人工智能環(huán)境下中學(xué)如何開(kāi)展簡(jiǎn)易機(jī)器人編程教育

王恬楨

【摘 要】隨著中學(xué)簡(jiǎn)易機(jī)器人編程教育的不斷深入，教育工作者開(kāi)展編程教育創(chuàng)新的意識(shí)顯著增強(qiáng)。本文以“循環(huán)語(yǔ)句讓機(jī)器人手臂連續(xù)動(dòng)作”一課為例，闡述了將簡(jiǎn)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(jiǎn)易機(jī)器人編程教育的開(kāi)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(hào)】G434? ?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【論文編號(hào)】1671-7384（2023）08-085-02

近年來(lái)，人工智能已經(jīng)成為當(dāng)今社會(huì)的主要發(fā)展領(lǐng)域之一。讓學(xué)生能夠認(rèn)識(shí)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。《義務(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(píng)價(jià)，旨在培養(yǎng)有理想、有本領(lǐng)、有擔(dān)當(dāng)?shù)臅r(shí)代新人。在人工智能教學(xué)中，簡(jiǎn)易機(jī)器人編程教育具有一定的趣味性，合理地將簡(jiǎn)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(shí)下最新的科技知識(shí)，同時(shí)講練相結(jié)合的趣味教學(xué)也能激發(fā)學(xué)生對(duì)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(gè)人綜合素養(yǎng)。

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

學(xué)習(xí)內(nèi)容分析

在“循環(huán)語(yǔ)句讓機(jī)器人手臂連續(xù)動(dòng)作”編程學(xué)習(xí)中，重點(diǎn)是讓學(xué)生認(rèn)識(shí)Python中的循環(huán)語(yǔ)句，知曉其在整個(gè)程序中的作用。循環(huán)語(yǔ)句與整個(gè)程序聯(lián)系緊密，一旦在編寫(xiě)過(guò)程中出現(xiàn)邏輯錯(cuò)誤或代碼錯(cuò)誤，便會(huì)使整個(gè)程序出現(xiàn)問(wèn)題。因此，在教學(xué)過(guò)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(shí)循環(huán)語(yǔ)句、理解循環(huán)語(yǔ)句、使用循環(huán)語(yǔ)句，最終實(shí)現(xiàn)機(jī)器人手臂連續(xù)動(dòng)作的功能。整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程，不僅能夠磨練中學(xué)生良好的意志，同時(shí)也能夠培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題以及探索問(wèn)題的主動(dòng)性，這對(duì)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(shí)與技能：通過(guò)本次學(xué)習(xí)，認(rèn)識(shí)Python中的循環(huán)語(yǔ)句；明確循環(huán)語(yǔ)句的作用以及編寫(xiě)方法；學(xué)會(huì)編寫(xiě)循環(huán)語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)讓機(jī)器人的手連續(xù)動(dòng)作。

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

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

教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)

循環(huán)語(yǔ)句的作用以及在整個(gè)程序中的正確使用。

教學(xué)過(guò)程

1.課程導(dǎo)入，激發(fā)興趣

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

設(shè)計(jì)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(lái)的便利。同時(shí)設(shè)置問(wèn)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(shí)的學(xué)習(xí)之中。

2.自主探究，能力提升

教師活動(dòng)：展示程序代碼，引入Python中的循環(huán)語(yǔ)句知識(shí)點(diǎn)。

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

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生在此之前已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)VB，因此對(duì)循環(huán)語(yǔ)句有基礎(chǔ)認(rèn)知；并且在學(xué)習(xí)過(guò)程中如果只是“教師講—學(xué)生聽(tīng)”，無(wú)法培養(yǎng)學(xué)生的任何能力。在遇到相似知識(shí)點(diǎn)時(shí)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(yǔ)句相關(guān)知識(shí)，二是避免重復(fù)勞動(dòng)，讓課堂時(shí)間得到充分利用。同時(shí)設(shè)置問(wèn)題“在機(jī)器人手臂連續(xù)動(dòng)作程序中，哪些是循環(huán)語(yǔ)句，如何翻譯，各有何作用”，通過(guò)問(wèn)題檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)循環(huán)語(yǔ)句的掌握程度。

