融入生活 深入內核

謝雪芳

【摘 要】機器人教學已經進入小學信息技術的日常教學中。本文以“機器人沿線行走”一課為例，介紹了如何通過Makeblock mBot可編程教育機器人展開機器人教學。

【關鍵字】Makeblock mBot 機器人編程 編程教學

“機器人沿線行走”是信息技術六年級中的一課，學生在五年級時已學習過Scratch編程，有一定的編程基礎，并形成了一定的計算思維素養。

隨著小學信息技術教材的不斷修訂，六年級教材中的機器人課程的課時安排越來越多。由此可見，結合硬件的編程越來越重要。目前，很多學校都采用了Makeblock mBot可編程教育機器人開展機器人教學。

一、創設情境，激發學習興趣

在我們的日常生活中，隨著科技的飛速發展，機器人已經不是稀罕之物了，一些大城市甚至出現了機器人餐廳。在開展機器人課程教學時，教師要盡可能地拉近學生與機器人的距離，消除陌生感，從而更好地激發學生的學習興趣。例如，在導入環節播放機器人送餐的視頻，讓學生觀察機器人是如何行走的，引導學生發現機器人行走時是沿著黑線行走，從而引出教學內容。在帶領學生一起探尋機器人的奧秘的過程中，學生都忍不住躍躍欲試。

通過這樣的形式，讓去過機器人餐廳的學生產生了一種興奮感，大部分學生當時并沒有關注機器人是如何行走的，從而產生想要研究的想法;沒有去過機器人餐廳的學生好奇心更強，也想參與研究。

教學情景的合理創設，會對課堂教學的實施起到事半功倍的作用。好的情景不僅僅是為了激發學生的學習興趣，在素養導向的教學理念下，我們更傾向于用創設真實的學習情景，拋出富有挑戰性的問題，引導學生去探索問題、解決問題、改進方法、完善程序……

為了與開頭的機器人餐廳送餐相呼應，一位教師在課堂的拓展運用時設計了這樣一個環節：請學生幫助編寫一個程序，實現從食堂到教學樓的機器人送餐，每個小組一張模擬圖紙。這樣的情景既與學生的生活實際聯系了起來，又與課前的導入遙相呼應，讓學生真實地感受到學習就是為了解決生活中的實際問題，學生的學習興趣就更濃了。

二、實戰演練，產生人機鏈接

如何讓學生更好地理解和體驗機器人的行走呢？教師可以讓學生“演一演”，如讓一個學生在教室里沿著某條路線走一走。人的眼睛能夠有效辨別方向，那機器人呢？它的“眼睛”在哪里呢？要讓機器人實現沿線行走就需要巡線傳感器，巡線傳感器實際上是由兩個傳感器Sensor 1和Sensor 2構成，每個傳感器又由一個紅外發射器和一個紅外接收器組成。由于其經常被用來控制機器人沿著線走，故被稱作巡線傳感器，檢測范圍為1～2厘米。紅外發射器在mBot行駛過程中不斷向地面發射紅外光：若紅外光被反射，如遇到白色或其他淺色平面，則接收器收到紅外信號，輸出數值1，此時可觀察到巡線傳感器背面對應的藍色LED指示燈亮起;若紅外光被吸收或無法被反射，則接收器收不到紅外信號，輸出數值0。

通過這樣的形式，學生能很好地產生人機鏈接，從而更好地理解相關知識點，學生在一個真實的學習情景中學習，記憶更加深刻，體驗更加真實，理解也更加透徹。

三、精準分析，了解核心思想

在慧編程Makeblock程序中有一個對應的“巡線傳感器讀數”指令，要實現機器人沿線行走，首先要了解機器人與黑色之間的幾種情況。教師在授課的過程中，一般都是分析4種情況，然后讓學生測一測返回值，做好相應記錄。那么學生真的懂了嗎？

在一次聽課過程中，有一位教師講解得非常清楚到位，后來那位教師說，她在上課之前也不懂，為了上好這節課，她課前以學生的身份來深入研究、思考、學習，正是這樣一種精神，讓她在上課的時候能充分考慮學生的學習情況，使得課堂學習氣氛和學生的學習效果都比較好。機器人的下方有兩個傳感器，所以線是有一定的寬度要求的，當兩個傳感器都在黑線上時，兩個傳感器的返回值都是0，此時“巡線傳感器讀數”為0;當右側的傳感器不在黑線上時，也就是機器人往右偏時，返回值分別是0和1，所以“巡線傳感器讀數”為1;當左側的傳感器不在黑線上時，也就是機器人往左偏時，返回值分別是1和0，所以“巡線傳感器讀數”為2;當速度比較快或者有轉彎情況時，也會產生整個機器人小車都偏離黑線的情況，也就是兩個傳感器的返回值都是1，此時“巡線傳感器讀數”為3。接著，教師讓學生測一測返回值，那返回值為什么是0、1、2、3呢？原來是計算機語言中的“00”“01”“10”“11”，最終都是用二進制來表示的。教師在這里適時地向學生介紹一下二進制數，既讓學生知其然又讓學生知其所以然，而且也滲透了計算機的核心思想，真的是非常巧妙。這些正是這位教師為了更好地搞懂、摸透教材，在自學研究的過程中發現的，然后以學生的心理為出發點來進行課堂設計。

