在機(jī)器人教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生編程思維

陳漫

一、問題的提出

學(xué)生編寫程序的能力和編程思維的培養(yǎng)是信息技術(shù)課教學(xué)的核心內(nèi)容之一?？梢哉f，信息社會(huì)的快速發(fā)展，就是完全依賴于浩如煙海的程序和眾多的程序員。但是，編程思維非常抽象，邏輯性非常強(qiáng)，而且編寫程序又是學(xué)生非常難以接觸到的領(lǐng)域。所以，不管是外國，還是中國，都有許多教育專家在想方設(shè)法讓中小學(xué)生能夠在課堂上培養(yǎng)編程思維和進(jìn)行編寫程序的訓(xùn)練。

二、智能機(jī)器人教學(xué)

直到最近幾年，我開始進(jìn)行智能機(jī)器人的教學(xué)試點(diǎn)，逐漸開展智能機(jī)器人的課堂教學(xué)，我發(fā)現(xiàn)智能機(jī)器人的圖形化編程打開了一扇通往學(xué)生編程思維和編程能力的大門。

智能機(jī)器人編程軟件的圖形化界面，模塊化的程序，簡單的中文注釋，還有學(xué)生最喜歡的模擬仿真環(huán)境，這些機(jī)器人編程的要素都極大地降低了學(xué)生編寫程序的難度，為培養(yǎng)學(xué)生的編程思維提供了條件。

三、在機(jī)器人教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生編程思維

1.學(xué)生編寫程序畫出六邊形和八邊形

這一課，學(xué)生正在為六邊形和八邊形一條長長的程序而頭疼不已。突然間，老師示范了一種更加簡便和有效的編程方法，只用了3個(gè)程序，就可以畫出六邊形、八邊形，甚至十六邊形、三十二邊形。學(xué)生的印象非常深刻，立刻就接受了編程思維中的循環(huán)概念，而且體會(huì)到了循環(huán)語句帶來的簡便。

2.編寫巡邏機(jī)器人程序和走迷宮

這一課的巡邏機(jī)器人的程序用到了傳感器。教學(xué)中，在多次循環(huán)程序的基礎(chǔ)上，引出了“永久循環(huán)”程序。又利用人的眼睛、鼻子做例子，引入了條件判斷、“是的行動(dòng)”和“否的行動(dòng)”。在編寫程序中，又提出了“條件判斷表達(dá)式”。

在機(jī)器人的圖形化編程環(huán)境中，這個(gè)程序呈現(xiàn)出一個(gè)非常穩(wěn)定的三角形結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生直觀地體會(huì)到了結(jié)構(gòu)性編程的穩(wěn)定和牢固。小學(xué)生的形象化思維是比較強(qiáng)的，這個(gè)三角形穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的巡邏機(jī)器人程序，更加容易被中小學(xué)生所接受。一定會(huì)對(duì)學(xué)生長大后學(xué)習(xí)編寫程序起到非常有益的作用。

程序編寫完成后，還要在仿真模擬環(huán)境中畫迷宮測試程序。這項(xiàng)操作，其實(shí)就是未來的搭建程序測試環(huán)境。學(xué)生編完程序后，就拼命畫各種不同的迷宮讓機(jī)器人走，玩得不亦樂乎。編寫程序中的測試環(huán)境的搭建環(huán)節(jié)就自然而然地成為學(xué)生測試程序的最佳選擇。

3.編寫特殊傳感器——軌跡識(shí)別傳感器的程序

這一課要學(xué)習(xí)一個(gè)特殊的傳感器——軌跡識(shí)別傳感器，這種傳感器的程序打破了穩(wěn)定的三角形結(jié)構(gòu)，針對(duì)軌跡識(shí)別傳感器的不同狀態(tài)使用了3個(gè)條件判斷。

