謝雪芳

【摘 要】機(jī)器人教學(xué)已經(jīng)進(jìn)入小學(xué)信息技術(shù)的日常教學(xué)中。本文以“機(jī)器人沿線(xiàn)行走”一課為例，介紹了如何通過(guò)Makeblock mBot可編程教育機(jī)器人展開(kāi)機(jī)器人教學(xué)。

【關(guān)鍵字】Makeblock mBot 機(jī)器人編程 編程教學(xué)

“機(jī)器人沿線(xiàn)行走”是信息技術(shù)六年級(jí)中的一課，學(xué)生在五年級(jí)時(shí)已學(xué)習(xí)過(guò)Scratch編程，有一定的編程基礎(chǔ)，并形成了一定的計(jì)算思維素養(yǎng)。

隨著小學(xué)信息技術(shù)教材的不斷修訂，六年級(jí)教材中的機(jī)器人課程的課時(shí)安排越來(lái)越多。由此可見(jiàn)，結(jié)合硬件的編程越來(lái)越重要。目前，很多學(xué)校都采用了Makeblock mBot可編程教育機(jī)器人開(kāi)展機(jī)器人教學(xué)。

一、創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

在我們的日常生活中，隨著科技的飛速發(fā)展，機(jī)器人已經(jīng)不是稀罕之物了，一些大城市甚至出現(xiàn)了機(jī)器人餐廳。在開(kāi)展機(jī)器人課程教學(xué)時(shí)，教師要盡可能地拉近學(xué)生與機(jī)器人的距離，消除陌生感，從而更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如，在導(dǎo)入環(huán)節(jié)播放機(jī)器人送餐的視頻，讓學(xué)生觀察機(jī)器人是如何行走的，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)機(jī)器人行走時(shí)是沿著黑線(xiàn)行走，從而引出教學(xué)內(nèi)容。在帶領(lǐng)學(xué)生一起探尋機(jī)器人的奧秘的過(guò)程中，學(xué)生都忍不住躍躍欲試。

通過(guò)這樣的形式，讓去過(guò)機(jī)器人餐廳的學(xué)生產(chǎn)生了一種興奮感，大部分學(xué)生當(dāng)時(shí)并沒(méi)有關(guān)注機(jī)器人是如何行走的，從而產(chǎn)生想要研究的想法;沒(méi)有去過(guò)機(jī)器人餐廳的學(xué)生好奇心更強(qiáng)，也想?yún)⑴c研究。

教學(xué)情景的合理創(chuàng)設(shè)，會(huì)對(duì)課堂教學(xué)的實(shí)施起到事半功倍的作用。好的情景不僅僅是為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在素養(yǎng)導(dǎo)向的教學(xué)理念下，我們更傾向于用創(chuàng)設(shè)真實(shí)的學(xué)習(xí)情景，拋出富有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生去探索問(wèn)題、解決問(wèn)題、改進(jìn)方法、完善程序……

為了與開(kāi)頭的機(jī)器人餐廳送餐相呼應(yīng)，一位教師在課堂的拓展運(yùn)用時(shí)設(shè)計(jì)了這樣一個(gè)環(huán)節(jié)：請(qǐng)學(xué)生幫助編寫(xiě)一個(gè)程序，實(shí)現(xiàn)從食堂到教學(xué)樓的機(jī)器人送餐，每個(gè)小組一張模擬圖紙。這樣的情景既與學(xué)生的生活實(shí)際聯(lián)系了起來(lái)，又與課前的導(dǎo)入遙相呼應(yīng)，讓學(xué)生真實(shí)地感受到學(xué)習(xí)就是為了解決生活中的實(shí)際問(wèn)題，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣就更濃了。

二、實(shí)戰(zhàn)演練，產(chǎn)生人機(jī)鏈接

如何讓學(xué)生更好地理解和體驗(yàn)機(jī)器人的行走呢？教師可以讓學(xué)生“演一演”，如讓一個(gè)學(xué)生在教室里沿著某條路線(xiàn)走一走。人的眼睛能夠有效辨別方向，那機(jī)器人呢？它的“眼睛”在哪里呢？要讓機(jī)器人實(shí)現(xiàn)沿線(xiàn)行走就需要巡線(xiàn)傳感器，巡線(xiàn)傳感器實(shí)際上是由兩個(gè)傳感器Sensor 1和Sensor 2構(gòu)成，每個(gè)傳感器又由一個(gè)紅外發(fā)射器和一個(gè)紅外接收器組成。由于其經(jīng)常被用來(lái)控制機(jī)器人沿著線(xiàn)走，故被稱(chēng)作巡線(xiàn)傳感器，檢測(cè)范圍為1～2厘米。紅外發(fā)射器在mBot行駛過(guò)程中不斷向地面發(fā)射紅外光：若紅外光被反射，如遇到白色或其他淺色平面，則接收器收到紅外信號(hào)，輸出數(shù)值1，此時(shí)可觀察到巡線(xiàn)傳感器背面對(duì)應(yīng)的藍(lán)色LED指示燈亮起;若紅外光被吸收或無(wú)法被反射，則接收器收不到紅外信號(hào)，輸出數(shù)值0。

