位于B象限：基于信息技术的研究性学习活动则位于c象限。其中包括网络探究（WebQuest）、网络探究科学环境（Web-basedInquiry Science Environment，简称WISE）、信息问题解决模式（BIG6）等典型的研究性学习模式。
图中虚线勾画出的椭圆是“虚实融合环境中的研究性学习”活动，它将虚拟环境与现实环境有机地结合起来，既充分利用虚拟环境中丰富的网络信息资源、认知与交互工具来开展研究性学习活动，又将学习活动置于现实环境中的真实情景，使得学习任务更具真实性与挑战性，更加激发学习者的动机与兴趣。
（二）虚实融合环境的特征
一般说来，本文所讨论的虚实融合的学习环境具有以下特征：（1）基于传感设备与互联网技术的支持，实现真实学习环境与虚拟学习环境的有机结合；（2）通过虚拟环境向学习者提供真实环境中难以获取的数据，将基于校内的正式学习活动与基于社会的非正式学习活动有机结合；（3）支持现实环境中的问题解决型教学活动，借助虚拟化的工具和手段开展科学探究。通过协作与互动解决现实世界中的真实问题：（4）通过传感器和网络实时获取和传递现实环境中的数据，拥有虚拟环境中海量的数字化学习资源，有利于开展跨时空的自主学习：（5）参与者能够最大限度地参与学习活动并有所收益，参与者既是某一领域的学习者也可能是某一领域的专家。
总之，虚实融合的学习环境结合了真实环境与虚拟环境的优势，可以弥补二者在培养学习者协作创新与满足学生真实体验等方面的不足。使用基于传感器和通信网络的物联网技术为学习者提供真实、同步的科学探究工具与手段，利用互联网技术编织起巨大的知识网络，使所有参与者都能从中学到知识。获得体验。拓展视野。从而满足不同层次的学习需求。
基于课堂的“现实”学习环境、基于网络和多媒体的“虚拟”学习环境，以及“虚实融合”学习环境三者在理论基础、技术支持等方面均有所不同，但在促进学习者有效学习的根本目标上是一致的，如表2所示。
四、虚实融合学习环境的理论与技术支持
（一）情境认知理论与分布式认知
建构主义理论的四要素（情境、会话、协作、意义建构）奠定了学习环境的理论基础。建构主义认为，情境在促进学习者意义建构过程中的作用不容忽视，学是与一定的社会文化背景即“情境”相联系的，学习者在实际情境下进行学习，通过“同化”与“顺应”才能达到对新知识意义的建构。会建构主义理论观点更是认为，学校中的学习应该在一种有意义的情境中发生，它不可能与儿童在“真实世界”中所获得的知识相分离。因此。学习过程类似于社会交往过程。社会文化氛围与学习情境对存在于其中的主体有很大的影响，舒适融洽的情境能够满足主体的心理需求，促进有意义的交流。
情境认知理论认为，学习者的生活经验以及在新知识的获得与应用中利用这一生活经验对于学习是十分重要的。事实上，情境认知的研究正是试图通过设置基于工作的、模仿从业者真实活动的学习环境。或借助信息技术设计的逼真、仿真环境和虚拟实境来提高学习的有效性，并保证知识向真实情境的迁移。
虽然。目前现代信息技术工具已经实现了对真实情境的复制和虚拟化，但在满足学习者的真实感和临场体验方面，真实的情境与活动仍然不可替代。因此。在重视基于网络的虚拟学习环境的同时，也要重视真实环境中的活动、情境与评价，二者相辅相成。
分布式认知是一种认知活动，既是对内部和外部表征的信息加工过程，也是一个包括认知主体和认知环境的学习系统。分布式认知强调认知现象在认知主体和环境间分布的本质，它认为认知分布于学习者个体的大脑内。大脑是一个复杂的动态系统，具有社会性。该理论把人的学习过程与大脑的自然学习过程类比，强调要设计合适的学习环境以使人类学习过程与大脑的自然学习过程相一致。随着信息技术的发展，基于计算机和网络的学习环境正在分布式认知学习中扮演着愈来愈重要的角色。
