機(jī)器人教學(xué)中計(jì)算思維的培養(yǎng)分析

鄭 珂 王 堃

（山東省淄博第四中學(xué) ，山東淄博 255100）

引 言

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，人工智能同機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了有機(jī)整合，機(jī)器人被廣泛應(yīng)用于教學(xué)領(lǐng)域中。機(jī)器人教學(xué)能夠提升學(xué)生參與信息技術(shù)課程的興趣與熱情，培養(yǎng)學(xué)生個(gè)體的計(jì)算思維，為人工智能知識的普及、應(yīng)用等奠定基礎(chǔ)。

一、在比較的過程中激發(fā)學(xué)生的計(jì)算思維認(rèn)知與意識

激發(fā)學(xué)生的計(jì)算思維認(rèn)知與意識是培養(yǎng)學(xué)生個(gè)體計(jì)算思維的基礎(chǔ)。所以，在實(shí)際教學(xué)中，教師一定要有針對性地引導(dǎo)學(xué)生使用計(jì)算思維對相關(guān)問題進(jìn)行求解，讓其感知到計(jì)算思維存在的優(yōu)勢，以激發(fā)學(xué)生積極使用計(jì)算思維解決相關(guān)問題的認(rèn)知與意識[1]。例如，當(dāng)講解到機(jī)器人賽車的相關(guān)內(nèi)容時(shí)，教師要求機(jī)器人賽車沿著賽道向前行駛，有大小要求的機(jī)器人賽車在行駛過程中要盡量獲取路邊設(shè)置的得分物。最初，學(xué)生未對怎樣獲取路邊的得分物進(jìn)行系統(tǒng)思考，而是更加關(guān)注機(jī)器人小車的行駛過程，希望基于小車自身的寬度來獲得更多的得分物，結(jié)果導(dǎo)致機(jī)器人小車出現(xiàn)重心不穩(wěn)的狀況，行駛狀態(tài)也非常不穩(wěn)定，有時(shí)還無法得到得分物，影響了后面的成績。所以，教師可為學(xué)生提供一些方式，如為小車安裝兩個(gè)手臂，這樣小車在沿著賽道行駛的過程中，就能夠?qū)⒙愤叺牡梅治镏苯訐炱饋砹?，這時(shí)學(xué)生會(huì)有眼前一亮的感覺，也會(huì)對這種方式感到新奇，教師可在這個(gè)時(shí)候引導(dǎo)學(xué)生使用計(jì)算思維去思索怎樣才能夠完成這個(gè)任務(wù)。

（一）細(xì)化問題

在實(shí)際教學(xué)中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生把上述工作任務(wù)細(xì)化分解成多個(gè)子問題，如怎樣判斷機(jī)器人已經(jīng)行駛到了得分物的附近，機(jī)器人怎樣才能夠獲得路邊的得分物，機(jī)器人在獲取得分物的過程中行駛狀態(tài)會(huì)不會(huì)受影響，有哪些因素會(huì)對機(jī)器人的行駛狀態(tài)產(chǎn)生影響等。將其細(xì)致劃分成多個(gè)子問題后，教師應(yīng)讓學(xué)生思考，這樣就會(huì)使學(xué)生有清晰的解答思路。

（二）合并問題解決的方案

對已經(jīng)獲得的子問題解決方案進(jìn)行融合與完善，是獲得整個(gè)問題解決方案的必要條件。但是一定要注意，在這里需要重視的并不是解決方案之間是否存在沖突，是否能夠進(jìn)行處理，而是要思考怎樣的協(xié)調(diào)方式才是最為優(yōu)質(zhì)的，并且積極進(jìn)行對比實(shí)踐，這樣很多學(xué)生就能夠探究出最佳的方案。例如，有的學(xué)生會(huì)使用兩個(gè)伺服，在機(jī)器人兩側(cè)安裝上活動(dòng)的手臂，一旦紅外傳感器監(jiān)測到有得分物存在，手臂就會(huì)動(dòng)起來去撿取得分物；有的學(xué)生會(huì)使用一個(gè)伺服，在機(jī)器人前面安裝上一個(gè)活動(dòng)的手臂，一旦紅外傳感器監(jiān)測到有得分物存在，就會(huì)將手臂伸過去，等等。在這個(gè)過程中，學(xué)生會(huì)感知到探索的樂趣，實(shí)際操作也會(huì)更加協(xié)調(diào)，操作效率也更高。由此可見，這樣的教學(xué)方式，能夠切實(shí)激發(fā)學(xué)生積極使用計(jì)算思維解決問題的意識。

二、在問題解答的過程中提升學(xué)生應(yīng)用計(jì)算思維的能力

學(xué)生個(gè)體具備的計(jì)算思維能力，也體現(xiàn)在問題求解的整個(gè)過程中。一般情況下，學(xué)生經(jīng)過思考，能找到其中存在的問題，并且可以提出最為優(yōu)質(zhì)的解決方案。所以，教師在實(shí)際教學(xué)中，一定要給予學(xué)生足夠的時(shí)間與機(jī)會(huì)，讓學(xué)生基于計(jì)算思維解決機(jī)器人實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)的問題，以此來培養(yǎng)學(xué)生使用計(jì)算思維進(jìn)行實(shí)踐的能力。

