人工智能環境下中學如何開展簡易機器人編程教育

王恬楨

【摘 要】隨著中學簡易機器人編程教育的不斷深入，教育工作者開展編程教育創新的意識顯著增強。本文以“循環語句讓機器人手臂連續動作”一課為例，闡述了將簡易機器人編程教育融入人工智能課程中的具體教學實踐與思考，以期為推進人工智能環境下簡易機器人編程教育的開展以及實施中學素質教育提供參考。

【關鍵詞】人工智能；中學；機器人編程

【中圖分類號】G434? ?【文獻標識碼】A

【論文編號】1671-7384（2023）08-085-02

近年來，人工智能已經成為當今社會的主要發展領域之一。讓學生能夠認識和感受人工智能的魅力，增強利用人工智能技術服務人類發展的責任感變得尤為重要。《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》強調：強化課程育人方向、優化課程內容結構、創新教學方式和學習評價，旨在培養有理想、有本領、有擔當的時代新人。在人工智能教學中，簡易機器人編程教育具有一定的趣味性，合理地將簡易機器人編程教育融入人工智能課程中，不僅能讓學生更全面地了解時下最新的科技知識，同時講練相結合的趣味教學也能激發學生對信息科技學科的興趣，更能幫助學生鍛煉實踐能力、培養創新思維能力、提升個人綜合素養。

為充分展現人工智能環境下中學簡易機器人編程教育的實踐意義，本文以“循環語句讓機器人手臂連續動作”一課為例進行設計。

學習內容分析

在“循環語句讓機器人手臂連續動作”編程學習中，重點是讓學生認識Python中的循環語句，知曉其在整個程序中的作用。循環語句與整個程序聯系緊密，一旦在編寫過程中出現邏輯錯誤或代碼錯誤，便會使整個程序出現問題。因此，在教學過程中，教師需充分發揮引導者的作用，使用適當的教學手段，讓學生能循序漸進地認識循環語句、理解循環語句、使用循環語句，最終實現機器人手臂連續動作的功能。整個學習過程，不僅能夠磨練中學生良好的意志，同時也能夠培養學生解決問題以及探索問題的主動性，這對于學生良好科學素養的形成具有重要的作用。

教學目標

（1）知識與技能：通過本次學習，認識Python中的循環語句；明確循環語句的作用以及編寫方法；學會編寫循環語句實現讓機器人的手連續動作。

（2）過程與方法：通過任務驅動、小組合作、自主探究等學習方法，讓學生認識Python循環語句在整個程序中的作用以及重要性，學會利用循環語句解決編程難題。

（3）情感、態度與價值觀：通過人工智能的學習，激發學生“科技強國，人人有責”的愛國情感。

教學重點、難點

循環語句的作用以及在整個程序中的正確使用。

教學過程

1.課程導入，激發興趣

教師活動：視頻導入“勤勞的搬運工 —— 機器人”。

設計意圖：以視頻的方式導入課程內容，可以激發學生的學習興趣，讓學生更直觀地感受機器人給生活帶來的便利。同時設置問題“機器人是如何重復進行工作的”，讓學生帶著求知欲、探索欲投入到科技知識的學習之中。

2.自主探究，能力提升

教師活動：展示程序代碼，引入Python中的循環語句知識點。

學生活動：根據教師的微課視頻，自主學習循環語句的作用以及使用方法。

設計意圖：學生在此之前已經學習過VB，因此對循環語句有基礎認知；并且在學習過程中如果只是“教師講—學生聽”，無法培養學生的任何能力。在遇到相似知識點時可以使用微課的方式講授，一是能讓學生反復觀看回顧循環語句相關知識，二是避免重復勞動，讓課堂時間得到充分利用。同時設置問題“在機器人手臂連續動作程序中，哪些是循環語句，如何翻譯，各有何作用”，通過問題檢驗學生對循環語句的掌握程度。