在分布式认知的相关理论中，制品（artifact）被理解为支持分布式学习的设备或学习技术，学习者与制品的交互过程促进了有效学习，人与制品构成了动态的学习环境系统，这是一个复杂的分布式学习系统。分布式学习环境中的“制品”被认为带有认知能力，例如，智能教学系统中的智能被认为拥有类似于专家的“智力”，当学习者带着大脑中的知识参与到分布式的学习环境中，将与“制品”产生交互。为了促进学习者知识体系的完善与提升，就必须科学设计和正确使用“制品”，使之与学习者的大脑知识互补。从而有效提升学习效率。
（二）关联主义学习观与物联网技术
加拿大学者乔治·西门斯（George Siemens）于2005年提出一种有别于传统学习理论的数字化时代的学习观，即关联主义（connectivism）的学习观。其基本原理包括：学习与知识建立于各种观点之上：学习是一种将不同专业节点或信息源连接起来的过程：学习可能存在于非人的工具设施中；学习的能力比当前知识的掌握更重要：为促进持续学习，需要培养与保持各种连接；发现不同领域、理念与概念之间联系的能力至关重要：知识的流通是所有关联主义学习活动的目的。该学习观认为。数字化时代的学习建立在与信息节点保持高度连通的基础上，知道“从哪里寻找答案”比知道“答案是什么”更加重要。根据关联主义的观点，在学习环境的构建与应用中，应当更加注重个体知识的有效管理，支持快速获取信息、加工信息。例如。在相关的研究中所提出的关注信息节点的聚合、打造嵌入型的学习场域、注重个人知识管理以及延展社会网络等等。
物联网（The Internet of Things。IOT）近年来互联网技术与应用的拓展与延伸，国际电信联盟（1TU）2005年的报告认为，物联网主要解决物品到物品（Thing to Thing，T2T1、人到物品（Human to Thing，H2T）、人到人（Human to Human，H2H）之间的互连。t23r2008年，欧洲信息社会与媒体委员会的报告《2020年的物联网：未来之路》中，将物联网定义为：由一些“具有身份标识与虚拟的个性化特征，可以利用智能化接口在智能空间进行相关操作，并可以与社会的、环境的、用户的上下文相互连接并进行有效沟通”的物体所构成的网络。鉴于此，将物联网技术应用于学习环境建设，应当是以传感器为基础元件，实时采集现实环境中人们难以直接获得的、与学习活动相关的数据并进行可视化，与基于网络和多媒体的虚拟学习环境中大量的社群节点进行无缝的关联（连接），进而构建起一个高度连通的、有效支持协作学习活动的庞大的学习环境。
物联网体系通常由图2所示的感知层、网络层和应用层三部分构成。在这里。感知层是基础，通过无线射频识别（RFID）标签或各类传感器。实时采集现实环境或真实物体的相关信息，实现物物相连，感应器将其与网络接口连接；在网络层，云计算平台实现数据信息的最大范围共享，并进行信息加工与处理，最后在应用层使用并推广；在应用层，就学习环境的应用而言，可以进行针对特定主题的探究学习，与异地学习者开展协作式学习，在虚拟仿真平台上编程并对实体机器人进行运行调试。进行数字化科学实验等等。
在基于物联网技术的虚实融合学习环境中，包含有各种类型的信息节点，例如，参与者个体所代表的专业知识库，虚拟网络空间的资源库，以及传感设备提供的信息数据库等等。应当在关联主义学习观的指导下，合理利用这些资源节点构建符合“数字化一物物相连”特点的有效学习环境。
基于关联主义学习观的虚实融合的学习环境，可以支持学习者快速获取学习资源，管理个人知识空间，提高学习效率，在加强与拓展知识节点的同时。提高协作解决实际问题的能力和多视角的探究能力。基于关联主义学习观的视角，虚实融合的学习环境既继承了传统学习环境的关键要素，又丰富和发展了其结构与内涵。
