機器人可以適應各種工作環境，還可模擬人類的外貌、行為與認知，因此在現代產業中經常被用來取代或協助人類工作。機器人運動學包括：正向運動、逆向運動、路徑規劃、機器人動力學等複雜的數學計算和座標轉換，學生可能因不易理解而導致學習成效不佳或失去學習興趣。本研究使用虛擬實境技術將複雜的機器人運動理論簡單化、視覺化、趣味化，並結合遊戲式學習設計以激發學習動機與興趣。研究結果顯示：(1)與實體機械手臂的互動能顯著提升學生對空間座標、運算思維與程式設計的理解。(2)實驗組學生在學習動機上顯著高於控制組，尤其在學習興趣與挑戰接受度方面表現突出。(3)使用實體機械手臂能顯著降低學生在學習過程中的認知負荷。(4)學生對於App Inventor 2與機械手臂的整合表現出高滿意度，特別是在認知覺有用性方面。結合AI遊戲設計與機械手臂操作能有效提升學生對程式設計邏輯與運算思維的理解，並促進學習動機與興趣。本研究提出系統設計與教學實踐上的改進建議，以提升此類教學方法的適應性與可行性，可供後續相關研究之參考。本研究將AI機器人與數位分身的科技知識，轉化成淺顯易懂的虛擬教材，期能對提升國民科技素養產生實質效益。