從高中生視角看機器人編程學(xué)習(xí)

李季垚

【摘 要】隨著素質(zhì)教育的普及，提高學(xué)生的計算機技術(shù)水平非常重要，所以在高中階段開展機器人編程學(xué)習(xí)也非常重要，所以本文就從高中生的視覺來探討當(dāng)前的技機器人編程學(xué)習(xí)。

【關(guān)鍵詞】高中生；機器人；編程；階段

中圖分類號： G633.67 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）30-0024-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.30.008

Looking at robot programming learning from the perspective of high school students

LI Ji-yao

（Affiliated Middle School of Xian Technological University， Xian Shaanxi 710061， China）

【Abstract】with the popularization of quality education， it is very important to improve students' computer technology level，so it is also very important to carry out robot programming learning in high school.Therefore，this paper discusses the current technical robot programming learning from the perspective of high school students.

【Key words】High school students；Robot；Programming；Stage

在高中的計算機編程學(xué)習(xí)當(dāng)中，進(jìn)行程序的設(shè)計是當(dāng)前的徐誒核心內(nèi)容，但是由于各種因素的影響，當(dāng)前高中編程設(shè)計教學(xué)效果并不佳，存在著一定的教學(xué)問題，所以教師就要注重完善教學(xué)策略，提高教學(xué)效果。

1 探析機器人編程的學(xué)習(xí)階段

1.1 學(xué)習(xí)初級程序編寫

機器人的編程學(xué)習(xí)是一個綜合性的過程中，可以有效地提高學(xué)生的動手能力，關(guān)于機器人的貶稱搞學(xué)習(xí)階段可以分成六個階段，首先，是進(jìn)行初級程序的編寫學(xué)習(xí)，初級編程主要是進(jìn)行開始和結(jié)束圖標(biāo)的學(xué)習(xí)，此外還學(xué)習(xí)各種程序的控制圖標(biāo)，所以高中生可以通過初級程序的變成來控制馬達(dá)。

1.2 學(xué)習(xí)簡單程序編寫

第二階段是進(jìn)行簡單程序的編寫，一般情況下，機器人主要是借助傳感元件來進(jìn)行非電學(xué)量和電學(xué)量之間的轉(zhuǎn)化，并且實現(xiàn)對控制，所以在這個學(xué)習(xí)階段當(dāng)中，高中生可以通過簡單的程序編程來控制小汽車，通過自己制造來控制聲控?zé)舻取?/p>

1.3 學(xué)習(xí)可以解除人類反復(fù)勞動的程序編程

在第三個學(xué)習(xí)階段當(dāng)中，學(xué)生可以學(xué)習(xí)解決人類反復(fù)勞動的程序編程，通過設(shè)計一個重復(fù)的機器人動作從而減輕人們的勞動負(fù)擔(dān)，比如可以設(shè)計機器人去進(jìn)行迷宮試驗，設(shè)計機器人前進(jìn)的方向和距離，減輕人工的投入。

1.4 學(xué)習(xí)可以對行為進(jìn)行選擇調(diào)解的分支語言

第四階段是學(xué)習(xí)分之語言，通過分支語言來實現(xiàn)對行為的選擇可以調(diào)節(jié)，通過傳感器返回的數(shù)據(jù)，對機器人進(jìn)行命令的下達(dá)，從而讓機器人在不同的環(huán)境下作出不同的反應(yīng)。比如可以設(shè)計讓機器人遇到阻礙物自己繞道而行。

1.5 學(xué)習(xí)可以用傳感控制的機器人編程

第五階段是學(xué)習(xí)用傳感來控制機器人，通過傳感器的傳回數(shù)據(jù)來檢測周圍環(huán)境的變化情況，比如可以通過光線的傳感器來判斷光線的強弱。

1.6 學(xué)習(xí)可以多事件多人物的機器人編程

第六階段是進(jìn)行多事件多任務(wù)的機器人編程學(xué)習(xí)，大部分機器人只能執(zhí)行簡單的人物，只能一項一項地完成任務(wù)，不能同時完成多項任務(wù)，所以當(dāng)前機器人的發(fā)展方向就是同時完成多個任務(wù)，為此就需要進(jìn)行多事件多任務(wù)的機器人編程學(xué)習(xí)。

