張俊花　賈丙輝

摘? 要 借助程序設(shè)計(jì)課程中的機(jī)器人巡線問題，引導(dǎo)學(xué)生通過質(zhì)疑、發(fā)現(xiàn)問題;通過調(diào)查研究、分析研討，提出解決問題的方法;通過表達(dá)與交流等探究學(xué)習(xí)活動(dòng)，獲得知識，激發(fā)學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)的興趣，掌握程序設(shè)計(jì)的方法并用于解決實(shí)際問題。

關(guān)鍵詞 機(jī)器人;程序設(shè)計(jì);信息技術(shù);探究性學(xué)習(xí);Scratch

中圖分類號：G633.67? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2019）15-0068-03

1 引言

程序設(shè)計(jì)是初中信息技術(shù)課程中的重要內(nèi)容，旨在培養(yǎng)中學(xué)生的創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力、主動(dòng)獲取知識并應(yīng)用所學(xué)習(xí)知識解決問題的能力。探究性學(xué)習(xí)方法的特點(diǎn)與信息技術(shù)課程中程序設(shè)計(jì)相關(guān)知識點(diǎn)的教學(xué)要求十分一致。如何借助探究性學(xué)習(xí)相關(guān)方法引導(dǎo)學(xué)生開展程序設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)是教學(xué)中亟待解決的問題。

2 案例實(shí)踐載體的確定：機(jī)器人

程序設(shè)計(jì)是蘇教版初中八年級信息技術(shù)第四章的內(nèi)容，是信息技術(shù)學(xué)科教育中的重要內(nèi)容，著重培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力和創(chuàng)新思維，滿足學(xué)生個(gè)性化發(fā)展。機(jī)器人教育屬于人工智能模塊范疇，是一項(xiàng)綜合多種學(xué)科知識技能的科技創(chuàng)新活動(dòng)。只有通過編寫相應(yīng)功能的任務(wù)程序，機(jī)器人才能對外界環(huán)境信息進(jìn)行響應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的智能化判斷。程序設(shè)計(jì)教學(xué)和機(jī)器人教育有著天然的融合基礎(chǔ)，因此，針對初中程序設(shè)計(jì)課程比較抽象、學(xué)生學(xué)習(xí)興趣缺乏和積極性不高等問題，嘗試將機(jī)器人教育和初中程序設(shè)計(jì)教學(xué)進(jìn)行融合，以機(jī)器人的巡線問題為出發(fā)點(diǎn)，將與生活聯(lián)系緊密并具備吸引力的機(jī)器人作為程序設(shè)計(jì)實(shí)踐的載體，使學(xué)生在學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)課程時(shí)有實(shí)際目標(biāo)、有實(shí)踐對象。

3 案例主題的引入：機(jī)器人巡線任務(wù)

本案例內(nèi)容是在介紹程序中的條件語句和循環(huán)語句之后，且上一節(jié)課已指導(dǎo)學(xué)生完成機(jī)器人結(jié)構(gòu)的搭建，并使得學(xué)生熟悉了機(jī)器人各個(gè)結(jié)構(gòu)的功能，如巡線的兩只眼睛——灰度傳感器，機(jī)器人的動(dòng)力——馬達(dá)等?；跈C(jī)器人巡線任務(wù)，首先分析機(jī)器人巡線程序的算法并畫出流程圖，然后在Scratch 2.0中用條件語句模塊和循環(huán)語句模塊進(jìn)行編程，最后經(jīng)編程調(diào)試后讓機(jī)器人巡線走起來。本案例旨在以機(jī)器人巡線為抓手，復(fù)習(xí)和整合程序設(shè)計(jì)中算法、條件語句及循環(huán)語句，使學(xué)生認(rèn)識到程序設(shè)計(jì)能解決實(shí)際問題，進(jìn)而提升其學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)的興趣。

4 案例的實(shí)施過程

片段一：情境導(dǎo)入? 教師導(dǎo)入：“同學(xué)們，我們上節(jié)課搭建好了機(jī)器人，而且它能沿直線走，但是我們知道道路不僅有直線，更多時(shí)候是曲線，那么能不能實(shí)現(xiàn)它自主巡線走呢？”教師展示機(jī)器人巡線場地圖（圖1）。學(xué)生看到巡線場地圖，教室里立馬就炸開了鍋，從他們一個(gè)個(gè)的興奮勁兒可以看出他們對這個(gè)問題很感興趣。教師接著問：“大家想一想，應(yīng)該怎樣實(shí)現(xiàn)機(jī)器人巡線呢？”學(xué)生思考，覺得無從下手。教師把問題難度降低：“大家想一想，機(jī)器人要巡線分為哪幾種情況？”