五、虚实融合学习环境的应用实例
近年来，随着现代信息技术与现代教学理念的发展，国内外先后出现了一些典型的虚实融合学习环境实例。台北市的校园数字气象站就是一个较早将传感设备应用于中小学气象数据观测和教学活动的典型例子，其他的例子还有：东北师范大学的基于概念构图的网络协作学习环境、香港培正中学的e一小区协作学习环境、台湾科技大学研究团队围绕科学探究主题构建的情境感知泛在学习环境、美国面向科学教育的可视化协作学习环境（covis）等等。可见，虚实融合的数字化学习环境的研究已逐步从理论走向实践，在各种新型的信息技术硬、软件的支持下，其内涵与结构将更加丰富和多样。
（一）校园环境信息观测与研究性学习
“基于社区/校园的环境信息监测系统及其教育应用”是我们承担的一项浙江省公益性技术应用项目。校园环境信息观测系统（Campus Environment Information System。以下简称CEIS）是其中的主要成果之一。
CEIS系统将单纯的环境数据的观察与应用进行拓展，利用物联网技术，建立一个虚实融合的，集硬/软件、环境信息服务、环境知识普及、在线协作探究为一体的区域环境观测与环境教育信息化平台。
CEIS系统的总体构成如图3所示。整个系统由室外采集器、网络数据库、信息门户构成，学习者既可利用在线工具开展探究学习。也可通过移动设备查询实时数据开展活动。其中，室外采集器（如图4左图所示）由太阳能供电、分布式传感器网络感知和无线数据传输三个部分组成，可以实时或定时采集本区域的各类环境数据并上传到远程服务器中，包括气象要素（温度、湿度、风速、风向、雨量、气压和总辐射）、环境噪声、空气质量（二氧化碳、臭氧、有毒有害气体和粉尘颗粒物）等12个环境要素。此外，本系统具有较好的扩展性，可以根据需要增减传感器的类型和数量。信息门户网站（如图4右图所示）向用户提供环境要素的实时数据信息以及相关的学习资源，如科普知识，供学习者在线开展科学探究。
CEIS系统将虚拟环境（包含了在线的信息资源、在线协作学习工具）与真实的校园环境（包含了真实的校园、基于真实情景的环境数据）有机融合，学习者既可以基于真实的环境问题，在真实的世界中，通过真实的评价反馈开展研究性学习。又能够充分利用虚拟的在线学习平台及网络工具，跨越时空界限，进行无障碍的交流与协作。在学校环境教育领域，可以较好地解决传统的课堂教学中的难点，通过该系统采集难以直接从真实情景中获取的环境信息，开展跨校间的分布式协作学习，在学习活动过程中逐步积累相关数据和优秀案例，促进学习者知识的吸收与内化，以及科学探究能力的提升。在这里，我们以面向小学3-6年级的环境教育为例，列出利用CEIS系统开展科学探究的活动设计方案如表3所示。
（二）GLOBE全球性学习与观察
“有益于环境的全球性学习与观察”（Global Learning andObservations to Benefit the Environment，简称GLOBE）是美国副总统戈尔在1994年世界地球日发起的一个国际性的环境教育远程合作项目。截至到目前，已有112个国家参与到GLOBE项目中，包含分布在2.4万个学校中的约5.8万个受过GLOBE项目训练的教师。此外，通过在线参与全球性的科学探究项目，150万的学生贡献并分享了多达2300万的数据。GLOBE项目通过GLOBE学校网络将学生、教师以及科学家联系在一起，同时，鼓励家长、科学家以及参与过GLOBE项目的校友支持学生开展活动。
