李季垚

【摘 要】隨著素質(zhì)教育的普及，提高學(xué)生的計(jì)算機(jī)技術(shù)水平非常重要，所以在高中階段開(kāi)展機(jī)器人編程學(xué)習(xí)也非常重要，所以本文就從高中生的視覺(jué)來(lái)探討當(dāng)前的技機(jī)器人編程學(xué)習(xí)。

【關(guān)鍵詞】高中生；機(jī)器人；編程；階段

中圖分類號(hào)： G633.67 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）30-0024-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.30.008

Looking at robot programming learning from the perspective of high school students

LI Ji-yao

（Affiliated Middle School of Xian Technological University， Xian Shaanxi 710061， China）

【Abstract】with the popularization of quality education， it is very important to improve students' computer technology level，so it is also very important to carry out robot programming learning in high school.Therefore，this paper discusses the current technical robot programming learning from the perspective of high school students.

【Key words】High school students；Robot；Programming；Stage

在高中的計(jì)算機(jī)編程學(xué)習(xí)當(dāng)中，進(jìn)行程序的設(shè)計(jì)是當(dāng)前的徐誒核心內(nèi)容，但是由于各種因素的影響，當(dāng)前高中編程設(shè)計(jì)教學(xué)效果并不佳，存在著一定的教學(xué)問(wèn)題，所以教師就要注重完善教學(xué)策略，提高教學(xué)效果。

1 探析機(jī)器人編程的學(xué)習(xí)階段

1.1 學(xué)習(xí)初級(jí)程序編寫(xiě)

機(jī)器人的編程學(xué)習(xí)是一個(gè)綜合性的過(guò)程中，可以有效地提高學(xué)生的動(dòng)手能力，關(guān)于機(jī)器人的貶稱搞學(xué)習(xí)階段可以分成六個(gè)階段，首先，是進(jìn)行初級(jí)程序的編寫(xiě)學(xué)習(xí)，初級(jí)編程主要是進(jìn)行開(kāi)始和結(jié)束圖標(biāo)的學(xué)習(xí)，此外還學(xué)習(xí)各種程序的控制圖標(biāo)，所以高中生可以通過(guò)初級(jí)程序的變成來(lái)控制馬達(dá)。

1.2 學(xué)習(xí)簡(jiǎn)單程序編寫(xiě)

第二階段是進(jìn)行簡(jiǎn)單程序的編寫(xiě)，一般情況下，機(jī)器人主要是借助傳感元件來(lái)進(jìn)行非電學(xué)量和電學(xué)量之間的轉(zhuǎn)化，并且實(shí)現(xiàn)對(duì)控制，所以在這個(gè)學(xué)習(xí)階段當(dāng)中，高中生可以通過(guò)簡(jiǎn)單的程序編程來(lái)控制小汽車，通過(guò)自己制造來(lái)控制聲控?zé)舻取?/p>

1.3 學(xué)習(xí)可以解除人類反復(fù)勞動(dòng)的程序編程

在第三個(gè)學(xué)習(xí)階段當(dāng)中，學(xué)生可以學(xué)習(xí)解決人類反復(fù)勞動(dòng)的程序編程，通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)重復(fù)的機(jī)器人動(dòng)作從而減輕人們的勞動(dòng)負(fù)擔(dān)，比如可以設(shè)計(jì)機(jī)器人去進(jìn)行迷宮試驗(yàn)，設(shè)計(jì)機(jī)器人前進(jìn)的方向和距離，減輕人工的投入。

1.4 學(xué)習(xí)可以對(duì)行為進(jìn)行選擇調(diào)解的分支語(yǔ)言

第四階段是學(xué)習(xí)分之語(yǔ)言，通過(guò)分支語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)行為的選擇可以調(diào)節(jié)，通過(guò)傳感器返回的數(shù)據(jù)，對(duì)機(jī)器人進(jìn)行命令的下達(dá)，從而讓機(jī)器人在不同的環(huán)境下作出不同的反應(yīng)。比如可以設(shè)計(jì)讓機(jī)器人遇到阻礙物自己繞道而行。