片段二：探究機(jī)器人巡線算法? “大家先來想想機(jī)器人在巡線的過程中會(huì)有幾種情況發(fā)生？”在學(xué)生思考的過程中，教師在黑板上畫出機(jī)器人小車巡線的模擬圖，如圖2所示。一個(gè)學(xué)生回答說：“當(dāng)兩個(gè)光感都沒有檢測到黑線時(shí)，車子直行就可以了;但是當(dāng)車子碰到黑線，我就不知道該怎么辦了?！?/p>

教師啟發(fā)：“車子碰到黑線分幾種情況？下面請同學(xué)們以小組為單位進(jìn)行探究?！?/p>

一小組學(xué)生回答說：“車頭左側(cè)碰到黑線或者車頭右側(cè)碰到黑線。”

“非常好！那么當(dāng)車頭左側(cè)碰到黑線時(shí)，應(yīng)該怎么修正車子，讓車子繼續(xù)巡線呢？”

“往左轉(zhuǎn)。”

“非常好！那么當(dāng)車頭右側(cè)碰到黑線時(shí)，應(yīng)該怎么修正車子，讓車子繼續(xù)巡線呢？”

“往右轉(zhuǎn)?！?/p>

“機(jī)器人要一直巡線下去嗎？當(dāng)什么情況下它會(huì)自動(dòng)停止呢？請同學(xué)們觀察巡線場地圖?！?/p>

“當(dāng)兩個(gè)光感都檢測到黑線時(shí)吧？”

“非常好！下面請大家測一下你們組的機(jī)器人的光感值，看看當(dāng)兩個(gè)傳感器分別在黑線和白色區(qū)域時(shí)的光感值。注意：每個(gè)傳感器要多測幾組數(shù)據(jù)，然后分別取平均值。”

片段三：畫出巡線流程圖

【實(shí)踐學(xué)習(xí)1】請同學(xué)們以小組為單位，嘗試用流程圖描述機(jī)器人巡線算法。

畫流程圖既使學(xué)生對前面分析的巡線算法有更加深入的理解，又復(fù)習(xí)了程序設(shè)計(jì)中畫流程圖的基本知識。但是從學(xué)生畫的流程圖看，他們對流程圖的使用方法和各個(gè)幾何圖形在流程圖中的作用仍然不太明晰，對處理框和輸入框作用混淆。還有的學(xué)生不知道如何下手畫流程圖，這時(shí)候就顯示出小組合作的重要性了。經(jīng)過學(xué)生交流和教師指導(dǎo)，完成圖3所示巡線流程圖。

片段四：編寫程序

【實(shí)踐學(xué)習(xí)2】嘗試在Scratch 2.0中進(jìn)行巡線編程。

Scratch 2.0是一個(gè)圖形化編程工具，由于學(xué)生在小學(xué)已學(xué)過類似的圖形化編程軟件，所以對他們來說比較容易接受。教師主要演示Scratch 2.0中如何讀取光感值的程序塊和馬達(dá)設(shè)置模塊，然后請學(xué)生小組內(nèi)合作，自主嘗試編程。對于剛學(xué)了程序基本知識的學(xué)生來說，這是一個(gè)綜合題目，難度較大，但是由于在前面的探究學(xué)習(xí)中已通過算法分析和畫流程圖對巡線程序進(jìn)行了鋪墊，會(huì)對學(xué)生的代碼編寫有所引導(dǎo)，而且在小組內(nèi)學(xué)生可以互相合作，因此，學(xué)生的任務(wù)完成度較好。

片段五：機(jī)器人巡線? 本環(huán)節(jié)是學(xué)生程序編寫完成并寫入機(jī)器人主板中，通過在場地實(shí)際巡線來檢驗(yàn)程序的執(zhí)行。這需要不斷地測試與調(diào)試。

5 分析反思

本案例整合機(jī)器人教育與程序設(shè)計(jì)的理念，通過機(jī)器人巡線創(chuàng)設(shè)情境激發(fā)學(xué)生的興趣，完成設(shè)計(jì)巡線算法、畫巡線流程圖以及編寫程序等一系列探究活動(dòng)。引導(dǎo)學(xué)生不斷思考和進(jìn)行知識整合，機(jī)器人巡線問題的解決使學(xué)生真切體會(huì)到程序設(shè)計(jì)的價(jià)值與樂趣。

