符蓉 王向豐

[摘要]樂高機(jī)器人是一種把電機(jī)、傳感器、齒輪、輪軸等電子產(chǎn)品、機(jī)械產(chǎn)品組合成的智能設(shè)備，它是一種能夠用內(nèi)置程序或外部無線電操作的教娛玩具。目前樂高機(jī)器人以套裝的形式發(fā)售，過去樂高機(jī)器人出售過RCX套裝，目前開發(fā)的樂高機(jī)器人NXT套裝系列比RCX套裝系列多出一個(gè)端口。

[關(guān)鍵詞]樂高機(jī)器人 編程軟件 教學(xué)實(shí)踐

一、樂高NXT機(jī)器人的編程軟件教學(xué)和實(shí)踐的意義

如果說，機(jī)器人的硬件決定機(jī)器人能夠“做什么”，那么機(jī)器人的軟件程序決定它能“怎樣做”。優(yōu)秀的程序能夠給予機(jī)器人豐富的指令，讓機(jī)器人實(shí)現(xiàn)多樣化的功能。

樂高機(jī)器人目前可用C語言、VB語言、JAVA語言編程，讓樂高機(jī)器人完成各式各樣的操作命令，可是這類的語言過于專業(yè)，如果不是專業(yè)的計(jì)算機(jī)工作人員，很難完成復(fù)雜的程序編輯。為了讓編程過程變得可視化和簡單化，樂高機(jī)器人以ROBOLAB圖形化為思路，開發(fā)出G語言，它能用簡單的方式完成動(dòng)作循環(huán)、條件選擇等程序編程，這些編程過程均有一套批處理化的專門的圖標(biāo)負(fù)責(zé)完成，編程人員只需要將編程模塊組合并設(shè)定動(dòng)作參數(shù)。豐富、簡單、易用的G語言賦予了樂高機(jī)器人強(qiáng)大的生命力，樂高機(jī)器人的使用者和開發(fā)者若能學(xué)習(xí)好G語言，就能讓樂器機(jī)器人發(fā)揮無窮的創(chuàng)意。

二、樂高NXT機(jī)器人的編程軟件教學(xué)和實(shí)踐的平臺

1.引導(dǎo)學(xué)生熟悉操作環(huán)境

所謂的操作環(huán)境，就是指要完成編程和實(shí)現(xiàn)編程必須具有的工作平臺，教師要引導(dǎo)學(xué)生了解到在開始編程以前，要先檢查編程的工作平臺是否齊備，以免在工作中發(fā)現(xiàn)無法順利的完成編程過程。一臺樂高NXT機(jī)器人的編程環(huán)境如下：

通過USB2.0，樂高NXT編程程序可與計(jì)算機(jī)PC端連接起來，程序員可在計(jì)算機(jī)中完成編程程序，然后導(dǎo)入樂高NXT機(jī)器人處理器中。

2.引導(dǎo)學(xué)生熟悉操作面板

學(xué)生要學(xué)會(huì)編程，首先就要熟悉操作面版，教師可以讓學(xué)生理解到樂高的編程軟件分為兩種版本，一種是玩具版本，一種是教育版本，其區(qū)別在于玩具版本只有英語版，而教育版自帶漢化版本，然而兩者的功能卻是一樣的。學(xué)生只有熟悉了面板的分布，在編程的時(shí)候才能知道軟件的功能應(yīng)當(dāng)如何使用。

（1）引導(dǎo)學(xué)生熟悉菜單分布 圖1為G語言菜單界面，教師可以引導(dǎo)學(xué)生觀察菜單界面分布的規(guī)律，讓學(xué)生以最快的速度了解如果自己需要操作一個(gè)功能時(shí)，要在菜單哪個(gè)范圍中尋找這項(xiàng)功能。

（2）引導(dǎo)學(xué)生熟悉編程模塊

G語言與非圖形化編程軟件的區(qū)別為，非圖形化編程軟件需要編程人員自己編寫每一條程序命令，使程序命令能夠完成批處理化操作。而G語言的每一個(gè)模塊都已自帶有批處理命令，編程人員使用G語言編程時(shí)，只用把模塊串聯(lián)起來，即完成編程過程。教師要引導(dǎo)學(xué)生熟悉編程模塊的使用方法，圖2為G語言的編程模塊與線程，兩者結(jié)合起來使用，能夠達(dá)到編程的目的。

（3）引導(dǎo)學(xué)生熟悉程序輸入與輸出

編寫G語言除了要做模塊設(shè)置以外，還要做參數(shù)設(shè)置，圖3為參數(shù)設(shè)置的面板，要做參數(shù)設(shè)置就要用數(shù)據(jù)線和數(shù)據(jù)中心的功能，當(dāng)學(xué)生做完模塊編程，設(shè)置好參數(shù)以后，即完成編程過程。教師要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)生學(xué)會(huì)用數(shù)據(jù)線把數(shù)據(jù)中心連接起來，開始調(diào)試程序。學(xué)生熟悉了面板操作，是學(xué)會(huì)用G語言編程的基礎(chǔ)。