1.5 學(xué)習(xí)可以用傳感控制的機(jī)器人編程

第五階段是學(xué)習(xí)用傳感來(lái)控制機(jī)器人，通過(guò)傳感器的傳回?cái)?shù)據(jù)來(lái)檢測(cè)周圍環(huán)境的變化情況，比如可以通過(guò)光線的傳感器來(lái)判斷光線的強(qiáng)弱。

1.6 學(xué)習(xí)可以多事件多人物的機(jī)器人編程

第六階段是進(jìn)行多事件多任務(wù)的機(jī)器人編程學(xué)習(xí)，大部分機(jī)器人只能執(zhí)行簡(jiǎn)單的人物，只能一項(xiàng)一項(xiàng)地完成任務(wù)，不能同時(shí)完成多項(xiàng)任務(wù)，所以當(dāng)前機(jī)器人的發(fā)展方向就是同時(shí)完成多個(gè)任務(wù)，為此就需要進(jìn)行多事件多任務(wù)的機(jī)器人編程學(xué)習(xí)。

2 從高中生視覺(jué)看機(jī)器人編程學(xué)習(xí)

2.1 進(jìn)行機(jī)器人編程學(xué)習(xí)的動(dòng)力

站在高中生的角度在進(jìn)行機(jī)器人編程的學(xué)習(xí)，調(diào)動(dòng)高中生的好奇心和興趣非常重要，也是提高學(xué)生對(duì)于機(jī)器人編程學(xué)習(xí)的重要?jiǎng)恿?，因?yàn)樵谶M(jìn)行機(jī)器人編程的學(xué)習(xí)過(guò)程中，難免會(huì)存在枯燥乏味，所以調(diào)動(dòng)高中生的學(xué)習(xí)動(dòng)力非常重要。高中生之所以愿意進(jìn)行機(jī)器人編程的學(xué)習(xí)，主要是為了學(xué)會(huì)機(jī)器人編程后的成果，完成任務(wù)后那種成就感，從而實(shí)現(xiàn)個(gè)人價(jià)值。但是作為高中生，在學(xué)習(xí)機(jī)器人編程時(shí)，容易會(huì)因?yàn)閷W(xué)習(xí)難度的增加而不斷地降低學(xué)習(xí)興趣，很容易出現(xiàn)厭煩的情緒，所以在學(xué)習(xí)機(jī)器人編程的過(guò)程中，我們需要教師的鼓勵(lì)。為此，高中教師要通過(guò)完善相關(guān)的教學(xué)手段來(lái)激發(fā)和保持學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，比如可以為學(xué)生制定一些階段性的編程體驗(yàn)，讓學(xué)生更好地感受到在機(jī)器人編程學(xué)習(xí)過(guò)程中的成就感，從而更好地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力。在學(xué)習(xí)機(jī)器人編程過(guò)程中，教師可以通過(guò)提問(wèn)問(wèn)題的方式來(lái)帶領(lǐng)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)機(jī)器人編程的樂(lè)趣和美感，更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，比如引導(dǎo)我們?nèi)ふ掖a的美感，從代碼的整潔和參差有度中發(fā)現(xiàn)代碼的簡(jiǎn)潔美。

2.2 需要綜合多個(gè)學(xué)科的知識(shí)