2 從高中生視覺看機器人編程學(xué)習(xí)

2.1 進(jìn)行機器人編程學(xué)習(xí)的動力

站在高中生的角度在進(jìn)行機器人編程的學(xué)習(xí)，調(diào)動高中生的好奇心和興趣非常重要，也是提高學(xué)生對于機器人編程學(xué)習(xí)的重要動力，因為在進(jìn)行機器人編程的學(xué)習(xí)過程中，難免會存在枯燥乏味，所以調(diào)動高中生的學(xué)習(xí)動力非常重要。高中生之所以愿意進(jìn)行機器人編程的學(xué)習(xí)，主要是為了學(xué)會機器人編程后的成果，完成任務(wù)后那種成就感，從而實現(xiàn)個人價值。但是作為高中生，在學(xué)習(xí)機器人編程時，容易會因為學(xué)習(xí)難度的增加而不斷地降低學(xué)習(xí)興趣，很容易出現(xiàn)厭煩的情緒，所以在學(xué)習(xí)機器人編程的過程中，我們需要教師的鼓勵。為此，高中教師要通過完善相關(guān)的教學(xué)手段來激發(fā)和保持學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，比如可以為學(xué)生制定一些階段性的編程體驗，讓學(xué)生更好地感受到在機器人編程學(xué)習(xí)過程中的成就感，從而更好地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)動力。在學(xué)習(xí)機器人編程過程中，教師可以通過提問問題的方式來帶領(lǐng)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)機器人編程的樂趣和美感，更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，比如引導(dǎo)我們?nèi)ふ掖a的美感，從代碼的整潔和參差有度中發(fā)現(xiàn)代碼的簡潔美。

2.2 需要綜合多個學(xué)科的知識

關(guān)于機器人編程的學(xué)習(xí)，并非是一個簡單的學(xué)習(xí)過程，而是一個綜合性的學(xué)習(xí)過程，高中生在學(xué)習(xí)機器人編程時需要綜合多個學(xué)科的知識來保證編程學(xué)習(xí)的系統(tǒng)性，進(jìn)而更好地奠定機器人編程的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)。所以作為高中生，在日常的學(xué)習(xí)過程中，要注重對物理學(xué)知識的積累，比如加強對機械學(xué)、電子學(xué)以及光學(xué)知識的積累。除了要加強對物理學(xué)知識的積累外，還需要加強對數(shù)學(xué)知識以及生物知識的積累，所以加強對數(shù)學(xué)和生物的學(xué)習(xí)非常重要。為了更好地提高機器人編程的學(xué)習(xí)效率，全面掌握所學(xué)學(xué)科的知識非常重要，只有在不同學(xué)科知識的基礎(chǔ)下，才能有效地開展機器人編程，才能更好地激發(fā)我們的學(xué)習(xí)自信，從而形成一個良好的學(xué)習(xí)循環(huán)，不斷地提高我們的綜合素質(zhì)。

3 學(xué)習(xí)基于硬件的編程

在進(jìn)行機器人編程學(xué)習(xí)時，加強對硬件的認(rèn)識和使用非常重要，這是進(jìn)行機器人編程的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，因為機器人中的編程程序主要是針對硬件的操作。所以作為高中生，要做好機器人編程的學(xué)習(xí)，就要加強基于硬件的編程，學(xué)習(xí)如何利用傳感器來進(jìn)行信息的輸出，學(xué)習(xí)如何利用執(zhí)行器來進(jìn)行命令的輸出，并且在這些學(xué)習(xí)過程中不斷地提高自己對于機器人編程硬件性能的了解。

