让人工智能传达编程教育的魅力

钱世伟

● 项目构想

当下，人工智能与机器人技术快速崛起，生活中使用的此类产品将越来越丰富多样，因此，了解其结构和作用，学习其基本知识和技术，知道其测试、优化、控制。Pepper作为人形机器人，身高有120cm，拥有同人一样的五指及灵活的关节，可以通过编程引导Pepper做出各种拟人化动作。在技术上，它拥有精准的语音识别技术，以及分析表情和声调的情绪识别技术等多种高科技，有着类人的听、看、思考与沟通能力。学生通过入门级的在线编程工具Robo Blocks进行简单的模块拖拽，即可对Pepper进行动作指令编程，并可通过可视化3D模拟环境实现动作仿真。在去年的“停课不停学”期间，笔者引导学生在家利用在线编程工具操作Pepper机器人，设置让机器人支援战“疫”前线服务于方舱医院的真实场景，编写人机对话、学习辅助、医疗服务等应用程序，使其利用掌握的技术发挥积极的社会作用，回校后再进行实测，有效激发了学生的编程兴趣，使其建立了社会责任意识。

● 项目工具

本次家庭编程项目主题面向初级用户，主要通过Robo Blocks在线编程工具展开编程学习，学会编写Pepper机器人的应用程序，并在可视化3D模拟环境下实现对虚拟机器人的应用仿真，后续可借助网络将制作的程序转发给实体Pepper机器人，检测编程结果。在制作程序解决课题的过程中，通过不断试错、调试、调整、应用程序，以达到最佳解决方案，形成有逻辑地思考解决问题编程思维，并迁移到与之相关的其他问题的解决中，提升学习的成就感。

学生输入网址登录房间后，即可使用Robo Blocks进行编程，登录界面如图1所示，编程界面如下页图2所示。

可以看出，通过Robo Blocks学习编程的门槛不高，不需要额外安装任何软件，学生仅需在PC或平板电脑上输入网址登录房间即可开始编写程序，而且并不需要即刻连接实体机器人，可以通过虚拟机器人模拟Pepper机器人的活动以及LED显示屏的内容，还可通过点击虚拟机器人的头部、手部、腿部触摸传感器和显示屏与机器人进行交互，让编程变得简单有趣。这样的线上教学，能使学生适应数字化学习环境，初步形成数字化学习资源和工具使用的基本技能，养成数字化学习与创新创造的习惯，提高自主学习能力。

● 项目主题与目标

因为新冠肺炎疫情影响，学生在家开展网络学习，这为本项目的开展提供了条件，而社会是最好的主题，在疫情之下，全国各地的医务工作者纷纷逆向而行，支援战“疫”前线。因此，笔者在设计项目主题时，先预设问题情境：学校的Pepper机器人准备行动起来，前往方舱医院支援一线医务人员，服务轻症患者。接着，引导学生发现方舱医院内的人员需求问题，并为了解决这个问题去学习相关的编程模块知识。项目主题与目标设定如左表所示。

● 项目教学流程

本次人工智能机器人战“疫”项目的学习主要通过网络进行，学生在家里自主学习，笔者根据学生的年龄特点与学习基础，在录制微课时，将每节的时间控制在15分钟左右，分成三块内容，每块内容大概五分钟，每学习一块内容后或休息一会儿，或做3～5分钟的练习，这样能降低学习节奏和强度，提高学习效率。学生通过学习网络上的数字化学习资源，一边整理自己的想法，一边决定信息处理的步骤，然后根据设计在网络编程平台制作简单的应用程序，并说明问题解决及其过程，同时，在学习工作表的指导下，对程序进行测试、优化，最后保存发送程序，教师批阅测试程序后在网络空间进行分享与展评，以此提升数字化学习能力和编程实际效果。另外，在引导学生开展项目时，笔者给学生提出了自主学习流程图（如图3）。

● 项目学习工作表

因为本项目没有教材，如果只有微课和课后作业单，那么学生的学习很难有好的效果，所以笔者每节课都编制了一份有学习目标、学习课题、主要模块与功能的学习工作表，同时附上了自我评价表。学习工作表的设计符合学生的认知水平，有一定的层次和梯度，做到循序渐进，设置有基础课题和发展课题，让每一个参与学习的学生都能学有所得，而这也是指引学生自主、高效学习的路线图，有效避免了网络学习过程中的放任自流。如果学生在学习过程中仍存在无法解决的学习障碍，可以通过钉钉和微信学习平台等途径获得同学、教师的及时帮助，这样能极大地提高学生通过自主学习解决问题的能力。

● 项目学习交流与展评

学生最终的学习效果如何，能否完成方舱医院内的每一个任务设定，还要看他们提交的程序设计，教师使用Robo Blocks管理员账号登录可以查看房间里学生提交的程序，清楚地了解学生参与网络学习的情况，为后续课程项目的设计和修正提供了基础。

本项目主题课程学习过程中除了依托钉钉群，还通过微信公众号平台发布每课微课和相关学习资料，笔者还会在每周（每周2个主题课时）的固定时间将学生的学习成果在公众号平台上展示出来，供大家赏析点评，这是引导学生学会发现自我、欣赏别人、获得领悟的好机会，为每一个参与学习的学生提供了展示的平台，最大限度地调动了学生的学习积极性，提高了学习的自信心。

● 结束语

本项目通过对人形机器人在战“疫”前线，服务于方舱医院的真实场景的主题设计，探索了另一种编程教育的教育教学模式，有效传达了编程的魅力。各种人形机器人在校园里的广泛使用，为每一个教育工作者拓展教育教学视野和领域提供了可能和条件，这必将改善现有的教育教学效果，极大地激发学生的学习兴趣、创作灵感与动手实践。学生通过与机器人互动，理解人机相处哲学与实际编程應用，通过学习思考机器人如何改善人类的生活，在未来世界如何共存与协作，进而产生最大的教育教学效益。