關(guān)于機(jī)器人編程的學(xué)習(xí)，并非是一個(gè)簡(jiǎn)單的學(xué)習(xí)過(guò)程，而是一個(gè)綜合性的學(xué)習(xí)過(guò)程，高中生在學(xué)習(xí)機(jī)器人編程時(shí)需要綜合多個(gè)學(xué)科的知識(shí)來(lái)保證編程學(xué)習(xí)的系統(tǒng)性，進(jìn)而更好地奠定機(jī)器人編程的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)。所以作為高中生，在日常的學(xué)習(xí)過(guò)程中，要注重對(duì)物理學(xué)知識(shí)的積累，比如加強(qiáng)對(duì)機(jī)械學(xué)、電子學(xué)以及光學(xué)知識(shí)的積累。除了要加強(qiáng)對(duì)物理學(xué)知識(shí)的積累外，還需要加強(qiáng)對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)以及生物知識(shí)的積累，所以加強(qiáng)對(duì)數(shù)學(xué)和生物的學(xué)習(xí)非常重要。為了更好地提高機(jī)器人編程的學(xué)習(xí)效率，全面掌握所學(xué)學(xué)科的知識(shí)非常重要，只有在不同學(xué)科知識(shí)的基礎(chǔ)下，才能有效地開(kāi)展機(jī)器人編程，才能更好地激發(fā)我們的學(xué)習(xí)自信，從而形成一個(gè)良好的學(xué)習(xí)循環(huán)，不斷地提高我們的綜合素質(zhì)。

3 學(xué)習(xí)基于硬件的編程

在進(jìn)行機(jī)器人編程學(xué)習(xí)時(shí)，加強(qiáng)對(duì)硬件的認(rèn)識(shí)和使用非常重要，這是進(jìn)行機(jī)器人編程的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，因?yàn)闄C(jī)器人中的編程程序主要是針對(duì)硬件的操作。所以作為高中生，要做好機(jī)器人編程的學(xué)習(xí)，就要加強(qiáng)基于硬件的編程，學(xué)習(xí)如何利用傳感器來(lái)進(jìn)行信息的輸出，學(xué)習(xí)如何利用執(zhí)行器來(lái)進(jìn)行命令的輸出，并且在這些學(xué)習(xí)過(guò)程中不斷地提高自己對(duì)于機(jī)器人編程硬件性能的了解。

首先，高中生要加強(qiáng)關(guān)于傳感器、控制器和執(zhí)行器的認(rèn)識(shí)，加強(qiáng)對(duì)這些硬件的結(jié)構(gòu)和通訊方式的認(rèn)識(shí)，充分掌握這些硬件的工作原理，從而學(xué)習(xí)如何利用這些硬件來(lái)進(jìn)行信息的傳輸和接收，如何進(jìn)行命令的發(fā)出。因此，在機(jī)器人編程學(xué)習(xí)課堂上，教師要加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的鼓勵(lì)，鼓勵(lì)學(xué)生動(dòng)手操作常識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生如何去觀察機(jī)器人的動(dòng)作和行為，提高學(xué)生的觀察力，從而更好地提高學(xué)生對(duì)于編程代碼和參數(shù)意義的認(rèn)識(shí)。所以，在高中生機(jī)器人編程學(xué)習(xí)課堂上，提高學(xué)生的觀察能力非常重要，讓學(xué)生在觀察機(jī)器人動(dòng)作行為的過(guò)程中不斷地提高學(xué)生對(duì)于機(jī)器人編程的認(rèn)識(shí)，更好調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