（一）精心創(chuàng)設(shè)問題內(nèi)容

高中的信息技術(shù)教師在實(shí)際教學(xué)中，要由淺入深地向?qū)W生提出適合機(jī)器人項(xiàng)目的問題，并且要把握問題的難易程度，使問題具有良好的層次性與啟發(fā)性。同時(shí)，教師所提出的問題應(yīng)能切實(shí)培養(yǎng)和挖掘?qū)W生個(gè)體的計(jì)算思維能力，使學(xué)生養(yǎng)成獨(dú)立獲取知識的能力。教師可在實(shí)際教學(xué)中設(shè)置一些機(jī)器人進(jìn)入加油站的基本問題。例如，當(dāng)機(jī)器人小車在高速行駛時(shí)，很容易越過加油站，因此，機(jī)器人小車需要重新倒入加油站中，那么要怎樣才能讓機(jī)器人直接進(jìn)入加油站中呢？這個(gè)問題對于學(xué)生來講有一定難度，能夠引導(dǎo)學(xué)生探究操控機(jī)器人實(shí)施轉(zhuǎn)彎的幅度，并且這個(gè)問題也與機(jī)器人轉(zhuǎn)彎幅度改變過程中所涉及的空間與時(shí)間上的復(fù)雜性有關(guān)。

（二）對問題內(nèi)容進(jìn)行時(shí)間求解

在與機(jī)器人相關(guān)的實(shí)際教學(xué)中，學(xué)生可能會(huì)遇到不同種類的現(xiàn)實(shí)問題，所以，教師一定要鼓勵(lì)學(xué)生對不同的問題進(jìn)行練習(xí)。在練習(xí)機(jī)器人小車轉(zhuǎn)彎的項(xiàng)目過程中，小車轉(zhuǎn)彎速度取一個(gè)固定的值，容易使小車無法實(shí)現(xiàn)高速行駛，對到達(dá)終點(diǎn)成功率產(chǎn)生嚴(yán)重影響。最開始的時(shí)候，學(xué)生對機(jī)器人設(shè)定不同的速度數(shù)值，效果不甚理想。這個(gè)時(shí)候教師要給予學(xué)生及時(shí)有效的引導(dǎo)，讓學(xué)生針對路段的不同實(shí)施實(shí)踐探究，使用計(jì)算思維合理有效地解決機(jī)器人實(shí)際運(yùn)行過程中存在的問題，最終把控制機(jī)器人轉(zhuǎn)彎過程的行駛轉(zhuǎn)變成動(dòng)態(tài)的轉(zhuǎn)彎，如右側(cè)的電機(jī)速度=基準(zhǔn)速度-（左側(cè)距-右側(cè)距）/轉(zhuǎn)換比例，左側(cè)的電機(jī)速度=基準(zhǔn)速度+（左側(cè)距-右側(cè)距）/轉(zhuǎn)換比例。也就是說，機(jī)器人在不同路段中的基準(zhǔn)速度是不同的，轉(zhuǎn)換比例就是把機(jī)器人同小車兩側(cè)欄桿的距離差轉(zhuǎn)變成為速度差的比例，這個(gè)數(shù)值基于機(jī)器人的構(gòu)造設(shè)置，轉(zhuǎn)換比例小，轉(zhuǎn)彎的幅度就會(huì)越大?；谶@樣的方式，學(xué)生就能夠使用計(jì)算思維進(jìn)行問題求解，及時(shí)有效地進(jìn)行梳理歸納，培養(yǎng)使用計(jì)算思維進(jìn)行實(shí)踐的能力。

三、在梳理歸納中提升學(xué)生計(jì)算思維能力的廣度與精準(zhǔn)度

（一）記錄問題，及時(shí)反思

每次完成練習(xí)之后，學(xué)生都會(huì)對很多問題形成自己獨(dú)有的解答思路，鑒于此，教師一定要積極組織學(xué)生進(jìn)行反思梳理與歸納記錄，將整個(gè)問題求解過程中產(chǎn)生的解答思路及有待解決的疑難問題都記錄下來。這樣學(xué)生不但能夠及時(shí)總結(jié)歸納成功的經(jīng)驗(yàn)或者失敗的教訓(xùn)，而且能夠厘清整個(gè)解題思路，對練習(xí)的整個(gè)過程進(jìn)行回憶，從而深化對相關(guān)知識內(nèi)容、練習(xí)過程的記憶，反思、創(chuàng)新與改進(jìn)操作方式，切實(shí)提升自身求解問題的能力與水平。

（二）教師與學(xué)生之間互相評價(jià)、逐步完善

對學(xué)生提出的解決方案，教師可組織學(xué)生進(jìn)行互相評價(jià)，對其優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行學(xué)習(xí)，對其存在的不足進(jìn)行改進(jìn)，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行大膽的嘗試，讓學(xué)生對新問題的求解練習(xí)充滿興趣與熱情，以促進(jìn)學(xué)生個(gè)體參與學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性的發(fā)展，使其探究出最優(yōu)的問題解決方案。

結(jié) 語

總之，作為高中的信息技術(shù)教師，在實(shí)際教學(xué)中一定要尊重學(xué)生的主體地位，并且基于相關(guān)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)要求等，對學(xué)生進(jìn)行及時(shí)有效地引導(dǎo)，以培養(yǎng)并提升學(xué)生的計(jì)算思維能力，促進(jìn)學(xué)生綜合能力的全面提升，更為其將來更為深入的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。