過震

為貫徹落實《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知》精神，加快普及中小學(xué)編程教育，不斷激發(fā)中小學(xué)生編程興趣，努力培養(yǎng)中小學(xué)生勇于探索的創(chuàng)新精神和解決實際問題的實踐能力，信息技術(shù)教師必須充分認識到編程教育在大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能中的重要作用。筆者所在學(xué)校開展的機器人編程教學(xué)在原有Scratch編程教學(xué)中加入了場景功能模塊，使學(xué)生能夠更直觀地用程序設(shè)計的思維去分析、解決生活中的實際問題。

隨著陸地資源的逐漸匱乏，人們開始對海洋進行開發(fā)和研究。作為開發(fā)海洋資源的重要工具之一，水中機器人可以代替人們在海洋中完成一些高難度高風(fēng)險的水下探測及水下作業(yè)。下面，筆者結(jié)合KenFish機器人軟件淺談其在小學(xué)信息技術(shù)編程教學(xué)中的作用。

KenFish機器人軟件在編程中的教學(xué)目標與作用

①了解國際水中機器人的發(fā)展現(xiàn)狀和水中機器人發(fā)展的根本原因是為人類解決水下環(huán)境中所遇到的問題。了解中國是繼美、法、俄、日之后世界上第五個掌握大深度載人深潛技術(shù)的國家，消除小學(xué)生對水中機器人的神秘感，為進一步學(xué)習(xí)水中機器人有關(guān)知識打下認知基礎(chǔ)。

②掌握水中機器人程序調(diào)試及下載的方法，了解水中機器人基本結(jié)構(gòu)（各種傳感器和驅(qū)動裝置的作用）、運動特點和控制方式。了解水中機器人是怎樣通過KenFish圖形仿真控制軟件進行圖形化編程的，進而培養(yǎng)科學(xué)高效的符合小學(xué)生編程的思維方式，提高編程邏輯思維能力，提高小學(xué)生在編程中分析問題和解決問題的能力。

③通過完成模擬場景任務(wù)，學(xué)生在水中巡檢機器魚的學(xué)習(xí)過程中應(yīng)用仿生學(xué)技術(shù)模擬魚類的游動方式，在組裝調(diào)試水中巡檢機器魚過程中培養(yǎng)動手創(chuàng)造、團隊協(xié)作能力和與編程相關(guān)的思維能力。

普及中小學(xué)編程教育的核心是提高學(xué)生綜合應(yīng)用編程語言的水平和能力，只有讓學(xué)生了解相關(guān)機器人的結(jié)構(gòu)和功能、原理和使用方法，才能提高學(xué)生應(yīng)用機器人的學(xué)習(xí)效能。

KenFish機器人軟件能有效激發(fā)小學(xué)生學(xué)習(xí)編程的興趣

程序是機器人的靈魂，讓小學(xué)生通過為機器人編寫程序來學(xué)習(xí)編程知識是程序設(shè)計學(xué)習(xí)的最好途徑。小學(xué)生的思維特點是以直觀形象思維為主，并逐步過渡到抽象邏輯思維，所以往往對學(xué)習(xí)傳統(tǒng)型編程語言感到枯燥乏味，也降低了對編程語言學(xué)習(xí)的興趣。但KenFish機器人軟件中的場景模擬任務(wù)，會極大地促進學(xué)生為機器人編寫程序的參與度。學(xué)生通過對場景模擬任務(wù)的分析與程序編寫，團隊合作分享交流，進而凸顯主體性，從而獲得成功的喜悅、建立成功的信心，激發(fā)程序設(shè)計學(xué)習(xí)的興趣。

KenFish機器人軟件采用的是圖形化編程界面（如下頁圖1），學(xué)生不僅不用面對一些單調(diào)乏味的編程語言，還可以利用其硬件設(shè)備即時檢驗編程的效果（如下頁圖2）。同時，KenFish機器人軟件采用了貼近生活的場景主題任務(wù)，為程序設(shè)計的學(xué)習(xí)增添了趣味性。因此，KenFish機器人軟件相比傳統(tǒng)的程序設(shè)計語言能夠大大提高小學(xué)生學(xué)習(xí)程序設(shè)計語言的興趣。

KenFish機器人軟件有助于強化圖形化編程思維

程序設(shè)計中最重要的是學(xué)習(xí)程序算法和編程思想。在小學(xué)階段，小學(xué)生學(xué)習(xí)編程重點應(yīng)以體驗為主，通過游戲化教學(xué)、項目式教學(xué)等形式，理解程序設(shè)計的基本概念和結(jié)構(gòu)，注重運用圖形化的編程思維去分析問題、解決問題。在使用水中機器人的程序設(shè)計教學(xué)中，KenFish機器人軟件能夠為程序設(shè)計教學(xué)營造良好的編程實踐環(huán)境，學(xué)生在編寫程序后，能從水中機器人的水中運動姿態(tài)得到即時反饋，再根據(jù)相關(guān)運動姿態(tài)反饋不斷修改坐標系和參數(shù)，從而完善程序。這樣，學(xué)生就在KenFish機器人軟件圖形化編程的人機交互過程中實現(xiàn)了對“編程思維”的不斷理解和強化。