3.引導(dǎo)學(xué)生繪制程序流程圖

所謂的流程圖，是指用一套標(biāo)準(zhǔn)的圖形符號，說出一套算法。如果學(xué)生在編程的時(shí)候，先用流程圖整理自己算法，然后再用編程軟件實(shí)現(xiàn)自己的算法，這個(gè)程序就容易編得簡潔、有序、嚴(yán)謹(jǐn)，一旦學(xué)生的程序出現(xiàn)問題，學(xué)生可以對應(yīng)著繪制的流程圖檢查編程中存在的問題。反之，如果學(xué)生不畫流程圖，一味只憑自己的感覺去編程，如果程序出現(xiàn)了問題，學(xué)生將很難找到到底是哪個(gè)編程環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，應(yīng)該從哪個(gè)環(huán)節(jié)著手開始調(diào)試等。不管學(xué)習(xí)任何哪一門程序，學(xué)生都要學(xué)會(huì)繪制流程圖，教師要引導(dǎo)學(xué)生重視繪制流程圖的思想，讓學(xué)生養(yǎng)成在編程以前先繪制流程圖的習(xí)慣，然后依照流程圖的算法開始編程。

三、樂高NXT機(jī)器人的編程軟件教學(xué)和實(shí)踐的方法

1.引導(dǎo)學(xué)生嘗試簡單的編程

教師引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)G語言編程時(shí)，不應(yīng)一開始就讓學(xué)生編寫復(fù)雜的程序，而是應(yīng)該讓學(xué)生先編寫非常簡單的程序，這是為了讓學(xué)生熟悉G語言的操作。教師可以從以下的幾個(gè)編程步驟讓學(xué)生摸索G語言界面分布的規(guī)律，并且引導(dǎo)學(xué)生熟悉菜單、圖標(biāo)的操作：

第一步，引導(dǎo)學(xué)生熟悉運(yùn)動(dòng)操作的方式，讓學(xué)生了解到如何讓樂高NXT機(jī)器人作前近、后退、旋轉(zhuǎn)、停止等運(yùn)動(dòng)。

第二步，引導(dǎo)學(xué)生摸索設(shè)置傳感器的方法；

第三步，引導(dǎo)學(xué)生思考，如何能讓樂高機(jī)器人做連續(xù)的運(yùn)動(dòng)或者做循環(huán)的運(yùn)動(dòng)。

其中有一堂課，我引導(dǎo)學(xué)生編寫了一個(gè)讓樂高NXT轉(zhuǎn)彎的程序。學(xué)生初開始的時(shí)候，是以動(dòng)作停止的方式作為緩?fù)＃墒菍W(xué)生在調(diào)試程序的時(shí)候發(fā)現(xiàn)有時(shí)樂高NXT走到特定的角度時(shí)，無法立即停止，而繼續(xù)向前緩沖，這說明該程序有時(shí)不能準(zhǔn)確的指揮機(jī)器人行動(dòng)。學(xué)生又嘗試第二種方法，即動(dòng)作結(jié)束以后即停止，可是它雖然能準(zhǔn)確停止，卻易出現(xiàn)卡死的問題，這也會(huì)造成程序的不準(zhǔn)確性。教師引導(dǎo)學(xué)生摸索一些簡單的程序，是為了讓學(xué)生在調(diào)試簡單程序的過程中了解編程的方法、熟悉樂高NXT機(jī)器人的性能，使自己的編程與指揮機(jī)器人完成動(dòng)作能真正的結(jié)合起來。

經(jīng)過調(diào)試，學(xué)生的編程結(jié)果如圖4：

2.給學(xué)生一個(gè)綜合的學(xué)習(xí)目標(biāo)

學(xué)生了解了簡單的G語言編程原理，且能將編程與樂高NXT機(jī)器人的性能結(jié)合起來以后，教師可以給學(xué)生一些富有趣味性的任務(wù)，讓學(xué)生嘗試完成一些動(dòng)作較復(fù)雜的、富有變化性的程序，讓學(xué)生在編程的過程中能感受到樂高NXT機(jī)器人的強(qiáng)大性能。比如，教師可以給學(xué)生布置習(xí)題：

通過遙控器讓樂高NXT機(jī)器人自動(dòng)行走，如果遇到某個(gè)抓取目標(biāo)，則自動(dòng)抓取目標(biāo)，送往某個(gè)特定地點(diǎn)。

教師通過這個(gè)題，可以讓學(xué)生感受到操控樂高NXT機(jī)器人的趣味性，學(xué)生在編程的過程中能理解到這樣的機(jī)器人既可以成為一個(gè)教娛玩具，然而如果給予豐富的程序，它還可以完成自動(dòng)拆彈、搬運(yùn)物體、搜救等功能，成為具有實(shí)用性能的機(jī)器設(shè)備。

3.讓學(xué)生交流彼此的編程成果

如果學(xué)生能與更多的同好一起編程，學(xué)生會(huì)感受到更多編程的樂趣。教師可以引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用信息技術(shù)，讓學(xué)生把自己編寫的程序發(fā)布到論壇上、博客上，與同好共同交流、彼此促進(jìn)，通過這種方式，學(xué)生的編程能力能持續(xù)進(jìn)步。

四、總結(jié)

樂高NXT機(jī)器人是一種既具教娛功能，又具實(shí)用功能的機(jī)器人，它具有廣闊的市場前景，要為這種機(jī)器人注入更多的活力，就需要樂高NXT機(jī)器人的使用者和開發(fā)者為它編寫各種程序。G語言是一種圖形化的編程軟件，教師要通過合理的教學(xué)和實(shí)踐普及這種語言程序，使樂高NXT機(jī)器人的功能變得更豐富，更能滿足人們的需求。

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