軌跡識(shí)別傳感器的程序不是C語言的結(jié)構(gòu)性編程思維，而是C++和C#，以及JAVA的面向?qū)ο蟮木幊趟季S。

面向?qū)ο蟮木幊趟季S是編程思維的飛躍式發(fā)展，可以使程序更加靈活，適應(yīng)性更廣，可以完成更加復(fù)雜的任務(wù)。面向?qū)ο蟮木幊趟季S才可以適應(yīng)現(xiàn)在復(fù)雜多變的信息社會(huì)和多種多樣的智能設(shè)備。

4.編寫音樂的程序

這一課的學(xué)習(xí)就比較輕松，我把學(xué)生比較熟悉的兒歌簡譜發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生嘗試編寫，并在模擬仿真環(huán)境中進(jìn)行演奏。學(xué)生都玩得特別高興，會(huì)樂器的學(xué)生還編出了比較復(fù)雜的曲子。大部分學(xué)生都編出了簡單的曲子，還有學(xué)生自己創(chuàng)作了自己的曲子，不斷找同學(xué)試聽。

準(zhǔn)確來說，這一課中的音樂程序，屬于面向?qū)ο蟮木幊趟季S中的接口程序。因?yàn)椴还苁窃谶^程性編程的匯編語言里，還是在結(jié)構(gòu)性編程的C語言里，都可以編寫音樂程序。但是都沒有在面向?qū)ο缶幊痰腃++、C#、JAVA語言里，那么方便和簡單。

四、教學(xué)的感悟

經(jīng)過一個(gè)學(xué)期的學(xué)習(xí)，由淺入深，由簡單到復(fù)雜，學(xué)生的編程思維和編程能力得到了系統(tǒng)的鍛煉和提高。

從程序的簡單排列和重復(fù)；到程序參數(shù)的調(diào)節(jié)和精確調(diào)節(jié)；從循環(huán)語句到條件語句的學(xué)習(xí)；從結(jié)構(gòu)化編程到面向?qū)ο蟮木幊?；從程序的接口到?fù)雜程序的嵌套。學(xué)生在學(xué)習(xí)中都接觸到了，并且能夠編出相關(guān)的程序，而且在模擬仿真中真切體會(huì)到了程序的運(yùn)行。

五、學(xué)生編程能力對(duì)比

我在2個(gè)學(xué)期后進(jìn)行了PClogo編程和機(jī)器人編程的對(duì)比測評(píng)。測評(píng)班級(jí)的學(xué)生都學(xué)過PClogo編程和機(jī)器人編程。測評(píng)任務(wù)是編寫程序畫出一個(gè)正方形。

測評(píng)結(jié)果是：

使用PClogo編程序畫正方形——無一人完成（如圖）。

使用機(jī)器人編程序畫出正方形——全部完成（如圖）。

對(duì)比測評(píng)結(jié)果非常懸殊，說明了教學(xué)效果有明顯差別。這一測評(píng)結(jié)果證明了機(jī)器人編程對(duì)學(xué)生的編程能力和編程思維有著非常巨大的幫助。

在PClogo編程中，即使有個(gè)別學(xué)生記得怎樣編程，但是也因?yàn)橥浵嚓P(guān)程序語句而無法完成編程。而在這一方面，機(jī)器人編程占據(jù)了先天的優(yōu)勢。學(xué)生只要用鼠標(biāo)選取合適的模塊和程序，就基本完成了編程，不需要記憶相關(guān)的程序語句。

在對(duì)比測評(píng)中，全部完成畫正方形程序的學(xué)生中，大概有三分之一的學(xué)生使用了循環(huán)語句來完成畫出正方形的程序。這就證明了這部分學(xué)生的編程思維已經(jīng)擺脫了簡單排列組合而進(jìn)入了更高的層次。這就更加證明了一個(gè)更好的教學(xué)方式，一個(gè)更好的教學(xué)環(huán)境所引發(fā)的巨大進(jìn)步。

這些具備初步編程思維和編程能力的學(xué)生長大以后，就會(huì)非常自然地把編程思維和編程能力運(yùn)用到自己的生活和工作中。那么，學(xué)校中的教育教學(xué)才真正具有促進(jìn)社會(huì)發(fā)展的意義。

編輯 李博寧endprint