2006年，我国的首都师大团队参与了GLOBE项目中的“夜晚观星”（GLOBE at Night）子项目。该子项目要求在全球范围内对星空的清晰度进行观察，通过收集的数据来评估夜晚照明对星空的污染程度。分布在全球各地的参与者在网站平台上根据学习指导，下载活动信息手册。选择观测周期内的一个时间。观察记录当地的信息数据，与参与者通过网络工具汇报、共享观测情况。最后通过邮件收到组织者对此次活观测活动的总结报告。
随着信息技术的发展，GLOBE项目也在不断地完善发展。如图5右所示。利用谷歌地球。筛选科学探究中所需的数据类别，如大气、地质、水文等，选取州、学校所在的地理位置，即可下载获取这些开放共享的数据资源。
GLOBE项目在社会各界人士的支持下，构建了一个全球范围的、开展科学探究活动的“虚实融合”学习环境，具有如下特征：（1）提供网络平台开展分布式学习活动，同时，使用物联传感设备获取、加工、共享真实情境的数据信息；（2）为学习者构建丰富的人际关系网络，如教师、参与者、科学家、伙伴等，学习者可以随时与这些拥有丰富信息资源的知识节点沟通交流。获取指导：（3）在全球范围内开展基于现实生活主题的探究活动，提供辅助认知的技术工具，如将获得数据信息实时生成图表（需要项目参与者身份），从而激发学习者的动机。促进有效学习：（4）使用“实践检验法”来评价学习效果。学习者的成果转化为真实问题的解决方案，其学习结果可直接在现实中得到检验。
（三）虚实融合的机器人教育
所谓机器人教育通常是指学习机器人的基本知识与基本技能，或利用教育机器人优化教育教学效果的理论与实践，这是人工智能技术在教育领域中的应用，是信息技术教育的一个领域，近年来已成为培养学生编程能力、创新技能的重要载体。由于传统的机器人教育大都基于实体机器人开展教学与实践活动，设备成本比较高，加之地区之间在经济和师资水平等方面的差异，难以大面积推广，在较大程度上制约了机器人教育活动的开展。
虚拟机器人的出现不仅解决实体机器人教育存在的一些问题。而且已有研究发现，在信息技术课程中利用虚拟机器人教学起到一举两得的作用，使学生不仅学习了程序设计的基本知识，也学习了机器人相关的知识，同时利用虚拟机器人与程序设计教学，在一定程度上提高了学生学习程序设计的兴趣和动力。以机器人足球比赛为例，它融合了实时视觉系统、机器人控制、无线通讯、多机器人控制等多个领域的技术，是一个有趣且复杂的人工智能研究领域。然而，真实的足球机器人比赛所需的硬件设备比较昂贵。为了降低研究机器人足球比赛相关领域的成本，一方面，人们开发了虚拟的足球机器人仿真平台（如图6左图所示），能够完全模拟实际足球机器人和比赛场地的尺寸、比例关系，调节摩擦、反弹、线性阻尼、能量消耗等物理参数。能够使仿真平台具有很高的仿真度。随着机器人足球的迅猛发展，虚拟机器人足球比赛已成为一项独立的、参加人数最多的机器人足球比赛类别。
近年来，将虚拟机器人和实体机器人结合而成的“虚实融合”机器人的教学环境，正在受到人们的重视，在学校的机器人教育中具有十分广阔的前景。例如，微软的机器人平台M-icrosoft Robotics Studio能以多种方式远程控制实体机器人，还可以利用PC通过电缆或者无线传输（蓝牙，wifi，ZigBee）等。
虚拟的机器人教育仿真平台与实体机器人的结合，有利于构建一个功能相对完善的虚实融合的机器人教学环境。在实践教学中，可借助上述环境采用“虚拟一实体一创新”的教学策略，即第一阶段开展以虚拟机器人为载体的程序设计教学；第二阶段结合实体机器人，进行设计、编程、调试等步骤，完善实体的运作，培养学生的动手能力、解决问题的能力；第三阶段，学生制作自己的创新机器人作品，多角度地培养学生的分析问题、解决问题的能力，同时增加学生的动手能力和团结合作能力。
（四）数字化探究实验室
