基于Makecode+Micro：bit平臺的 人工智能教學(xué)嘗試

周開海

閩教版六年級下冊機器人部分教學(xué)內(nèi)容受硬件條件影響，基本以理論教學(xué)為主，不能讓學(xué)生深刻體驗人工智能的魅力，而MakeCode軟件平臺與MicroBit硬件結(jié)合，是一個簡單可行的實踐方案。MakeCode是由微軟開發(fā)的一款面向青少年的圖形化編程語言，平臺開源，只要電腦連接互聯(lián)網(wǎng)，就可以開展編程教學(xué)活動。而Micro：bit是由BBC公司推出的微型電腦板，這塊板上集成了LED、磁力與加速傳感器、藍牙，還預(yù)留連接環(huán)孔跟外接設(shè)備相連。筆者根據(jù)多次反復(fù)比較，最終決定選用以Micro：bit為核心的Kittenbot硬件套裝進行教學(xué)實踐探究。下面筆者以《機器人的大腦》一課為例談一談基于Makecode+Micro：bit平臺的教學(xué)嘗試。

● 基于學(xué)情的目標(biāo)制定

《機器人的大腦》是閩教版小學(xué)信息技術(shù)六年級下冊第9課教學(xué)內(nèi)容。學(xué)生經(jīng)過前半學(xué)期對Scratch編程語言的學(xué)習(xí)，已經(jīng)初步具備了Scratch圖形化編程基礎(chǔ)，初步了解了程序的基本結(jié)構(gòu)。在第8課學(xué)生了解并組裝了帶有電機和傳感器的簡易機器車，了解了MakeCode平臺各模塊指令，能編寫簡單的程序。本課以聲音控制機器人為例，分析機器人的工作過程，讓學(xué)生明白外部信號如何在計算機里表示，機器人對接收到的信號是如何進行處理并做出反應(yīng)的。

● 基于需求的課前準(zhǔn)備

根據(jù)課堂活動需求和學(xué)校現(xiàn)有條件，將班級學(xué)生以6人為一組編排成學(xué)習(xí)小組，確定學(xué)習(xí)組長和成員分工。課前準(zhǔn)備上節(jié)課裝好的8臺機器車（裝有聲音和超聲波傳感器），制作聲控小車工作流程的微課，將Makecode離線編輯地址制作成網(wǎng)頁快捷方式（https：//makecode.microbit.org/），提供擴展包地址（https：//github.com/KittenBot/pxt-powerbrick）備準(zhǔn)一個學(xué)習(xí)包（主要提供學(xué)生從軟件平臺中找到相應(yīng)的模塊指令，如圖1所示）。

● 基于探究的教學(xué)活動

1.導(dǎo)入（5分鐘）

師（手上拿一臺裝有聲音傳感器的機器人小車）：今天，我們一起來玩一個游戲。一、二大組的同學(xué)先跟老師來練習(xí)一下節(jié)奏，拍一下，停一下X 0 | X 0 | X 0 ||;三、四大組的同學(xué)換一個節(jié)奏，連續(xù)不停地鼓掌XXXX | XXXX | XXXX||。請同學(xué)們分組用剛才的節(jié)奏鼓掌，我們看看屏幕上的機器人小車的運行情況。說說你看到了什么現(xiàn)象？（請學(xué)生說，引導(dǎo)說出掌聲連續(xù)—機器人持續(xù)前進—有聲音時前進，沒聲音時停止—聲音“驅(qū)使”機器人前進）你們想知道機器人是怎樣工作的嗎？今天，我們一起學(xué)習(xí)12課——《機器人的大腦》。（出示課題：機器人的“大腦”）

導(dǎo)入分析：用手機現(xiàn)場直播機器人的活動過程，改變了以往教師口述導(dǎo)入的理論學(xué)習(xí)方式，掌聲與機器人互動的形式激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促使學(xué)生對機器人如何工作進行思考，得出最初原始的答案，感性認(rèn)識為課堂中的理性探究做好鋪墊。

2.新課——分析機器人工作過程（8分鐘）

師：想一想，如果剛才我們發(fā)出輕微的聲音，機器人也會前進嗎？（生：不會，要大聲）多大聲才算大呢？（……）聲音傳感器可以偵測的范圍是0～1023之間，我們需要在這個范圍之內(nèi)給機器人預(yù)設(shè)一個值，這個預(yù)設(shè)值是多少呢？（生：50、100、200、300、1000）大家是怎么想的？（生：排除輕微的聲音、排除環(huán)境干擾聲）如果我預(yù)先不知道這個值是多少，怎么辦？（生：隨便設(shè)一個值，進行調(diào)試）預(yù)設(shè)了數(shù)值，怎么讓機器人去判斷？（生：把偵測到的聲音跟預(yù)設(shè)值進行比較）能用一句來說嗎？（生：如果聲音大于預(yù)設(shè)值，則機器人前進，否則機器人停止）這是我們?nèi)祟惖南敕ǎ趺磳⑺兂蓹C器人的想法？（生：編寫程序）這程序就像機器人“大腦”——主控器里的思想。我們編寫程序之前也要有自己的思想，就是我想讓機器人什么情況下前進，什么情況下停止。這樣的想法可以用程序流程圖來表達（如圖2）。

