王恬楨

【摘 要】隨著中學(xué)簡易機(jī)器人編程教育的不斷深入，教育工作者開展編程教育創(chuàng)新的意識顯著增強(qiáng)。本文以“循環(huán)語句讓機(jī)器人手臂連續(xù)動作”一課為例，闡述了將簡易機(jī)器人編程教育融入人工智能課程中的具體教學(xué)實(shí)踐與思考，以期為推進(jìn)人工智能環(huán)境下簡易機(jī)器人編程教育的開展以及實(shí)施中學(xué)素質(zhì)教育提供參考。

【關(guān)鍵詞】人工智能；中學(xué)；機(jī)器人編程

【中圖分類號】G434? ?【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【論文編號】1671-7384（2023）08-085-02

近年來，人工智能已經(jīng)成為當(dāng)今社會的主要發(fā)展領(lǐng)域之一。讓學(xué)生能夠認(rèn)識和感受人工智能的魅力，增強(qiáng)利用人工智能技術(shù)服務(wù)人類發(fā)展的責(zé)任感變得尤為重要?！读x務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》強(qiáng)調(diào)：強(qiáng)化課程育人方向、優(yōu)化課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)、創(chuàng)新教學(xué)方式和學(xué)習(xí)評價，旨在培養(yǎng)有理想、有本領(lǐng)、有擔(dān)當(dāng)?shù)臅r代新人。在人工智能教學(xué)中，簡易機(jī)器人編程教育具有一定的趣味性，合理地將簡易機(jī)器人編程教育融入人工智能課程中，不僅能讓學(xué)生更全面地了解時下最新的科技知識，同時講練相結(jié)合的趣味教學(xué)也能激發(fā)學(xué)生對信息科技學(xué)科的興趣，更能幫助學(xué)生鍛煉實(shí)踐能力、培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力、提升個人綜合素養(yǎng)。

為充分展現(xiàn)人工智能環(huán)境下中學(xué)簡易機(jī)器人編程教育的實(shí)踐意義，本文以“循環(huán)語句讓機(jī)器人手臂連續(xù)動作”一課為例進(jìn)行設(shè)計。

學(xué)習(xí)內(nèi)容分析

在“循環(huán)語句讓機(jī)器人手臂連續(xù)動作”編程學(xué)習(xí)中，重點(diǎn)是讓學(xué)生認(rèn)識Python中的循環(huán)語句，知曉其在整個程序中的作用。循環(huán)語句與整個程序聯(lián)系緊密，一旦在編寫過程中出現(xiàn)邏輯錯誤或代碼錯誤，便會使整個程序出現(xiàn)問題。因此，在教學(xué)過程中，教師需充分發(fā)揮引導(dǎo)者的作用，使用適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)手段，讓學(xué)生能循序漸進(jìn)地認(rèn)識循環(huán)語句、理解循環(huán)語句、使用循環(huán)語句，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)器人手臂連續(xù)動作的功能。整個學(xué)習(xí)過程，不僅能夠磨練中學(xué)生良好的意志，同時也能夠培養(yǎng)學(xué)生解決問題以及探索問題的主動性，這對于學(xué)生良好科學(xué)素養(yǎng)的形成具有重要的作用。

教學(xué)目標(biāo)

（1）知識與技能：通過本次學(xué)習(xí)，認(rèn)識Python中的循環(huán)語句；明確循環(huán)語句的作用以及編寫方法；學(xué)會編寫循環(huán)語句實(shí)現(xiàn)讓機(jī)器人的手連續(xù)動作。

（2）過程與方法：通過任務(wù)驅(qū)動、小組合作、自主探究等學(xué)習(xí)方法，讓學(xué)生認(rèn)識Python循環(huán)語句在整個程序中的作用以及重要性，學(xué)會利用循環(huán)語句解決編程難題。

（3）情感、態(tài)度與價值觀：通過人工智能的學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生“科技強(qiáng)國，人人有責(zé)”的愛國情感。

教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)

循環(huán)語句的作用以及在整個程序中的正確使用。

教學(xué)過程

1.課程導(dǎo)入，激發(fā)興趣

教師活動：視頻導(dǎo)入“勤勞的搬運(yùn)工 —— 機(jī)器人”。

設(shè)計意圖：以視頻的方式導(dǎo)入課程內(nèi)容，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生更直觀地感受機(jī)器人給生活帶來的便利。同時設(shè)置問題“機(jī)器人是如何重復(fù)進(jìn)行工作的”，讓學(xué)生帶著求知欲、探索欲投入到科技知識的學(xué)習(xí)之中。

2.自主探究，能力提升

教師活動：展示程序代碼，引入Python中的循環(huán)語句知識點(diǎn)。

學(xué)生活動：根據(jù)教師的微課視頻，自主學(xué)習(xí)循環(huán)語句的作用以及使用方法。

設(shè)計意圖：學(xué)生在此之前已經(jīng)學(xué)習(xí)過VB，因此對循環(huán)語句有基礎(chǔ)認(rèn)知；并且在學(xué)習(xí)過程中如果只是“教師講—學(xué)生聽”，無法培養(yǎng)學(xué)生的任何能力。在遇到相似知識點(diǎn)時可以使用微課的方式講授，一是能讓學(xué)生反復(fù)觀看回顧循環(huán)語句相關(guān)知識，二是避免重復(fù)勞動，讓課堂時間得到充分利用。同時設(shè)置問題“在機(jī)器人手臂連續(xù)動作程序中，哪些是循環(huán)語句，如何翻譯，各有何作用”，通過問題檢驗(yàn)學(xué)生對循環(huán)語句的掌握程度。

