從高中生視角看機器人編程學習

李季垚

【摘 要】隨著素質教育的普及，提高學生的計算機技術水平非常重要，所以在高中階段開展機器人編程學習也非常重要，所以本文就從高中生的視覺來探討當前的技機器人編程學習。

【關鍵詞】高中生；機器人；編程；階段

中圖分類號： G633.67 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）30-0024-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.30.008

Looking at robot programming learning from the perspective of high school students

LI Ji-yao

（Affiliated Middle School of Xian Technological University， Xian Shaanxi 710061， China）

【Abstract】with the popularization of quality education， it is very important to improve students' computer technology level，so it is also very important to carry out robot programming learning in high school.Therefore，this paper discusses the current technical robot programming learning from the perspective of high school students.

【Key words】High school students；Robot；Programming；Stage

在高中的計算機編程學習當中，進行程序的設計是當前的徐誒核心內容，但是由于各種因素的影響，當前高中編程設計教學效果并不佳，存在著一定的教學問題，所以教師就要注重完善教學策略，提高教學效果。

1 探析機器人編程的學習階段

1.1 學習初級程序編寫

機器人的編程學習是一個綜合性的過程中，可以有效地提高學生的動手能力，關于機器人的貶稱搞學習階段可以分成六個階段，首先，是進行初級程序的編寫學習，初級編程主要是進行開始和結束圖標的學習，此外還學習各種程序的控制圖標，所以高中生可以通過初級程序的變成來控制馬達。

1.2 學習簡單程序編寫

第二階段是進行簡單程序的編寫，一般情況下，機器人主要是借助傳感元件來進行非電學量和電學量之間的轉化，并且實現對控制，所以在這個學習階段當中，高中生可以通過簡單的程序編程來控制小汽車，通過自己制造來控制聲控燈等。

1.3 學習可以解除人類反復勞動的程序編程

在第三個學習階段當中，學生可以學習解決人類反復勞動的程序編程，通過設計一個重復的機器人動作從而減輕人們的勞動負擔，比如可以設計機器人去進行迷宮試驗，設計機器人前進的方向和距離，減輕人工的投入。

1.4 學習可以對行為進行選擇調解的分支語言

第四階段是學習分之語言，通過分支語言來實現對行為的選擇可以調節，通過傳感器返回的數據，對機器人進行命令的下達，從而讓機器人在不同的環境下作出不同的反應。比如可以設計讓機器人遇到阻礙物自己繞道而行。

1.5 學習可以用傳感控制的機器人編程

第五階段是學習用傳感來控制機器人，通過傳感器的傳回數據來檢測周圍環境的變化情況，比如可以通過光線的傳感器來判斷光線的強弱。

1.6 學習可以多事件多人物的機器人編程

第六階段是進行多事件多任務的機器人編程學習，大部分機器人只能執行簡單的人物，只能一項一項地完成任務，不能同時完成多項任務，所以當前機器人的發展方向就是同時完成多個任務，為此就需要進行多事件多任務的機器人編程學習。

2 從高中生視覺看機器人編程學習

2.1 進行機器人編程學習的動力

站在高中生的角度在進行機器人編程的學習，調動高中生的好奇心和興趣非常重要，也是提高學生對于機器人編程學習的重要動力，因為在進行機器人編程的學習過程中，難免會存在枯燥乏味，所以調動高中生的學習動力非常重要。高中生之所以愿意進行機器人編程的學習，主要是為了學會機器人編程后的成果，完成任務后那種成就感，從而實現個人價值。但是作為高中生，在學習機器人編程時，容易會因為學習難度的增加而不斷地降低學習興趣，很容易出現厭煩的情緒，所以在學習機器人編程的過程中，我們需要教師的鼓勵。為此，高中教師要通過完善相關的教學手段來激發和保持學生的學習興趣，比如可以為學生制定一些階段性的編程體驗，讓學生更好地感受到在機器人編程學習過程中的成就感，從而更好地提高學生的學習動力。在學習機器人編程過程中，教師可以通過提問問題的方式來帶領學生去發現機器人編程的樂趣和美感，更好地激發學生的學習熱情，比如引導我們去尋找代碼的美感，從代碼的整潔和參差有度中發現代碼的簡潔美。

2.2 需要綜合多個學科的知識

關于機器人編程的學習，并非是一個簡單的學習過程，而是一個綜合性的學習過程，高中生在學習機器人編程時需要綜合多個學科的知識來保證編程學習的系統性，進而更好地奠定機器人編程的學習基礎。所以作為高中生，在日常的學習過程中，要注重對物理學知識的積累，比如加強對機械學、電子學以及光學知識的積累。除了要加強對物理學知識的積累外，還需要加強對數學知識以及生物知識的積累，所以加強對數學和生物的學習非常重要。為了更好地提高機器人編程的學習效率，全面掌握所學學科的知識非常重要，只有在不同學科知識的基礎下，才能有效地開展機器人編程，才能更好地激發我們的學習自信，從而形成一個良好的學習循環，不斷地提高我們的綜合素質。

3 學習基于硬件的編程

在進行機器人編程學習時，加強對硬件的認識和使用非常重要，這是進行機器人編程的學習基礎，因為機器人中的編程程序主要是針對硬件的操作。所以作為高中生，要做好機器人編程的學習，就要加強基于硬件的編程，學習如何利用傳感器來進行信息的輸出，學習如何利用執行器來進行命令的輸出，并且在這些學習過程中不斷地提高自己對于機器人編程硬件性能的了解。

