人工智能环境下中学如何开展简易机器人编程教育

王恬桢

【摘 要】随着中学简易机器人编程教育的不断深入，教育工作者开展编程教育创新的意识显著增强。本文以“循环语句让机器人手臂连续动作”一课为例，阐述了将简易机器人编程教育融入人工智能课程中的具体教学实践与思考，以期为推进人工智能环境下简易机器人编程教育的开展以及实施中学素质教育提供参考。

【关键词】人工智能；中学；机器人编程

【中图分类号】G434   【文献标识码】A

【论文编号】1671-7384（2023）08-085-02

近年来，人工智能已经成为当今社会的主要发展领域之一。让学生能够认识和感受人工智能的魅力，增强利用人工智能技术服务人类发展的责任感变得尤为重要。《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》强调：强化课程育人方向、优化课程内容结构、创新教学方式和学习评价，旨在培养有理想、有本领、有担当的时代新人。在人工智能教学中，简易机器人编程教育具有一定的趣味性，合理地将简易机器人编程教育融入人工智能课程中，不仅能让学生更全面地了解时下最新的科技知识，同时讲练相结合的趣味教学也能激发学生对信息科技学科的兴趣，更能帮助学生锻炼实践能力、培养创新思维能力、提升个人综合素养。

为充分展现人工智能环境下中学简易机器人编程教育的实践意义，本文以“循环语句让机器人手臂连续动作”一课为例进行设计。

学习内容分析

在“循环语句让机器人手臂连续动作”编程学习中，重点是让学生认识Python中的循环语句，知晓其在整个程序中的作用。循环语句与整个程序联系紧密，一旦在编写过程中出现逻辑错误或代码错误，便会使整个程序出现问题。因此，在教学过程中，教师需充分发挥引导者的作用，使用适当的教学手段，让学生能循序渐进地认识循环语句、理解循环语句、使用循环语句，最终实现机器人手臂连续动作的功能。整个学习过程，不仅能够磨练中学生良好的意志，同时也能够培养学生解决问题以及探索问题的主动性，这对于学生良好科学素养的形成具有重要的作用。

教学目标

（1）知识与技能：通过本次学习，认识Python中的循环语句；明确循环语句的作用以及编写方法；学会编写循环语句实现让机器人的手连续动作。

（2）过程与方法：通过任务驱动、小组合作、自主探究等学习方法，让学生认识Python循环语句在整个程序中的作用以及重要性，学会利用循环语句解决编程难题。

（3）情感、态度与价值观：通过人工智能的学习，激发学生“科技强国，人人有责”的爱国情感。

教学重点、难点

循环语句的作用以及在整个程序中的正确使用。

教学过程

1.课程导入，激发兴趣

教师活动：视频导入“勤劳的搬运工 —— 机器人”。

设计意图：以视频的方式导入课程内容，可以激发学生的学习兴趣，让学生更直观地感受机器人给生活带来的便利。同时设置问题“机器人是如何重复进行工作的”，让学生带着求知欲、探索欲投入到科技知识的学习之中。

2.自主探究，能力提升

教师活动：展示程序代码，引入Python中的循环语句知识点。

学生活动：根据教师的微课视频，自主学习循环语句的作用以及使用方法。

设计意图：学生在此之前已经学习过VB，因此对循环语句有基础认知；并且在学习过程中如果只是“教师讲—学生听”，无法培养学生的任何能力。在遇到相似知识点时可以使用微课的方式讲授，一是能让学生反复观看回顾循环语句相关知识，二是避免重复劳动，让课堂时间得到充分利用。同时设置问题“在机器人手臂连续动作程序中，哪些是循环语句，如何翻译，各有何作用”，通过问题检验学生对循环语句的掌握程度。

3.小组合作，举一反三

教师活动：结合上节课的条件语句，让机器人实现“连续向左动作满10次以后向右动作”。

学生活动：以小组为单位完成一个作品。

设计意图：小组合作学习可以提升课堂学习效率，培养学生的合作能力和团队精神。学生可以根据任务以及各自特长进行分工，完成不同的任务，如设计程序、编写程序、调试程序、测试运行等。在小组合作中，遇到问题时能相互帮助、自我提升；遇到困难能共同面对、协作解决；遇到挫折时能相互鼓励、团结奋斗。

这个任务考查综合能力，学生需结合上节课条件语句的知识，极大考验了学生的编程能力和逻辑思维能力，完成此任务代码需将循环语句嵌套至条件语句中。设置一个有难度的任务，才能激发学生的探知欲；学生在攻克了一个个难关后，获得了成就感和自信心，才能举一反三，进而培养学生的创新能力。

4.任务驱动，层层递进

在本课中，教师设置了三个任务：自主学习微课视频，指出程序中的循环语句以及作用；完善程序中的循环语句，让机器人手臂向右摆动；小组合作，让机器人手臂实现左右摆动。三个任务遵循了任务驱动法的原则。任务一理解循环语句；任务二探索循环语句；任务三是对循环语句的提升应用。学生在理解和会用的基础上，才能将循环语句应用到更多场合，让作品呈现的形式更加丰富多彩。

设计意图：任务驱动是信息科技课堂中常用的教学方法。任务驱动法要注意任务的设置需要遵循层层递进、环环相扣的原则，这样可以让学生对知识的掌握有连贯性；并且教师能及时掌握学生的学习进度，了解学生在哪一步遇到了问题，可以及时提供帮助。任务驱动法可以推进教学的开展，学生在教师的引导下通过各种方法完成各项任务，从而获取知识、掌握操作技能。

5.交流总结，集思广益

课程评价是教学过程中重要的组成部分。当小组完成任务展示作品时，可以分享在整个制作过程中遇到的问题以及解决的方法，交流可以让大家收获更多的信息。同时，小组间相互评价可以交换信息和意见，让问题的火花碰撞出灵感的思维，增加学生后续的学习热情与信心。

教学反思

在课程教学中也遇到了一些问题，如部分学生自主学习能力较薄弱，或对VB循环语句的认知较浅，从而导致对Python中循环语句的理解不深，后续的任务开展困难。面对此问题我想到了两种解决方法：一是学生互助，让组内能力较强的学生带领较弱的学生学习；二是因材施教，对学习较弱的学生布置的任务也更简单和易懂。

教学建议

为了进一步增强人工智能背景下中学简易机器人编程教育开展的效果，学校可以积极开展有关人工智能的兴趣小组活动，亦可组织学生参与市级、省级以及国家级人工智能的相关比赛。学生参加各项活动，不仅能够提升对人工智能学习的积极性及信心，同时也能及时发现自己的不足，取长补短。在人工智能的学习中，教师需要注意Python语言的讲解，要求学生认识Python语言、理解Python语言的使用逻辑、学会用Python编写程序。目前很多人工智能产品都支持利用Python语言编写程序，实现多样化的人工智能作品。因此，學好Python语言也有助于人工智能课程的开展。

在编程教学中，学生出现错误是在所难免的。教师作为教学的主要引导者，需要在简易机器人编程教育中帮助学生树立敢于试错的精神，这样才能更好地促进学生利用编程解决各类问题，让学生在编程过程中不断增加探索问题的勇气，促进个人创新意识的提升和个人科学素养的提高。

人工智能已经成为各个国家不断研究与创新的重点，在中学教育中，学校与教育工作者需要不断推进人工智能环境下简易机器人编程教育的开展，更好地提高中学生的科研素质，为未来国家科技的发展提供充足的后备技术人才。

编   辑：徐靖程