請同學(xué)們對照程序流程圖，從Makecode里找到對應(yīng)的指令。請各小組討論后完成桌面的學(xué)習(xí)記錄單。（每個小組派一個同學(xué)來完成學(xué)習(xí)記錄單，集體討論學(xué)習(xí)單）聲控小車用到了哪些指令？（生：條件、比較、聲音強度、電機控制）比較聲音大小為什么用“大于”？（生：大于表示偵測到聲音大小超過聲音預(yù)設(shè)值就前進，如果用小于，則聲音大小為0也會讓小車前進）如果發(fā)現(xiàn)小車太敏感，偵測到細(xì)微的聲音就往前跑，怎么辦？（生：調(diào)大聲音的預(yù)設(shè)值）如果很大聲都沒反應(yīng)，可能是什么問題？（生：可能是聲音預(yù)設(shè)值太大了）

新課分析：機器人工作過程，即程序流程圖的執(zhí)行過程。分析過程以流程圖為核心，探究實現(xiàn)“掌聲驅(qū)使機器小車前進”這一任務(wù)。學(xué)生通過探究明白“提出任務(wù)—規(guī)劃過程—嘗試實現(xiàn)”的流程，頭腦中對課堂任務(wù)有了初步的想法。條件比較時，如果學(xué)生提出“小于預(yù)設(shè)值停，否則前進”，那么教師可以引導(dǎo)簡單比較不同條件與電機控制的關(guān)系。

3.小組嘗試（12分鐘）

師：接下來，同學(xué)們請在自己的計算機上嘗試一下，然后各組討論推薦一個程序下載測試。如果發(fā)現(xiàn)預(yù)設(shè)值不夠準(zhǔn)確，繼續(xù)在剛才那個程序里修改。老師在你們計算機桌面上準(zhǔn)備了一個學(xué)習(xí)包，遇到困難的同學(xué)可以打開學(xué)習(xí)包一起學(xué)習(xí)。好，現(xiàn)在各小組到老師這邊來領(lǐng)取機器人。以小組為單位，打開相應(yīng)的學(xué)習(xí)包學(xué)習(xí)，嘗試?yán)肕akecode編寫程序。（教師巡視，發(fā)現(xiàn)問題拍程序圖對比，集中分析）大家來找茬，找出三幅圖中典型的錯誤。（分別是端口錯誤、聲音參考值大小不合適、比較符號不對、電機轉(zhuǎn)速不對）

探究分析：小組探究讓學(xué)生明白，從程序完成到任務(wù)實現(xiàn)還需要經(jīng)過“嘗試—調(diào)整”的反復(fù)實踐過程。軟件硬件結(jié)合，讓學(xué)生對程序中的錯誤有深刻的認(rèn)知，學(xué)生編寫程序—硬件執(zhí)行的過程就是人工智能的實現(xiàn)過程。

4.拓展創(chuàng)新——拓展包（7分鐘）

師：未完成的小組可以繼續(xù)完成聲控小車程序。已經(jīng)完成的小組想一想：這臺機器人同時裝有超聲波傳感器，你能嘗試用超聲波傳感器來控制機器人嗎？（拓展包準(zhǔn)備避障機器人的流程圖，學(xué)生根據(jù)流程圖編寫程序，教師適當(dāng)介入）

拓展分析：基礎(chǔ)任務(wù)是從“0”到“1”的教學(xué)，只要教師鋪墊得當(dāng)，學(xué)生順利邁出第一步，后面的拓展就是從“1”到“無窮”的過程。

5.交流評價（5分鐘）

抽兩個小組說設(shè)想，運行機器人，大家評議給分。（其他小組課后評分）

學(xué)生說自己的機器人是怎樣工作的。（我們做的是聲控小車，如果聲音大于×××，小車就前進，否則小車停止）（完全實現(xiàn)聲控小車設(shè)計的小組得2分，初步完成有待改進的得1分;拓展完成避障小車的，根據(jù)效果得3分）引導(dǎo)學(xué)生討論各小組機器人的優(yōu)缺點，提出改進辦法。

交流分析：交流評價的過程，既是學(xué)生回顧反思的過程，也是課堂總結(jié)提升的過程。學(xué)生通過討論交流、總結(jié)描述、拓展改進，對程序執(zhí)行過程有了理性的認(rèn)識，同時，學(xué)生邏輯思維能力也得到提升。

● 教學(xué)感悟

通過實踐教學(xué)，基于Makecode+Micro：bit平臺的人工智能進課堂活動取得了良好的成效，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)編程的興趣，學(xué)生能積極地參與到課堂教學(xué)中，課堂教學(xué)氣氛活躍，取得了良好的效果。同時，軟硬件結(jié)合的教學(xué)實踐也激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識，學(xué)生不再是教師教什么就做什么，而是成為課堂的設(shè)計者，在作品中融入了自己的創(chuàng)意和想法。