3.小組合作，舉一反三

教師活動：結合上節課的條件語句，讓機器人實現“連續向左動作滿10次以后向右動作”。

學生活動：以小組為單位完成一個作品。

設計意圖：小組合作學習可以提升課堂學習效率，培養學生的合作能力和團隊精神。學生可以根據任務以及各自特長進行分工，完成不同的任務，如設計程序、編寫程序、調試程序、測試運行等。在小組合作中，遇到問題時能相互幫助、自我提升；遇到困難能共同面對、協作解決；遇到挫折時能相互鼓勵、團結奮斗。

這個任務考查綜合能力，學生需結合上節課條件語句的知識，極大考驗了學生的編程能力和邏輯思維能力，完成此任務代碼需將循環語句嵌套至條件語句中。設置一個有難度的任務，才能激發學生的探知欲；學生在攻克了一個個難關后，獲得了成就感和自信心，才能舉一反三，進而培養學生的創新能力。

4.任務驅動，層層遞進

在本課中，教師設置了三個任務：自主學習微課視頻，指出程序中的循環語句以及作用；完善程序中的循環語句，讓機器人手臂向右擺動；小組合作，讓機器人手臂實現左右擺動。三個任務遵循了任務驅動法的原則。任務一理解循環語句；任務二探索循環語句；任務三是對循環語句的提升應用。學生在理解和會用的基礎上，才能將循環語句應用到更多場合，讓作品呈現的形式更加豐富多彩。

設計意圖：任務驅動是信息科技課堂中常用的教學方法。任務驅動法要注意任務的設置需要遵循層層遞進、環環相扣的原則，這樣可以讓學生對知識的掌握有連貫性；并且教師能及時掌握學生的學習進度，了解學生在哪一步遇到了問題，可以及時提供幫助。任務驅動法可以推進教學的開展，學生在教師的引導下通過各種方法完成各項任務，從而獲取知識、掌握操作技能。

5.交流總結，集思廣益

課程評價是教學過程中重要的組成部分。當小組完成任務展示作品時，可以分享在整個制作過程中遇到的問題以及解決的方法，交流可以讓大家收獲更多的信息。同時，小組間相互評價可以交換信息和意見，讓問題的火花碰撞出靈感的思維，增加學生后續的學習熱情與信心。

教學反思

在課程教學中也遇到了一些問題，如部分學生自主學習能力較薄弱，或對VB循環語句的認知較淺，從而導致對Python中循環語句的理解不深，后續的任務開展困難。面對此問題我想到了兩種解決方法：一是學生互助，讓組內能力較強的學生帶領較弱的學生學習；二是因材施教，對學習較弱的學生布置的任務也更簡單和易懂。

教學建議

為了進一步增強人工智能背景下中學簡易機器人編程教育開展的效果，學校可以積極開展有關人工智能的興趣小組活動，亦可組織學生參與市級、省級以及國家級人工智能的相關比賽。學生參加各項活動，不僅能夠提升對人工智能學習的積極性及信心，同時也能及時發現自己的不足，取長補短。在人工智能的學習中，教師需要注意Python語言的講解，要求學生認識Python語言、理解Python語言的使用邏輯、學會用Python編寫程序。目前很多人工智能產品都支持利用Python語言編寫程序，實現多樣化的人工智能作品。因此，學好Python語言也有助于人工智能課程的開展。

在編程教學中，學生出現錯誤是在所難免的。教師作為教學的主要引導者，需要在簡易機器人編程教育中幫助學生樹立敢于試錯的精神，這樣才能更好地促進學生利用編程解決各類問題，讓學生在編程過程中不斷增加探索問題的勇氣，促進個人創新意識的提升和個人科學素養的提高。

人工智能已經成為各個國家不斷研究與創新的重點，在中學教育中，學校與教育工作者需要不斷推進人工智能環境下簡易機器人編程教育的開展，更好地提高中學生的科研素質，為未來國家科技的發展提供充足的后備技術人才。

編? ?輯：徐靖程