首先，高中生要加強關于傳感器、控制器和執行器的認識，加強對這些硬件的結構和通訊方式的認識，充分掌握這些硬件的工作原理，從而學習如何利用這些硬件來進行信息的傳輸和接收，如何進行命令的發出。因此，在機器人編程學習課堂上，教師要加強對學生的鼓勵，鼓勵學生動手操作常識，引導學生如何去觀察機器人的動作和行為，提高學生的觀察力，從而更好地提高學生對于編程代碼和參數意義的認識。所以，在高中生機器人編程學習課堂上，提高學生的觀察能力非常重要，讓學生在觀察機器人動作行為的過程中不斷地提高學生對于機器人編程的認識，更好調動學生的學習興趣。

其次，要引導學生如何進行傳感器和執行器參數值的測試，學生要學習如何運用傳感器、執行器來進行信息的輸出，就要對傳感器和執行器的性能、指標以及相關的工作參數進行全面的了解，比如學生要了解某個光源的電傳感器主要是檢測那種波長的光，檢測的有效范圍是多少，需要在什么樣的檢測環境下才能保證檢測效果。所以即使商家給了相關的工作參數，在使用過程中，也需要做好參數值的測試，才能更好地保證檢測的準確性。因為部分商家所給的參數值和實際檢測的參數值會存在部分誤差，比如部分指南針在出廠的時候，其實際測量的角度和返回的數值會存在不一致的現象，因此，做好傳感器和執行器參數值的測試非常重要，在檢測過程中，我們也要做好相應的檢測記錄。關于對執行器和傳感器參數測試過程所收獲的知識比起編程教學更加重要，因為通過測試，學生必須要通過動手檢測才能發現商家所給予的參數值是否正確，所以學生要學會通過自己的實踐操作來獲取想要的答案和知識，不能只是簡單地依據理論知識來進行判斷，這樣是不利于學生之后的學習和成長的。

4 學習基于任務的編程

在高中機器人編程學習課堂上，高中生不僅要學習基于硬件的編程，更是要注重基于任務的編程學習，基于任務的編程學習主要是以執行任務為學習中心，并且要以完成任務為學習目的，所以學生在判斷應該選用那個傳感器進行接受信息，應該選用哪個傳感器來進行命令的下達，都要以任務本身為依據，要給于任務來開展機器人的編程。所以在進行基于任務的編程學習，要注意以下幾點內容：

第一，要對任務進行分解和階段劃分。一般情況下，復雜的任務常常是由多個子任務所組成的，所以在完成任務過程中，就要結合這些子任務的完成時間順序來安排學習進度，然后進行學習階段的劃分，按照任務的完成時間來劃分學習階段。比如在學習滅火任務的時候，可以將滅火任務分成四個階段，分別是在1號、2號、3號以及4號房間進行搜索和滅火處理。當完成任務的階段劃分后，我們就要階段的前后順序進行開展。通過將任務進行分解和階段劃分，可以有效地降低任務完成的難度和復雜性，讓我們可以更加順利地完成復雜的任務。在完成不同階段的子任務時，我們就要專注當前的子任務，集中自己的注意力去解決當前的子任務，然后再逐步完成整個任務，從而完成整個任務的編程。

第二，要做好語言的過度，一般情況，我們所使用的語言是自然語言，但是機器人是聽不明白我們常用的自然語言，所以需要將我們常用的自然語言轉變成機器人能夠聽懂的代碼語言。但是對于高中生來說，要一下子將自己常用的自然語言轉變代碼語言，我們也非常不習慣，所以代碼語言的轉換對于我們也來說也是非常困難的。為此，在進行機器人編程學習時，教師做好語言的過度教學，讓學生能夠在自然語言和代碼語言之間進行流利的轉換，加強對學生的流程語言教學，讓學生先將自然語言轉換成流程語言，然后再將流程語言轉換成代碼語言，實現語言的過度轉換，逐漸增加學習難度。隨著機器人的發展，當前許多機器人編程平臺可以直接運用流程語言和代碼語言進行編程，并且可以將流程語言轉換成代碼語言，所以高中生在進行機器人編程學習時，可以通過對照流程語言和代碼語言來進行代碼語言的學習，進而提高自己的編程效率。

第三，進行功能的擴展和局部完善，在進行機器人編程學習時，需要注重學習的歸納，進而更好尋找解決任務的突破口，所以高中生要尋找可以自身容易接受的而且也有利于之后的學習的突破口，從而更好地將任務進行分解，細化成為動作和擴展，從而保證機器人能夠完美地完成任務。比如在進行足球前鋒機器人的編程時，可以按照以下活動順序開展：

（1）進行任務的細化，對機器人的前進、后退、前左轉彎、前右轉彎等動作進行分解。（2）選擇正確的突破口，當前方有球時要作出前進的反應。（3）要進行第一擴展，比如當后方有球則要做出后退的反應。（4）進行第二次擴展，當左前側有球則作出左前轉的反應。（5）作出第三次擴展，比如進行前方跟球，以此類推進行第四次、第五次擴展，從而不斷完善局部功能。

第四，進行程序的整體優化，當完成機器人編程后，需要對程序進行測試、改進和優化，因為高中生在進行機器人編程學習時，所得的編程通常是積累所得的，所以在進行編程時會忽略了整體性，所以需要對機器人編程程序進行整體的優化。但是由于知識的限制，高中生在進行程序整體優化時，容易遇到困難，所以在進行機器人編程學習時，教師就要引導學生要學會站在整體全局的高度來看待問題，然后進行程序的編程。

【參考文獻】

[1]基于高中生視角解讀高中機器人編程的學習[J].孫一加.數碼世界.2018，02.

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[3]分階段學習機器人編程[J].楊天誠.實驗教學與儀器.2016，02.