“童趣AI编程”教学中机器人软件的作用

2022-11-19杨明晔

名师在线 2022年2期

文 /杨明晔

引言

最近几年，机器人软件市场的竞争持续增加。机器人软件与实体机器人编程平台最大的区别在于机器人软件增加了虚拟的机器人场景和行动功能展示区域，让人可以在软件上形象地观察机器人程序的运行结果。“童趣AI编程”教学可以让小学生通过对编程技术的学习，学会运用编程的思维分析和解决实际问题。

一、机器人软件有利于激发小学生对编程的学习兴趣

小学生以形象思维为主，对于编程技术这种极具抽象性的内容，在认知上往往具有一定的困难。因此，集枯燥、乏味、抽象、复杂于一体的编程技术，会使小学生对计算机课程的学习兴趣直线下降。探索多学科教学融合，能让学生以多学科、多视角、多维度的方式认识世界并改造世界。现代机器人软件打破了传统的编程字母、符号的限制，运用图形、流程图等通过仿真功能直观地将程序的运行效果呈现给小学生，降低了学生学习难度[1]。这一教学内容的设计融入了AI特色，体现了“童趣AI编程”教学的理念。此外，机器人软件在趣味性上有很大的优势，软件的主题设计均源于生活，如“虚拟校车”“虚拟火炬传递”等都体现了生活性的特征。所以，机器人软件可以有效地避开以往的编程语言的枯燥和烦琐，更契合小学生的逻辑思维，有利于培养小学生对信息技术和编程技术的兴趣。

二、机器人软件可以培养小学生的人机交互和逻辑思维

对于小学阶段的学生来说，编程技术教学的重心应放在编程的基础知识和基础结构上，注重计算机算法的教学，重点培养小学生利用计算机算法来分析问题、解决问题的能力。机器人软件实际编程教学有了机器人软件的加持，可以取得良好的效果。机器人软件可以根据小学生编写出的程序在系统中及时地做出回应，小学生也可以根据系统的回应做出相应的修改，直至程序达到目标的结果。在这个编程实践过程中，小学生的思维经过了“操作—思考—再操作—再思考”的重复的人机交互过程，直至设计的程序能够正确运行。机器人软件在这个人机交互的过程中扮演了一个重要的角色，能够引导小学生理解编程，培养小学生编程的逻辑思维能力。

在这里举一个简单的例子：机器人简单巡线。在程序设计中，机器人必须按照引导线行进。实际操作中，学生需要在两侧和前面各放置一个光电传感器，以光感的光值进行判断，进而确定需要执行的步骤，达到按照引导线行进的目的。在这一过程中，学生必须先思考机器人巡线时会出现的可能性，然后利用算法的相关知识解决问题，最终以程序设计的方式达到目标。

编程的逻辑思维在结构化程序设计中可以很好地体现出来。编写程序的基本结构分为顺序结构、选择结构、循环结构三种。机器人简单巡线的程序编写运用了循环结构及选择结构。小学生必须对机器人巡线出现的可能性进行细致、全面的思考，分析出机器人可能执行的操作，然后在掌握设计程序的基本结构和编写方式的基础上，运用编写程序的基础知识完成机器人简单巡线的程序设计。所以，小学生在利用机器人软件编程时会迁移运用设计、检验、权衡、讨论、修正等多种科学思维。这也从侧面反映了现代小学教育已经熟练地把科学、技术、工程、数学和艺术五个方面的思想和实践引入课程，机器人软件应用的成功之处显而易见。机器人软件系统中具备的线框类的程序设计页面可以帮助小学生锻炼利用算法和编程逻辑思维分析问题、解决问题的能力。机器人软件仿真虚拟的编程环境可以直观地呈现出程序执行的情况。这也说明了学校在有意识地引导小学生进行自主学习，把小学生放在了一个主要的位置，全面贯彻现代强调的学生为主体的教育理念。

三、机器人软件可以锻炼小学生的创造性思维能力

小学信息技术在以往教学中都只进行简单的基础知识学习，触及一些简单的操作处理。而现在小学信息技术课程融入了编程教学的部分，且通过对机器人软件的简单了解和操作来实现教学，这恰恰是课程创新的体现，更有助于培养小学生的创造性思维。在编程设计中，达到最终结果的途径有很多种。教师应引导学生运用创造性思维，发散性地思考问题，通过不一样的程序设计方式得到结果。可以说，程序设计本身就是一个创造的过程。

机器人软件在设计上具备地图编辑操作项目和虚拟机器人的编辑项目，因此它在编程的创作上具有一定的开放性，而这样的开放性也直接说明了机器人软件在培养小学生创新思维方面具有一定的优势。比如，在2012年广州市易时代3D虚拟机器人竞赛中，主办方发布了以智能校车接送学生为主题的比赛项目。规定校车要在特定的时间内由起点驶往给定的地点接到“小学生”然后送往学校，其中的任务要点为按规定的路线行驶，躲避行驶途中遇到的障碍物，到达给定的地点接到“小学生”，将“小学生”送往学校。在进行编程教学时，教师可以运用地图编辑功能根据比赛题目要求设计模拟出竞赛的地图，帮助小学生练习。小学生拿到地图后，首先要对地图进行观察分析，然后思考虚拟机器人校车怎样走才能用最短的时间接到学生送往学校，最后确定路线执行程序。因为虚拟机器人校车在行驶轨迹上没有很严格的要求，所以编程过程具有较大的开放性。在实际的比赛中，一部分小学生运用光电传感器和超声波来实现目标，一部分小学生运用指南针和GPS定位系统来实现目标，还有一部分小学生灵活地运用倒车功能来实现目标，大大提高了工作效率。小学生在运用多种途径达到目标的过程中，充分运用和发挥机器人软件的各项功能，在比赛规定的限制条件下巧妙地利用了比赛规则开放性的特点。这也正是小学生创造性思维的体现。

四、机器人软件可以大大提高小学生的动手操作能力

首先，机器人软件的运用可以大大提高小学生学习编程的兴趣。比起以往抽象的字母、符号形式的编程软件，小学生更喜欢使用像机器人软件这样直观性和形象性比较强的软件进行学习和操作。

其次，编程的教学需要理论课程和实际操作相结合，双管齐下、均衡发展。编写软件、硬件实操，能让小学生更透彻地理解编程。机器人软件简单化、图形化及开放性的设计更有利于小学生的理解和操作，也能提升编程教学实践的效率。因此，将机器人软件运用到小学编程教学中，不管在兴趣培养上还是在编程实践上，都可以有效地提高小学生的动手操作能力。

学校应为小学生提供多样化的教学形式，丰富课堂活动，实现理论和实践的结合。现在已经有部分学校将一半的课程改为实操教学，让小学生真实地操作机器人软件，并让学生在理论课上采取小组合作的学习方式进行组间竞赛。还有部分学校在课程考查中加入了编程实操，通过让学生设计指定的程序来进行考核。这样的教学模式能使学生在编程项目学习过程中实现信息、科学、劳技、综合实践活动等学科的整合学习。