張銳

人工智能課程不妨以學(xué)科融合為切入點(diǎn)，進(jìn)行一場(chǎng)AI編程與學(xué)科融合課程的探究活動(dòng)。本節(jié)課就是基于AIcode圖形化編程軟件與AISTEAM硬件，以“孔融讓梨”為主題，結(jié)合數(shù)學(xué)和語(yǔ)文知識(shí)，設(shè)置一定的場(chǎng)景，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行場(chǎng)景化學(xué)習(xí)，在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、探究問(wèn)題、提出假設(shè)、實(shí)踐驗(yàn)證等環(huán)節(jié)中學(xué)習(xí)與運(yùn)用數(shù)學(xué)、語(yǔ)文和編程知識(shí)，訓(xùn)練學(xué)生的編程思維，提升人工智能綜合素養(yǎng)，提高創(chuàng)新實(shí)踐能力。

教學(xué)實(shí)施

情景導(dǎo)入：孔融讓梨

教師講述孔融讓梨的故事。在東漢的時(shí)候，有一個(gè)名叫孔融的孩子，他有5個(gè)哥哥和1個(gè)弟弟。在孔融4歲那年，父親的一位學(xué)生前來(lái)家中看望老師和師母，還帶來(lái)了一籃子梨。父親發(fā)話讓孔融先拿著吃，孔融沒有挑大的，卻拿了一個(gè)最小的梨。父親看見孔融的行為，心里很高興，卻故意問(wèn)孔融：“籃子里那么多梨，又讓你先拿，你怎么不拿大的？”孔融回答道：“我年紀(jì)小，應(yīng)該拿最小的，大的要留給哥哥們吃?！备赣H接著問(wèn)：“你的弟弟比你小，照你這么說(shuō)，他應(yīng)該拿最小。”孔融搖搖頭說(shuō)：“我是哥哥，我應(yīng)該把大的留給弟弟吃?！?/p>

講完故事后，教師讓學(xué)生討論孔融讓梨這個(gè)故事給我們什么啟發(fā)，故事里蘊(yùn)含了什么數(shù)學(xué)問(wèn)題，并討論一個(gè)數(shù)字的多種加法算式，例如，7有幾種分法？

設(shè)計(jì)意圖：運(yùn)用成語(yǔ)故事引入，讓學(xué)生感受謙讓的良好品德，同時(shí)引出數(shù)學(xué)問(wèn)題——同一個(gè)數(shù)為和的不同加法算式有幾種？加強(qiáng)學(xué)生發(fā)散思維的能力，引出編程場(chǎng)景——摘梨。

項(xiàng)目搭建

本課的場(chǎng)景化是“摘梨”，項(xiàng)目是搭建全向移動(dòng)小車，并設(shè)計(jì)路線以便“摘”到更多的梨。所需材料為：主控器（運(yùn)行程序）1個(gè)、電池（供電）1個(gè)、拓展電機(jī)（執(zhí)行器）4個(gè)、拓展模塊（連接主控與電機(jī)）1個(gè)、麥克納姆輪（全向移動(dòng)）4個(gè)。

搭建全向移動(dòng)小車的核心部件是麥克納姆輪。這種全方位移動(dòng)方式是基于有許多位于機(jī)輪周邊輪軸的中心輪的原理，這些成角度的周邊輪軸把一部分機(jī)輪轉(zhuǎn)向力轉(zhuǎn)化為機(jī)輪法向力。麥克納姆輪使用不同的搭建方法需要不同的受力計(jì)算，這里為了適配軟件算法，對(duì)麥克納姆輪的安裝方向作了統(tǒng)一規(guī)定。

將4個(gè)拓展電機(jī)以就近原則接在拓展模塊上，將拓展模塊接入主控，主控連接電池，將麥克納姆輪按照規(guī)定方向接在拓展電機(jī)上。

設(shè)計(jì)意圖：組織學(xué)生在組裝硬件的同時(shí)，理解每一部分在項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)過(guò)程中所發(fā)揮的作用，從而在接下來(lái)的案例編程中更加合理地使用這些硬件。

角度設(shè)置

組裝完機(jī)器之后，我們需要了解如何使小車進(jìn)行全向移動(dòng)。雖然使用了4個(gè)電機(jī)，但是我們可以把它們當(dāng)成一個(gè)整體進(jìn)行控制。麥克納姆輪的控制模塊有3個(gè)參數(shù)：速度、時(shí)間、角度。速度范圍是0?100，正向越來(lái)越快，反向加上“-”。時(shí)間指的是機(jī)器運(yùn)行到停止的時(shí)間。這兩項(xiàng)比較好理解，我們需要了解的重點(diǎn)是角度設(shè)置。全向指的是0?360°，可以通過(guò)圖2了解麥克納姆輪的角度設(shè)置規(guī)則（注：這里的移動(dòng)方式都是平移）。