首先，高中生要加強關(guān)于傳感器、控制器和執(zhí)行器的認(rèn)識，加強對這些硬件的結(jié)構(gòu)和通訊方式的認(rèn)識，充分掌握這些硬件的工作原理，從而學(xué)習(xí)如何利用這些硬件來進(jìn)行信息的傳輸和接收，如何進(jìn)行命令的發(fā)出。因此，在機器人編程學(xué)習(xí)課堂上，教師要加強對學(xué)生的鼓勵，鼓勵學(xué)生動手操作常識，引導(dǎo)學(xué)生如何去觀察機器人的動作和行為，提高學(xué)生的觀察力，從而更好地提高學(xué)生對于編程代碼和參數(shù)意義的認(rèn)識。所以，在高中生機器人編程學(xué)習(xí)課堂上，提高學(xué)生的觀察能力非常重要，讓學(xué)生在觀察機器人動作行為的過程中不斷地提高學(xué)生對于機器人編程的認(rèn)識，更好調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

其次，要引導(dǎo)學(xué)生如何進(jìn)行傳感器和執(zhí)行器參數(shù)值的測試，學(xué)生要學(xué)習(xí)如何運用傳感器、執(zhí)行器來進(jìn)行信息的輸出，就要對傳感器和執(zhí)行器的性能、指標(biāo)以及相關(guān)的工作參數(shù)進(jìn)行全面的了解，比如學(xué)生要了解某個光源的電傳感器主要是檢測那種波長的光，檢測的有效范圍是多少，需要在什么樣的檢測環(huán)境下才能保證檢測效果。所以即使商家給了相關(guān)的工作參數(shù)，在使用過程中，也需要做好參數(shù)值的測試，才能更好地保證檢測的準(zhǔn)確性。因為部分商家所給的參數(shù)值和實際檢測的參數(shù)值會存在部分誤差，比如部分指南針在出廠的時候，其實際測量的角度和返回的數(shù)值會存在不一致的現(xiàn)象，因此，做好傳感器和執(zhí)行器參數(shù)值的測試非常重要，在檢測過程中，我們也要做好相應(yīng)的檢測記錄。關(guān)于對執(zhí)行器和傳感器參數(shù)測試過程所收獲的知識比起編程教學(xué)更加重要，因為通過測試，學(xué)生必須要通過動手檢測才能發(fā)現(xiàn)商家所給予的參數(shù)值是否正確，所以學(xué)生要學(xué)會通過自己的實踐操作來獲取想要的答案和知識，不能只是簡單地依據(jù)理論知識來進(jìn)行判斷，這樣是不利于學(xué)生之后的學(xué)習(xí)和成長的。

4 學(xué)習(xí)基于任務(wù)的編程

在高中機器人編程學(xué)習(xí)課堂上，高中生不僅要學(xué)習(xí)基于硬件的編程，更是要注重基于任務(wù)的編程學(xué)習(xí)，基于任務(wù)的編程學(xué)習(xí)主要是以執(zhí)行任務(wù)為學(xué)習(xí)中心，并且要以完成任務(wù)為學(xué)習(xí)目的，所以學(xué)生在判斷應(yīng)該選用那個傳感器進(jìn)行接受信息，應(yīng)該選用哪個傳感器來進(jìn)行命令的下達(dá)，都要以任務(wù)本身為依據(jù)，要給于任務(wù)來開展機器人的編程。所以在進(jìn)行基于任務(wù)的編程學(xué)習(xí)，要注意以下幾點內(nèi)容：

第一，要對任務(wù)進(jìn)行分解和階段劃分。一般情況下，復(fù)雜的任務(wù)常常是由多個子任務(wù)所組成的，所以在完成任務(wù)過程中，就要結(jié)合這些子任務(wù)的完成時間順序來安排學(xué)習(xí)進(jìn)度，然后進(jìn)行學(xué)習(xí)階段的劃分，按照任務(wù)的完成時間來劃分學(xué)習(xí)階段。比如在學(xué)習(xí)滅火任務(wù)的時候，可以將滅火任務(wù)分成四個階段，分別是在1號、2號、3號以及4號房間進(jìn)行搜索和滅火處理。當(dāng)完成任務(wù)的階段劃分后，我們就要階段的前后順序進(jìn)行開展。通過將任務(wù)進(jìn)行分解和階段劃分，可以有效地降低任務(wù)完成的難度和復(fù)雜性，讓我們可以更加順利地完成復(fù)雜的任務(wù)。在完成不同階段的子任務(wù)時，我們就要專注當(dāng)前的子任務(wù)，集中自己的注意力去解決當(dāng)前的子任務(wù)，然后再逐步完成整個任務(wù)，從而完成整個任務(wù)的編程。