其次，要引導(dǎo)學(xué)生如何進(jìn)行傳感器和執(zhí)行器參數(shù)值的測(cè)試，學(xué)生要學(xué)習(xí)如何運(yùn)用傳感器、執(zhí)行器來(lái)進(jìn)行信息的輸出，就要對(duì)傳感器和執(zhí)行器的性能、指標(biāo)以及相關(guān)的工作參數(shù)進(jìn)行全面的了解，比如學(xué)生要了解某個(gè)光源的電傳感器主要是檢測(cè)那種波長(zhǎng)的光，檢測(cè)的有效范圍是多少，需要在什么樣的檢測(cè)環(huán)境下才能保證檢測(cè)效果。所以即使商家給了相關(guān)的工作參數(shù)，在使用過(guò)程中，也需要做好參數(shù)值的測(cè)試，才能更好地保證檢測(cè)的準(zhǔn)確性。因?yàn)椴糠稚碳宜o的參數(shù)值和實(shí)際檢測(cè)的參數(shù)值會(huì)存在部分誤差，比如部分指南針在出廠的時(shí)候，其實(shí)際測(cè)量的角度和返回的數(shù)值會(huì)存在不一致的現(xiàn)象，因此，做好傳感器和執(zhí)行器參數(shù)值的測(cè)試非常重要，在檢測(cè)過(guò)程中，我們也要做好相應(yīng)的檢測(cè)記錄。關(guān)于對(duì)執(zhí)行器和傳感器參數(shù)測(cè)試過(guò)程所收獲的知識(shí)比起編程教學(xué)更加重要，因?yàn)橥ㄟ^(guò)測(cè)試，學(xué)生必須要通過(guò)動(dòng)手檢測(cè)才能發(fā)現(xiàn)商家所給予的參數(shù)值是否正確，所以學(xué)生要學(xué)會(huì)通過(guò)自己的實(shí)踐操作來(lái)獲取想要的答案和知識(shí)，不能只是簡(jiǎn)單地依據(jù)理論知識(shí)來(lái)進(jìn)行判斷，這樣是不利于學(xué)生之后的學(xué)習(xí)和成長(zhǎng)的。

4 學(xué)習(xí)基于任務(wù)的編程

在高中機(jī)器人編程學(xué)習(xí)課堂上，高中生不僅要學(xué)習(xí)基于硬件的編程，更是要注重基于任務(wù)的編程學(xué)習(xí)，基于任務(wù)的編程學(xué)習(xí)主要是以執(zhí)行任務(wù)為學(xué)習(xí)中心，并且要以完成任務(wù)為學(xué)習(xí)目的，所以學(xué)生在判斷應(yīng)該選用那個(gè)傳感器進(jìn)行接受信息，應(yīng)該選用哪個(gè)傳感器來(lái)進(jìn)行命令的下達(dá)，都要以任務(wù)本身為依據(jù)，要給于任務(wù)來(lái)開(kāi)展機(jī)器人的編程。所以在進(jìn)行基于任務(wù)的編程學(xué)習(xí)，要注意以下幾點(diǎn)內(nèi)容：

第一，要對(duì)任務(wù)進(jìn)行分解和階段劃分。一般情況下，復(fù)雜的任務(wù)常常是由多個(gè)子任務(wù)所組成的，所以在完成任務(wù)過(guò)程中，就要結(jié)合這些子任務(wù)的完成時(shí)間順序來(lái)安排學(xué)習(xí)進(jìn)度，然后進(jìn)行學(xué)習(xí)階段的劃分，按照任務(wù)的完成時(shí)間來(lái)劃分學(xué)習(xí)階段。比如在學(xué)習(xí)滅火任務(wù)的時(shí)候，可以將滅火任務(wù)分成四個(gè)階段，分別是在1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)以及4號(hào)房間進(jìn)行搜索和滅火處理。當(dāng)完成任務(wù)的階段劃分后，我們就要階段的前后順序進(jìn)行開(kāi)展。通過(guò)將任務(wù)進(jìn)行分解和階段劃分，可以有效地降低任務(wù)完成的難度和復(fù)雜性，讓我們可以更加順利地完成復(fù)雜的任務(wù)。在完成不同階段的子任務(wù)時(shí)，我們就要專注當(dāng)前的子任務(wù)，集中自己的注意力去解決當(dāng)前的子任務(wù)，然后再逐步完成整個(gè)任務(wù)，從而完成整個(gè)任務(wù)的編程。