可以通過(guò)簡(jiǎn)單舉例協(xié)助記憶，把角度圖想象成方位圖，太陽(yáng)東升西落，東的位置0就像太陽(yáng)，由東到西依次增加角度，反向則是把同一條線的兩端角度對(duì)換。

解決角度設(shè)置問(wèn)題，我們只需要在AIcode圖形化編程軟件中通過(guò)模塊對(duì)機(jī)器進(jìn)行控制就可以了。例如，圖3所示模塊的運(yùn)行情況是以50的速度向前進(jìn)，1秒鐘后停止。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)了解運(yùn)動(dòng)模塊的角度設(shè)置規(guī)則，加深對(duì)編程模塊的理解，為場(chǎng)景式項(xiàng)目編程作鋪墊。

場(chǎng)景式項(xiàng)目

場(chǎng)景式項(xiàng)目可以在同一有趣場(chǎng)景設(shè)置下，通過(guò)改變?cè)O(shè)置或者有依次遞進(jìn)的多種不同難度。

教師進(jìn)行場(chǎng)景項(xiàng)目講解

果園摘摘摘：不同數(shù)量的梨的卡片被隨機(jī)安排在場(chǎng)地中組成地圖。機(jī)器輪子覆蓋的卡片上梨的數(shù)量為每輪的得分，學(xué)生可運(yùn)用編程模塊設(shè)計(jì)機(jī)器路線，盡可能獲得更高的分?jǐn)?shù)。可以設(shè)置競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制激發(fā)學(xué)生的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)，也可設(shè)置團(tuán)隊(duì)分組進(jìn)行小組對(duì)決。

地圖示例（圖4）

教師與學(xué)生分享路線（圖5）

●如何獲得全部得分？

●如何設(shè)置角度？

學(xué)生依據(jù)地圖自行設(shè)計(jì)路線

提升難度

加入動(dòng)物選項(xiàng)，動(dòng)物是減分項(xiàng)，壓到1只動(dòng)物減2分。你會(huì)怎么設(shè)計(jì)地圖？怎么設(shè)計(jì)最優(yōu)路線呢？你還有什么可以提升難度的想法？

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)難度循序漸進(jìn)的案例，讓學(xué)生逐步掌握全向運(yùn)動(dòng)模塊的使用。場(chǎng)景式教學(xué)主要提供場(chǎng)景和知識(shí)點(diǎn)，給予學(xué)生最大程度的自由進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，不設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)答案，每個(gè)學(xué)生都可以自由編程。教師主要起引導(dǎo)作用，引導(dǎo)學(xué)生探索問(wèn)題的多種解法，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深入地思考。通過(guò)讓學(xué)生計(jì)算得分練習(xí)數(shù)學(xué)計(jì)算，用一種較為有趣的方式將數(shù)學(xué)與編程結(jié)合起來(lái)。

拓展延伸

在前面的環(huán)節(jié)中，學(xué)生會(huì)獲得不同的積分。在這個(gè)環(huán)節(jié)可再設(shè)置一個(gè)加分項(xiàng)，請(qǐng)他們通過(guò)依次說(shuō)出帶數(shù)字的四字詞語(yǔ)獲得加分。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)前面的項(xiàng)目挑戰(zhàn)，學(xué)生練習(xí)了數(shù)學(xué)計(jì)算與編程，獲得了不同的積分。但是，有的學(xué)生比較擅長(zhǎng)數(shù)學(xué)，積分就會(huì)比較高。通過(guò)拓展環(huán)節(jié)，可鼓勵(lì)學(xué)生綜合發(fā)展，也能更好地實(shí)踐學(xué)科融合。

項(xiàng)目展示

教師挑選部分學(xué)生的作品進(jìn)行展示與評(píng)價(jià)。作品的挑選與評(píng)價(jià)可以參考以下幾方面。

●項(xiàng)目要求的完成度：是否實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目描述的基本功能？

●個(gè)人創(chuàng)新程度：加入了哪些具有特色的變化？

●是否反映了編程過(guò)程中學(xué)生普遍存在的問(wèn)題？

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生對(duì)作品進(jìn)行展示與講解，分享自己項(xiàng)目的優(yōu)點(diǎn)與不足，并在教師評(píng)價(jià)與組內(nèi)討論中尋找解決方式與靈感。對(duì)自身進(jìn)行反思，汲取經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步提升自我。同時(shí)，也在分享之中獲得認(rèn)同與快樂。