3.小組合作，舉一反三

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

學(xué)生活動(dòng)：以小組為單位完成一個(gè)作品。

設(shè)計(jì)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(zhǎng)進(jìn)行分工，完成不同的任務(wù)，如設(shè)計(jì)程序、編寫(xiě)程序、調(diào)試程序、測(cè)試運(yùn)行等。在小組合作中，遇到問(wèn)題時(shí)能相互幫助、自我提升；遇到困難能共同面對(duì)、協(xié)作解決；遇到挫折時(shí)能相互鼓勵(lì)、團(tuán)結(jié)奮斗。

這個(gè)任務(wù)考查綜合能力，學(xué)生需結(jié)合上節(jié)課條件語(yǔ)句的知識(shí)，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(yǔ)句嵌套至條件語(yǔ)句中。設(shè)置一個(gè)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(gè)個(gè)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(dòng)，層層遞進(jìn)

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

設(shè)計(jì)意圖：任務(wù)驅(qū)動(dòng)是信息科技課堂中常用的教學(xué)方法。任務(wù)驅(qū)動(dòng)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(duì)知識(shí)的掌握有連貫性；并且教師能及時(shí)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(wèn)題，可以及時(shí)提供幫助。任務(wù)驅(qū)動(dòng)法可以推進(jìn)教學(xué)的開(kāi)展，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下通過(guò)各種方法完成各項(xiàng)任務(wù)，從而獲取知識(shí)、掌握操作技能。

5.交流總結(jié)，集思廣益

課程評(píng)價(jià)是教學(xué)過(guò)程中重要的組成部分。當(dāng)小組完成任務(wù)展示作品時(shí)，可以分享在整個(gè)制作過(guò)程中遇到的問(wèn)題以及解決的方法，交流可以讓大家收獲更多的信息。同時(shí)，小組間相互評(píng)價(jià)可以交換信息和意見(jiàn)，讓問(wèn)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(wèn)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(yǔ)句的認(rèn)知較淺，從而導(dǎo)致對(duì)Python中循環(huán)語(yǔ)句的理解不深，后續(xù)的任務(wù)開(kāi)展困難。面對(duì)此問(wèn)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(duì)學(xué)習(xí)較弱的學(xué)生布置的任務(wù)也更簡(jiǎn)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(jiǎn)易機(jī)器人編程教育開(kāi)展的效果，學(xué)?？梢苑e極開(kāi)展有關(guān)人工智能的興趣小組活動(dòng)，亦可組織學(xué)生參與市級(jí)、省級(jí)以及國(guó)家級(jí)人工智能的相關(guān)比賽。學(xué)生參加各項(xiàng)活動(dòng)，不僅能夠提升對(duì)人工智能學(xué)習(xí)的積極性及信心，同時(shí)也能及時(shí)發(fā)現(xiàn)自己的不足，取長(zhǎng)補(bǔ)短。在人工智能的學(xué)習(xí)中，教師需要注意Python語(yǔ)言的講解，要求學(xué)生認(rèn)識(shí)Python語(yǔ)言、理解Python語(yǔ)言的使用邏輯、學(xué)會(huì)用Python編寫(xiě)程序。目前很多人工智能產(chǎn)品都支持利用Python語(yǔ)言編寫(xiě)程序，實(shí)現(xiàn)多樣化的人工智能作品。因此，學(xué)好Python語(yǔ)言也有助于人工智能課程的開(kāi)展。

在編程教學(xué)中，學(xué)生出現(xiàn)錯(cuò)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(jiǎn)易機(jī)器人編程教育中幫助學(xué)生樹(shù)立敢于試錯(cuò)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(wèn)題，讓學(xué)生在編程過(guò)程中不斷增加探索問(wèn)題的勇氣，促進(jìn)個(gè)人創(chuàng)新意識(shí)的提升和個(gè)人科學(xué)素養(yǎng)的提高。

人工智能已經(jīng)成為各個(gè)國(guó)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(jiǎn)易機(jī)器人編程教育的開(kāi)展，更好地提高中學(xué)生的科研素質(zhì)，為未來(lái)國(guó)家科技的發(fā)展提供充足的后備技術(shù)人才。

編? ?輯：徐靖程