第二，要做好語言的過度，一般情況，我們所使用的語言是自然語言，但是機器人是聽不明白我們常用的自然語言，所以需要將我們常用的自然語言轉(zhuǎn)變成機器人能夠聽懂的代碼語言。但是對于高中生來說，要一下子將自己常用的自然語言轉(zhuǎn)變代碼語言，我們也非常不習(xí)慣，所以代碼語言的轉(zhuǎn)換對于我們也來說也是非常困難的。為此，在進(jìn)行機器人編程學(xué)習(xí)時，教師做好語言的過度教學(xué)，讓學(xué)生能夠在自然語言和代碼語言之間進(jìn)行流利的轉(zhuǎn)換，加強對學(xué)生的流程語言教學(xué)，讓學(xué)生先將自然語言轉(zhuǎn)換成流程語言，然后再將流程語言轉(zhuǎn)換成代碼語言，實現(xiàn)語言的過度轉(zhuǎn)換，逐漸增加學(xué)習(xí)難度。隨著機器人的發(fā)展，當(dāng)前許多機器人編程平臺可以直接運用流程語言和代碼語言進(jìn)行編程，并且可以將流程語言轉(zhuǎn)換成代碼語言，所以高中生在進(jìn)行機器人編程學(xué)習(xí)時，可以通過對照流程語言和代碼語言來進(jìn)行代碼語言的學(xué)習(xí)，進(jìn)而提高自己的編程效率。

第三，進(jìn)行功能的擴展和局部完善，在進(jìn)行機器人編程學(xué)習(xí)時，需要注重學(xué)習(xí)的歸納，進(jìn)而更好尋找解決任務(wù)的突破口，所以高中生要尋找可以自身容易接受的而且也有利于之后的學(xué)習(xí)的突破口，從而更好地將任務(wù)進(jìn)行分解，細(xì)化成為動作和擴展，從而保證機器人能夠完美地完成任務(wù)。比如在進(jìn)行足球前鋒機器人的編程時，可以按照以下活動順序開展：

（1）進(jìn)行任務(wù)的細(xì)化，對機器人的前進(jìn)、后退、前左轉(zhuǎn)彎、前右轉(zhuǎn)彎等動作進(jìn)行分解。（2）選擇正確的突破口，當(dāng)前方有球時要作出前進(jìn)的反應(yīng)。（3）要進(jìn)行第一擴展，比如當(dāng)后方有球則要做出后退的反應(yīng)。（4）進(jìn)行第二次擴展，當(dāng)左前側(cè)有球則作出左前轉(zhuǎn)的反應(yīng)。（5）作出第三次擴展，比如進(jìn)行前方跟球，以此類推進(jìn)行第四次、第五次擴展，從而不斷完善局部功能。

第四，進(jìn)行程序的整體優(yōu)化，當(dāng)完成機器人編程后，需要對程序進(jìn)行測試、改進(jìn)和優(yōu)化，因為高中生在進(jìn)行機器人編程學(xué)習(xí)時，所得的編程通常是積累所得的，所以在進(jìn)行編程時會忽略了整體性，所以需要對機器人編程程序進(jìn)行整體的優(yōu)化。但是由于知識的限制，高中生在進(jìn)行程序整體優(yōu)化時，容易遇到困難，所以在進(jìn)行機器人編程學(xué)習(xí)時，教師就要引導(dǎo)學(xué)生要學(xué)會站在整體全局的高度來看待問題，然后進(jìn)行程序的編程。

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