通過(guò)這樣的形式，學(xué)生能很好地產(chǎn)生人機(jī)鏈接，從而更好地理解相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生在一個(gè)真實(shí)的學(xué)習(xí)情景中學(xué)習(xí)，記憶更加深刻，體驗(yàn)更加真實(shí)，理解也更加透徹。

三、精準(zhǔn)分析，了解核心思想

在慧編程Makeblock程序中有一個(gè)對(duì)應(yīng)的“巡線(xiàn)傳感器讀數(shù)”指令，要實(shí)現(xiàn)機(jī)器人沿線(xiàn)行走，首先要了解機(jī)器人與黑色之間的幾種情況。教師在授課的過(guò)程中，一般都是分析4種情況，然后讓學(xué)生測(cè)一測(cè)返回值，做好相應(yīng)記錄。那么學(xué)生真的懂了嗎？

在一次聽(tīng)課過(guò)程中，有一位教師講解得非常清楚到位，后來(lái)那位教師說(shuō)，她在上課之前也不懂，為了上好這節(jié)課，她課前以學(xué)生的身份來(lái)深入研究、思考、學(xué)習(xí)，正是這樣一種精神，讓她在上課的時(shí)候能充分考慮學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，使得課堂學(xué)習(xí)氣氛和學(xué)生的學(xué)習(xí)效果都比較好。機(jī)器人的下方有兩個(gè)傳感器，所以線(xiàn)是有一定的寬度要求的，當(dāng)兩個(gè)傳感器都在黑線(xiàn)上時(shí)，兩個(gè)傳感器的返回值都是0，此時(shí)“巡線(xiàn)傳感器讀數(shù)”為0;當(dāng)右側(cè)的傳感器不在黑線(xiàn)上時(shí)，也就是機(jī)器人往右偏時(shí)，返回值分別是0和1，所以“巡線(xiàn)傳感器讀數(shù)”為1;當(dāng)左側(cè)的傳感器不在黑線(xiàn)上時(shí)，也就是機(jī)器人往左偏時(shí)，返回值分別是1和0，所以“巡線(xiàn)傳感器讀數(shù)”為2;當(dāng)速度比較快或者有轉(zhuǎn)彎情況時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生整個(gè)機(jī)器人小車(chē)都偏離黑線(xiàn)的情況，也就是兩個(gè)傳感器的返回值都是1，此時(shí)“巡線(xiàn)傳感器讀數(shù)”為3。接著，教師讓學(xué)生測(cè)一測(cè)返回值，那返回值為什么是0、1、2、3呢？原來(lái)是計(jì)算機(jī)語(yǔ)言中的“00”“01”“10”“11”，最終都是用二進(jìn)制來(lái)表示的。教師在這里適時(shí)地向?qū)W生介紹一下二進(jìn)制數(shù)，既讓學(xué)生知其然又讓學(xué)生知其所以然，而且也滲透了計(jì)算機(jī)的核心思想，真的是非常巧妙。這些正是這位教師為了更好地搞懂、摸透教材，在自學(xué)研究的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的，然后以學(xué)生的心理為出發(fā)點(diǎn)來(lái)進(jìn)行課堂設(shè)計(jì)。

信息技術(shù)的發(fā)展日新月異，這就要求教師在有限的時(shí)間里，教給學(xué)生一些終身有用的東西——學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)能力。

四、知識(shí)遷移，巧妙解決難題

機(jī)器人沿線(xiàn)行走是如何行走的呢？除了觀看視頻，了解現(xiàn)實(shí)生活中機(jī)器人的行走，其內(nèi)核到底是怎樣的？怎樣快速地讓學(xué)生理解，并輕松地嘗試搭建腳本？學(xué)生在五年級(jí)上半學(xué)期Scratch編程中學(xué)過(guò)“賽車(chē)游戲”一課，賽車(chē)游戲是通過(guò)模擬傳感器實(shí)現(xiàn)控制賽車(chē)的方向的?，F(xiàn)在，我們手上的機(jī)器人是通過(guò)真實(shí)的傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)控制方向的。教師帶領(lǐng)學(xué)生一起進(jìn)行分析，巡線(xiàn)傳感器的返回值一共有4種情況，那如何編寫(xiě)程序腳本呢？