信息技術的發展日新月異，這就要求教師在有限的時間里，教給學生一些終身有用的東西——學習方法和學習能力。

四、知識遷移，巧妙解決難題

機器人沿線行走是如何行走的呢？除了觀看視頻，了解現實生活中機器人的行走，其內核到底是怎樣的？怎樣快速地讓學生理解，并輕松地嘗試搭建腳本？學生在五年級上半學期Scratch編程中學過“賽車游戲”一課，賽車游戲是通過模擬傳感器實現控制賽車的方向的。現在，我們手上的機器人是通過真實的傳感器來實現控制方向的。教師帶領學生一起進行分析，巡線傳感器的返回值一共有4種情況，那如何編寫程序腳本呢？

為了喚醒學生的記憶，一位教師把五年級學過的賽車游戲的腳本拿出來讓學生進行對比，賽車游戲是始終讓賽車在軌道上行駛，一旦出現偏離就要進行糾正，也就是不考慮完全偏離軌道的情況。賽車游戲設置了兩個模擬傳感器，暫且叫橙色傳感器和藍色傳感器，實際上是通過一種顏色是否碰到另一種顏色來進行判斷的。當左側傳感器碰不到軌道的顏色，那就要右轉;當右側傳感器碰不到軌道的顏色，那就要左轉;模擬傳感器是通過“顏色碰到顏色”來實現偵測的。要用到2個“如果……那么”的語句。

機器人沿線行走是通過“巡線傳感器的返回值”進行判斷的。兩者之間存在一定的相似性，但偵測的依據不一樣，用到的指令也不一樣，所以具體細節上編程語句也相差不少。在教學中能合理地實現知識的遷移是一種非常有效的方法。當然，在具體的實踐過程中，教師要把握好度，不能過多地糾結于舊知，點到為止即可。本課中只需讓學生知道其中的聯系，而并不是要去分析賽車游戲的腳本。這樣可以把更多的時間留給學生去探索機器人行走的腳本。因此，進行對比分析花過多的時間并非合適的做法。在新舊知識對比遷移的時候，只要讓學生聯想到要用“如果……那么”的語句即可，2種情況是2個語句，那么4種情況就是4個“如果……那么”語句。而并不需要把整個賽車游戲的腳本拿出來進行一一解讀、對比。

五、合理引導，全面優化程序

在編程教學中，教師要不斷地引導學生分析問題—實踐探究—反思—再實踐—再反思……逐步實現程序的最優化。

在“機器人沿線行走”的程序編寫過程中，學生實現了“機器沿線人行走”以后，教師就要引導學生考慮如何去實現程序的優化。“行走”，第一想到的就是提升速度。

在程序優化的時候，3位教師都是引導學生提升速度，要提升速度一般意義的理解就是提高動力百分比。課堂上，大多數學生都是在調整動力百分比，有的學生有賽車游戲的經驗，逐步嘗試，確實優化了程序，在不斷地調試過程中也體驗到了很多的樂趣。看著學生一絲不茍的探究、嘗試，修改數據，作為教師甚是欣慰。

然而有點遺憾的是，教師并未引導學生作更深入的思考：除了改變動力速度來提升速度以外，還有沒有其他方法了呢？事實上，提高動力速度固然可以提升速度，但是程序的優化要做到極致，恐怕對程序的腳本也有一定的影響。4種情況，4個判斷語句，便于學生理解，假如就完成任務而言，一點錯都沒有，可是每一次判斷，都要去讀一次選線傳感器的返回值，這里都要花費時間，那能否簡化呢？這里教師首先要考慮全面，或者必須對設備有更深、更透的了解，這樣才能把可能的情況都考慮進去，才能很好地進行預設，引導學生編寫出更加完善的程序。因此，教師的合理引導非常重要。

要上好一節課，必須考慮到方方面面的問題，教師自身首先要將教學內容研究透徹。現在信息技術有很多新的教學內容，確實對每一位教師而言是一個新的挑戰。打鐵需要自身硬，每一位信息技術教師都必須與時俱進，不斷去學習新的知識，更新自己的知識結構，實現教學相長。