第二，要做好語(yǔ)言的過(guò)度，一般情況，我們所使用的語(yǔ)言是自然語(yǔ)言，但是機(jī)器人是聽(tīng)不明白我們常用的自然語(yǔ)言，所以需要將我們常用的自然語(yǔ)言轉(zhuǎn)變成機(jī)器人能夠聽(tīng)懂的代碼語(yǔ)言。但是對(duì)于高中生來(lái)說(shuō)，要一下子將自己常用的自然語(yǔ)言轉(zhuǎn)變代碼語(yǔ)言，我們也非常不習(xí)慣，所以代碼語(yǔ)言的轉(zhuǎn)換對(duì)于我們也來(lái)說(shuō)也是非常困難的。為此，在進(jìn)行機(jī)器人編程學(xué)習(xí)時(shí)，教師做好語(yǔ)言的過(guò)度教學(xué)，讓學(xué)生能夠在自然語(yǔ)言和代碼語(yǔ)言之間進(jìn)行流利的轉(zhuǎn)換，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的流程語(yǔ)言教學(xué)，讓學(xué)生先將自然語(yǔ)言轉(zhuǎn)換成流程語(yǔ)言，然后再將流程語(yǔ)言轉(zhuǎn)換成代碼語(yǔ)言，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)言的過(guò)度轉(zhuǎn)換，逐漸增加學(xué)習(xí)難度。隨著機(jī)器人的發(fā)展，當(dāng)前許多機(jī)器人編程平臺(tái)可以直接運(yùn)用流程語(yǔ)言和代碼語(yǔ)言進(jìn)行編程，并且可以將流程語(yǔ)言轉(zhuǎn)換成代碼語(yǔ)言，所以高中生在進(jìn)行機(jī)器人編程學(xué)習(xí)時(shí)，可以通過(guò)對(duì)照流程語(yǔ)言和代碼語(yǔ)言來(lái)進(jìn)行代碼語(yǔ)言的學(xué)習(xí)，進(jìn)而提高自己的編程效率。

第三，進(jìn)行功能的擴(kuò)展和局部完善，在進(jìn)行機(jī)器人編程學(xué)習(xí)時(shí)，需要注重學(xué)習(xí)的歸納，進(jìn)而更好尋找解決任務(wù)的突破口，所以高中生要尋找可以自身容易接受的而且也有利于之后的學(xué)習(xí)的突破口，從而更好地將任務(wù)進(jìn)行分解，細(xì)化成為動(dòng)作和擴(kuò)展，從而保證機(jī)器人能夠完美地完成任務(wù)。比如在進(jìn)行足球前鋒機(jī)器人的編程時(shí)，可以按照以下活動(dòng)順序開(kāi)展：

（1）進(jìn)行任務(wù)的細(xì)化，對(duì)機(jī)器人的前進(jìn)、后退、前左轉(zhuǎn)彎、前右轉(zhuǎn)彎等動(dòng)作進(jìn)行分解。（2）選擇正確的突破口，當(dāng)前方有球時(shí)要作出前進(jìn)的反應(yīng)。（3）要進(jìn)行第一擴(kuò)展，比如當(dāng)后方有球則要做出后退的反應(yīng)。（4）進(jìn)行第二次擴(kuò)展，當(dāng)左前側(cè)有球則作出左前轉(zhuǎn)的反應(yīng)。（5）作出第三次擴(kuò)展，比如進(jìn)行前方跟球，以此類推進(jìn)行第四次、第五次擴(kuò)展，從而不斷完善局部功能。

第四，進(jìn)行程序的整體優(yōu)化，當(dāng)完成機(jī)器人編程后，需要對(duì)程序進(jìn)行測(cè)試、改進(jìn)和優(yōu)化，因?yàn)楦咧猩谶M(jìn)行機(jī)器人編程學(xué)習(xí)時(shí)，所得的編程通常是積累所得的，所以在進(jìn)行編程時(shí)會(huì)忽略了整體性，所以需要對(duì)機(jī)器人編程程序進(jìn)行整體的優(yōu)化。但是由于知識(shí)的限制，高中生在進(jìn)行程序整體優(yōu)化時(shí)，容易遇到困難，所以在進(jìn)行機(jī)器人編程學(xué)習(xí)時(shí)，教師就要引導(dǎo)學(xué)生要學(xué)會(huì)站在整體全局的高度來(lái)看待問(wèn)題，然后進(jìn)行程序的編程。

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