為了喚醒學(xué)生的記憶，一位教師把五年級(jí)學(xué)過(guò)的賽車(chē)游戲的腳本拿出來(lái)讓學(xué)生進(jìn)行對(duì)比，賽車(chē)游戲是始終讓賽車(chē)在軌道上行駛，一旦出現(xiàn)偏離就要進(jìn)行糾正，也就是不考慮完全偏離軌道的情況。賽車(chē)游戲設(shè)置了兩個(gè)模擬傳感器，暫且叫橙色傳感器和藍(lán)色傳感器，實(shí)際上是通過(guò)一種顏色是否碰到另一種顏色來(lái)進(jìn)行判斷的。當(dāng)左側(cè)傳感器碰不到軌道的顏色，那就要右轉(zhuǎn);當(dāng)右側(cè)傳感器碰不到軌道的顏色，那就要左轉(zhuǎn);模擬傳感器是通過(guò)“顏色碰到顏色”來(lái)實(shí)現(xiàn)偵測(cè)的。要用到2個(gè)“如果……那么”的語(yǔ)句。

機(jī)器人沿線(xiàn)行走是通過(guò)“巡線(xiàn)傳感器的返回值”進(jìn)行判斷的。兩者之間存在一定的相似性，但偵測(cè)的依據(jù)不一樣，用到的指令也不一樣，所以具體細(xì)節(jié)上編程語(yǔ)句也相差不少。在教學(xué)中能合理地實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移是一種非常有效的方法。當(dāng)然，在具體的實(shí)踐過(guò)程中，教師要把握好度，不能過(guò)多地糾結(jié)于舊知，點(diǎn)到為止即可。本課中只需讓學(xué)生知道其中的聯(lián)系，而并不是要去分析賽車(chē)游戲的腳本。這樣可以把更多的時(shí)間留給學(xué)生去探索機(jī)器人行走的腳本。因此，進(jìn)行對(duì)比分析花過(guò)多的時(shí)間并非合適的做法。在新舊知識(shí)對(duì)比遷移的時(shí)候，只要讓學(xué)生聯(lián)想到要用“如果……那么”的語(yǔ)句即可，2種情況是2個(gè)語(yǔ)句，那么4種情況就是4個(gè)“如果……那么”語(yǔ)句。而并不需要把整個(gè)賽車(chē)游戲的腳本拿出來(lái)進(jìn)行一一解讀、對(duì)比。

五、合理引導(dǎo)，全面優(yōu)化程序

在編程教學(xué)中，教師要不斷地引導(dǎo)學(xué)生分析問(wèn)題—實(shí)踐探究—反思—再實(shí)踐—再反思……逐步實(shí)現(xiàn)程序的最優(yōu)化。

在“機(jī)器人沿線(xiàn)行走”的程序編寫(xiě)過(guò)程中，學(xué)生實(shí)現(xiàn)了“機(jī)器沿線(xiàn)人行走”以后，教師就要引導(dǎo)學(xué)生考慮如何去實(shí)現(xiàn)程序的優(yōu)化?！靶凶摺保谝幌氲降木褪翘嵘俣?。

在程序優(yōu)化的時(shí)候，3位教師都是引導(dǎo)學(xué)生提升速度，要提升速度一般意義的理解就是提高動(dòng)力百分比。課堂上，大多數(shù)學(xué)生都是在調(diào)整動(dòng)力百分比，有的學(xué)生有賽車(chē)游戲的經(jīng)驗(yàn)，逐步嘗試，確實(shí)優(yōu)化了程序，在不斷地調(diào)試過(guò)程中也體驗(yàn)到了很多的樂(lè)趣?？粗鴮W(xué)生一絲不茍的探究、嘗試，修改數(shù)據(jù)，作為教師甚是欣慰。

然而有點(diǎn)遺憾的是，教師并未引導(dǎo)學(xué)生作更深入的思考：除了改變動(dòng)力速度來(lái)提升速度以外，還有沒(méi)有其他方法了呢？事實(shí)上，提高動(dòng)力速度固然可以提升速度，但是程序的優(yōu)化要做到極致，恐怕對(duì)程序的腳本也有一定的影響。4種情況，4個(gè)判斷語(yǔ)句，便于學(xué)生理解，假如就完成任務(wù)而言，一點(diǎn)錯(cuò)都沒(méi)有，可是每一次判斷，都要去讀一次選線(xiàn)傳感器的返回值，這里都要花費(fèi)時(shí)間，那能否簡(jiǎn)化呢？這里教師首先要考慮全面，或者必須對(duì)設(shè)備有更深、更透的了解，這樣才能把可能的情況都考慮進(jìn)去，才能很好地進(jìn)行預(yù)設(shè)，引導(dǎo)學(xué)生編寫(xiě)出更加完善的程序。因此，教師的合理引導(dǎo)非常重要。

要上好一節(jié)課，必須考慮到方方面面的問(wèn)題，教師自身首先要將教學(xué)內(nèi)容研究透徹?，F(xiàn)在信息技術(shù)有很多新的教學(xué)內(nèi)容，確實(shí)對(duì)每一位教師而言是一個(gè)新的挑戰(zhàn)。打鐵需要自身硬，每一位信息技術(shù)教師都必須與時(shí)俱進(jìn)，不斷去學(xué)習(xí)新的知識(shí)，更新自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長(zhǎng)。