明確的實(shí)踐對象使得程序設(shè)計(jì)有的放矢? 初中程序設(shè)計(jì)課程內(nèi)容一直因?yàn)楸容^抽象、學(xué)生興趣不高而讓教師難教、學(xué)生難學(xué)。機(jī)器人是學(xué)生比較感興趣的，而且觀察機(jī)器人巡線項(xiàng)目也是難度不大而學(xué)生又很感興趣的，機(jī)器人巡線恰好能把機(jī)器人教育與程序設(shè)計(jì)結(jié)合起來，借助機(jī)器人巡線能給程序設(shè)計(jì)找到落腳點(diǎn)。在情境導(dǎo)入階段，從學(xué)生的興奮勁兒就可以看出學(xué)生對機(jī)器人巡線很感興趣，有了興趣就有了學(xué)習(xí)的動(dòng)力。

探究性學(xué)習(xí)方法與程序設(shè)計(jì)課程的要求不謀而合? 通過機(jī)器人巡線任務(wù)的引領(lǐng)，首先使學(xué)生了解到算法是程序的靈魂，沒有算法編程就無從下手，復(fù)習(xí)了用流程圖描述算法，通過繪制流程圖進(jìn)一步理清了巡線的算法;接著請學(xué)生嘗試在Scratch 2.0中進(jìn)行巡線編程，教師主要演示Scratch 2.0中如何讀取光感值的程序塊和馬達(dá)設(shè)置模塊，并沒有直接演示條件語句及循環(huán)語句如何使用，而是先請學(xué)生嘗試編程，目的是使學(xué)生進(jìn)一步理解和掌握條件語句及循環(huán)語句，在圖形化編程中實(shí)現(xiàn)巡線;最后經(jīng)過程序調(diào)

試，在實(shí)際場地中讓機(jī)器人巡線成功是整堂課的高潮。

具體問題的解決及任務(wù)的完成，促使學(xué)生對知識的理解更加深入? 在整個(gè)教學(xué)過程中，可以看出教師并沒有因?yàn)閷W(xué)生接觸機(jī)器人的機(jī)會(huì)少而大包大攬，從設(shè)計(jì)巡線算法到編程，教師一直在引導(dǎo)學(xué)生思考，引導(dǎo)學(xué)生不斷地探究，通過設(shè)置一系列的問題與實(shí)踐任務(wù)請學(xué)生完成。

“大家先來想想機(jī)器人在巡線的過程中會(huì)有幾種情況發(fā)生？”教師拋出問題，看到學(xué)生思考有困難時(shí)，在黑板上畫出機(jī)器人小車巡線的模擬圖，幫助學(xué)生分析問題，接著不斷啟發(fā)：“車子碰到黑線分幾種情況？”在探究了算法之后，請學(xué)生嘗試畫流程圖，然后請學(xué)生自主編程，一系列的探究任務(wù)之后慢慢地實(shí)現(xiàn)巡線。

合作學(xué)習(xí)幫助學(xué)生突破學(xué)習(xí)難點(diǎn)? 采用小組合作學(xué)習(xí)的方式，是創(chuàng)客教育理念下一種基本的教學(xué)方法，目的在于解決學(xué)習(xí)個(gè)體差異的困難，提高學(xué)習(xí)效率，提高教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度。畢竟，教師只有一名，學(xué)生間有效的互助與討論是一種可預(yù)見的、十分有效的教學(xué)方式。

畫巡線流程圖和編程兩個(gè)實(shí)踐任務(wù)較難，學(xué)生一時(shí)覺得無從下手，這時(shí)先請學(xué)生以小組為單位討論，請學(xué)生說說他們談?wù)撝蟮慕Y(jié)果;在問題進(jìn)一步探究深入之后，再請學(xué)生討論，直到解決問題。在實(shí)踐學(xué)習(xí)和拓展任務(wù)部分，提倡小組內(nèi)合作和鼓勵(lì)最先完成任務(wù)的學(xué)生做“小老師”，這樣，學(xué)生間的互助和交流提高了課堂的教學(xué)效率。

6 結(jié)語

總之，本案例針對初中程序設(shè)計(jì)課程中的問題，嘗試將機(jī)器人教育與程序設(shè)計(jì)進(jìn)行融合，通過機(jī)器人巡線這一活動(dòng)展開，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)的興趣，也為程序設(shè)計(jì)教學(xué)找到落腳點(diǎn)。本案例借助機(jī)器人巡線任務(wù)，通過設(shè)計(jì)巡線算法、畫巡線流程圖以及編寫程序等一系列探究活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生不斷思考和整合知識，并采用合作學(xué)習(xí)的方式突破實(shí)踐任務(wù)中的難點(diǎn)，最后，機(jī)器人巡線的成功進(jìn)行使學(xué)生真切體會(huì)到程序設(shè)計(jì)的樂趣與價(jià)值。