3.小組合作，舉一反三

教師活動：結(jié)合上節(jié)課的條件語句，讓機(jī)器人實(shí)現(xiàn)“連續(xù)向左動作滿10次以后向右動作”。

學(xué)生活動：以小組為單位完成一個作品。

設(shè)計意圖：小組合作學(xué)習(xí)可以提升課堂學(xué)習(xí)效率，培養(yǎng)學(xué)生的合作能力和團(tuán)隊(duì)精神。學(xué)生可以根據(jù)任務(wù)以及各自特長進(jìn)行分工，完成不同的任務(wù)，如設(shè)計程序、編寫程序、調(diào)試程序、測試運(yùn)行等。在小組合作中，遇到問題時能相互幫助、自我提升；遇到困難能共同面對、協(xié)作解決；遇到挫折時能相互鼓勵、團(tuán)結(jié)奮斗。

這個任務(wù)考查綜合能力，學(xué)生需結(jié)合上節(jié)課條件語句的知識，極大考驗(yàn)了學(xué)生的編程能力和邏輯思維能力，完成此任務(wù)代碼需將循環(huán)語句嵌套至條件語句中。設(shè)置一個有難度的任務(wù)，才能激發(fā)學(xué)生的探知欲；學(xué)生在攻克了一個個難關(guān)后，獲得了成就感和自信心，才能舉一反三，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

4.任務(wù)驅(qū)動，層層遞進(jìn)

在本課中，教師設(shè)置了三個任務(wù)：自主學(xué)習(xí)微課視頻，指出程序中的循環(huán)語句以及作用；完善程序中的循環(huán)語句，讓機(jī)器人手臂向右擺動；小組合作，讓機(jī)器人手臂實(shí)現(xiàn)左右擺動。三個任務(wù)遵循了任務(wù)驅(qū)動法的原則。任務(wù)一理解循環(huán)語句；任務(wù)二探索循環(huán)語句；任務(wù)三是對循環(huán)語句的提升應(yīng)用。學(xué)生在理解和會用的基礎(chǔ)上，才能將循環(huán)語句應(yīng)用到更多場合，讓作品呈現(xiàn)的形式更加豐富多彩。

設(shè)計意圖：任務(wù)驅(qū)動是信息科技課堂中常用的教學(xué)方法。任務(wù)驅(qū)動法要注意任務(wù)的設(shè)置需要遵循層層遞進(jìn)、環(huán)環(huán)相扣的原則，這樣可以讓學(xué)生對知識的掌握有連貫性；并且教師能及時掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度，了解學(xué)生在哪一步遇到了問題，可以及時提供幫助。任務(wù)驅(qū)動法可以推進(jìn)教學(xué)的開展，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下通過各種方法完成各項(xiàng)任務(wù)，從而獲取知識、掌握操作技能。

5.交流總結(jié)，集思廣益

課程評價是教學(xué)過程中重要的組成部分。當(dāng)小組完成任務(wù)展示作品時，可以分享在整個制作過程中遇到的問題以及解決的方法，交流可以讓大家收獲更多的信息。同時，小組間相互評價可以交換信息和意見，讓問題的火花碰撞出靈感的思維，增加學(xué)生后續(xù)的學(xué)習(xí)熱情與信心。

教學(xué)反思

在課程教學(xué)中也遇到了一些問題，如部分學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力較薄弱，或?qū)B循環(huán)語句的認(rèn)知較淺，從而導(dǎo)致對Python中循環(huán)語句的理解不深，后續(xù)的任務(wù)開展困難。面對此問題我想到了兩種解決方法：一是學(xué)生互助，讓組內(nèi)能力較強(qiáng)的學(xué)生帶領(lǐng)較弱的學(xué)生學(xué)習(xí)；二是因材施教，對學(xué)習(xí)較弱的學(xué)生布置的任務(wù)也更簡單和易懂。

教學(xué)建議

為了進(jìn)一步增強(qiáng)人工智能背景下中學(xué)簡易機(jī)器人編程教育開展的效果，學(xué)校可以積極開展有關(guān)人工智能的興趣小組活動，亦可組織學(xué)生參與市級、省級以及國家級人工智能的相關(guān)比賽。學(xué)生參加各項(xiàng)活動，不僅能夠提升對人工智能學(xué)習(xí)的積極性及信心，同時也能及時發(fā)現(xiàn)自己的不足，取長補(bǔ)短。在人工智能的學(xué)習(xí)中，教師需要注意Python語言的講解，要求學(xué)生認(rèn)識Python語言、理解Python語言的使用邏輯、學(xué)會用Python編寫程序。目前很多人工智能產(chǎn)品都支持利用Python語言編寫程序，實(shí)現(xiàn)多樣化的人工智能作品。因此，學(xué)好Python語言也有助于人工智能課程的開展。

在編程教學(xué)中，學(xué)生出現(xiàn)錯誤是在所難免的。教師作為教學(xué)的主要引導(dǎo)者，需要在簡易機(jī)器人編程教育中幫助學(xué)生樹立敢于試錯的精神，這樣才能更好地促進(jìn)學(xué)生利用編程解決各類問題，讓學(xué)生在編程過程中不斷增加探索問題的勇氣，促進(jìn)個人創(chuàng)新意識的提升和個人科學(xué)素養(yǎng)的提高。

人工智能已經(jīng)成為各個國家不斷研究與創(chuàng)新的重點(diǎn)，在中學(xué)教育中，學(xué)校與教育工作者需要不斷推進(jìn)人工智能環(huán)境下簡易機(jī)器人編程教育的開展，更好地提高中學(xué)生的科研素質(zhì)，為未來國家科技的發(fā)展提供充足的后備技術(shù)人才。

編? ?輯：徐靖程