探索程序教學形象化的低成本之路

問題提出

計算思維和編程能力是信息技術學科的核心素養，也是本學科區別于其他學科的特色所在。以前，初中、小學學編程的人，不僅要數學好，而且要有抽象思維。因為以前的程序設計教學，小學、中學、大學幾乎都是一個模式，先講數據結構和算法，再講編程語言。這本來是教大學生的模式，卻用來教中學生、小學生，那么能聽懂、能學會的中學生、小學生，當然是學習思維成熟的學霸了。

前幾年，機器人的出現使程序教育實現了形象化，但機器人的硬件成本太高，而且機器人的零件容易散落。后來又出現了scratch編程貓，但它的圖形化界面、模塊化編程中的代碼沒有真正地和一門編程語言（如C、Phython）一一對應。

我通過教學發現，借助某一款機器人的軟件端（ 杭州的納英特、廣州中鳴或樂高），或蘿卜圈虛擬機器人，把它們安裝到機房里每一臺學生PC機上，在講編程課時調出來使用還是比較可行的。

機器人軟件程序在教學中的探索和應用

1.算法轉化為流程圖很方便

編程教學最主要就是教算法。那么算法轉化成流程圖，最原始的就是在word里面，不自選圖形。現在網上有了思維導圖的軟件，如Xmind里面有畫流程圖的。但我認為還是借機器人所配的軟件使用起來方便，借助機器人軟件，在編程過程中都是拖拽式編寫流程圖的。

2.低成本、形象化地體驗順序結構

計算機編程，其實就是順序結構、分支結構、循環結構的組合使用。而順序結構又是最基本的。順序結構的實質就是計算機逐條指令執行，但是怎么把它形象化是有難度的。因為計算機指令執行起來非常快，為了讓學生體會到計算機是怎樣逐條執行指令的，我動了好多腦筋。在Python語言的教學中，就是執行一條輸出一條。后來我在上機器人選修課的過程中，在編一個迎賓機器人的程序中，發現機器人每執行一條樂曲指令就播放一句樂曲。這種實時的交互性，能充分體現分析順序結構、逐條執行，它把計算機很快的執行放慢了，而且顯示了出來。后來我想到如果編成機器人，每執行一條指令，電機驅動輪子轉幾圈，機器人前進幾厘米，學生也能體會到計算機逐條指令執行的順序結構，但前提是必須每個學生或者兩個學生有一臺機器人硬件。而用這個迎賓機器人編音樂程序，只需要每臺學生計算機安裝納英特機器人的軟件，不需要機器人。在程序運行時，它是驅動PC機的喇叭發聲的。（用杭州納英特積木機器人軟件代碼如下頁圖1所示）

3.借助蘿卜圈虛擬機器人軟件體驗分支結構

用蘿卜圈虛擬機器人軟件（蘿卜圈官方網站網址http：//www.irobotq.com/website2/index.html？get=4），編寫一個過路口判斷有無行人的程序。

虛擬機器人小車上裝兩個紅外測距傳感器，當兩個傳感器的距離差值小于等于車身寬度時，說明路口斑馬線上沒有行人。當兩個傳感器的距離差大于車身寬度值時，紅外波反射遇到了障礙即行人。

4.從順序結構過渡到循環結構的教學案例

所謂循環其實就是重復地做相同的事情，體現在計算機編程里面，就是順序結構被反復執行。我在教學時，用了機器人走正方形的例子（走相同的步數的直線后就右轉，因為正方形有4個直角，要執行4次）。先寫了一段代碼（借助杭州納英特積木機器人軟件所見即所得，可拖拽式的流程圖編寫很快捷高效）（如圖2）。為了使流程圖當中的處理模塊跟代碼對應起來，我特地把旁邊的代碼又復制了一份放到流程圖的旁邊。

我啟發學生這些代碼反復是重復的，能不能寫一次就實現了？這就引入了循環結構。（借助于杭州納英特積木機器人軟件的代碼如圖3所示）

結束語

在教初二學生編程的時候，我無意中把機器人拓展課用的軟件引入進來，發現拓展課學生之所以喜歡機器人編程是因為給它形象化了，降低了難度。因此，針對很多初次接觸編程的學生，我們可以借助這些機器人的軟件，把程序代碼通過流程圖做得形象化，把順序結構做成交互式，把分支的選擇結構做得體驗化，這樣學生就不會再畏懼編程了，也使得中小學生的編程教育真正不同于大學生的編程教育。

作者簡介：方明洪，男，1976年3月生，浙江寧波人，寧大物理本科，浙師大在職理碩士學位（信息管理系統與多媒體方向），2003—2006年四川師范學院西部教育研究所特聘研究員，2006年寧波市城區骨干教師，2008—2010年海曙區學術學科帶頭人培養人選。熱愛科研，公開發表論文19篇，其中核心期刊7篇。