以水中機器人“石油管道巡檢”為例，水中部分放置了礁石模型若干，設(shè)置了漏油點若干和彎道若干，機器人需要具備轉(zhuǎn)彎循線能力、丁字管道和十字管道的判斷能力。在場景模擬任務(wù)下，仿魚水中機器人需要從管道起點出發(fā)，沿著白色管道行走，遇到漏油點進行識別，并執(zhí)行修復(fù)動作（修復(fù)動作自行設(shè)定，如點亮LED燈進行提醒和控制舵機等，但不限于上述動作），然后繼續(xù)前進；遇到彎道時，水中機器人應(yīng)該調(diào)整運動姿態(tài)通過彎道，然后繼續(xù)前進；水中機器人在游動和轉(zhuǎn)彎時應(yīng)避免碰撞到礁石模型，最終水中機器人在水中管道末端觸動觸發(fā)機構(gòu)，水中循檢任務(wù)完成。

學(xué)生需要先分析仿魚水中機器人巡線時會出現(xiàn)的情況，然后運用編程思維，通過編寫程序?qū)崿F(xiàn)循檢任務(wù)。如果仿魚水中機器人起始運動姿態(tài)向左，仿魚水中機器人2號紅外避障傳感器檢測到障礙物且5號紅外避障傳感器沒有檢測到障礙物時，學(xué)生編寫重復(fù)循環(huán)語句執(zhí)行：尾鰭舵機的運動姿態(tài)向右擺70度，擺動速度15檔，延時100毫秒；直到1號紅外避障傳感器檢測到障礙物且2號紅外避障傳感器也檢測到障礙物，然后修正尾鰭舵機的運動姿態(tài)向左擺70度，擺動速度15檔，延時100毫秒。如果仿魚水中機器人起始運動姿態(tài)向右，仿魚水中機器人5號紅外避障傳感器檢測到障礙物且2號紅外避障傳感器沒有檢測到障礙物時，學(xué)生編寫重復(fù)循環(huán)語句執(zhí)行：尾鰭舵機的運動姿態(tài)向左擺70度，擺動速度15檔，延時100毫秒；直到5號紅外避障傳感器檢測到障礙物且4號紅外避障傳感器也檢測到障礙物，然后修正尾鰭舵機的運動姿態(tài)向右擺70度，擺動速度15檔，延時100毫秒。

仿魚水中機器人沿白色管道巡線的程序主要用到的是循環(huán)語句和邏輯語句，學(xué)生只有通過傳感器控制分析，才能充分考慮各種情況，在理解這些傳感器功能模塊基本結(jié)構(gòu)及作用后，通過編程實現(xiàn)仿魚水中機器人巡線程序。因此，學(xué)生利用KenFish機器人軟件學(xué)習(xí)程序設(shè)計，其圖形化的編程界面能幫助其運用邏輯思維分析問題，其場景模擬任務(wù)能形象直觀地引導(dǎo)學(xué)生用編程思維解決問題，從而有助于培養(yǎng)小學(xué)生圖形化編程的思維。

KenFish機器人軟件有助于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維

機器人課程特點主要體現(xiàn)在以下幾個方面：創(chuàng)新性、綜合性、開放性、發(fā)展性、實踐性。程序設(shè)計學(xué)習(xí)是一種培養(yǎng)創(chuàng)新思維的學(xué)習(xí)。在程序設(shè)計中，達到目標任務(wù)的編程方法是多種多樣的，學(xué)生可以充分發(fā)揮創(chuàng)新性，以不同的編程方法去實現(xiàn)。即使是一個簡單程序的實現(xiàn)，從分析、設(shè)計、調(diào)試到最終實現(xiàn)，都是一個創(chuàng)造性的過程。

KenFish機器人軟件在創(chuàng)新思維培養(yǎng)的設(shè)計上也有所體現(xiàn)。軟件提供了執(zhí)行、傳感、邏輯、循環(huán)、數(shù)學(xué)、文本、列表、顏色、變量、函數(shù)等編輯功能，使整個程序設(shè)計具有開放性，這有助于培養(yǎng)小學(xué)生的發(fā)散思維，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。

例如，某競賽中的“石油管道巡檢”競賽主題，仿魚水中機器人在指定時間內(nèi)沿著白色管道行走，遇到漏油點進行識別，并執(zhí)行修復(fù)動作。在編程教學(xué)中，學(xué)生可以根據(jù)競賽的內(nèi)容和規(guī)則，利用軟件的文本編輯功能編輯出場景模擬地圖，依據(jù)此地圖，考慮仿魚水中機器人以何種運動姿態(tài)，尾部舵機以何種搖擺速度和角度控制才能最快到達漏油點進行維修。

競賽規(guī)則中允許仿魚水中機器人離開白色管道行駛，大大增加了程序設(shè)計的開放性。競賽中，有的學(xué)生使用多組光電傳感器來完成任務(wù)，有的學(xué)生還想出了僅靠程序姿態(tài)手動調(diào)整進行巡管，充分體現(xiàn)了小學(xué)生編程中的創(chuàng)造性。因此，具有開放性特點的仿魚水中機器人軟件在程序設(shè)計教學(xué)中能夠激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，讓學(xué)生創(chuàng)造性地運用編程知識去解決問題。

結(jié)束語

KenFish機器人軟件能夠激發(fā)小學(xué)生的編程興趣，符合小學(xué)生認知特點，把此款軟件應(yīng)用到小學(xué)編程教學(xué)中，能夠提高學(xué)生學(xué)習(xí)程序設(shè)計的興趣，有助于激發(fā)學(xué)生的編程創(chuàng)新思維。因此，KenFish機器人軟件可成為小學(xué)編程教育的新載體和教學(xué)平臺。

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