讓人工智能傳達編程教育的魅力

錢世偉

● 項目構(gòu)想

當下，人工智能與機器人技術快速崛起，生活中使用的此類產(chǎn)品將越來越豐富多樣，因此，了解其結(jié)構(gòu)和作用，學習其基本知識和技術，知道其測試、優(yōu)化、控制。Pepper作為人形機器人，身高有120cm，擁有同人一樣的五指及靈活的關節(jié)，可以通過編程引導Pepper做出各種擬人化動作。在技術上，它擁有精準的語音識別技術，以及分析表情和聲調(diào)的情緒識別技術等多種高科技，有著類人的聽、看、思考與溝通能力。學生通過入門級的在線編程工具Robo Blocks進行簡單的模塊拖拽，即可對Pepper進行動作指令編程，并可通過可視化3D模擬環(huán)境實現(xiàn)動作仿真。在去年的“停課不停學”期間，筆者引導學生在家利用在線編程工具操作Pepper機器人，設置讓機器人支援戰(zhàn)“疫”前線服務于方艙醫(yī)院的真實場景，編寫人機對話、學習輔助、醫(yī)療服務等應用程序，使其利用掌握的技術發(fā)揮積極的社會作用，回校后再進行實測，有效激發(fā)了學生的編程興趣，使其建立了社會責任意識。

● 項目工具

本次家庭編程項目主題面向初級用戶，主要通過Robo Blocks在線編程工具展開編程學習，學會編寫Pepper機器人的應用程序，并在可視化3D模擬環(huán)境下實現(xiàn)對虛擬機器人的應用仿真，后續(xù)可借助網(wǎng)絡將制作的程序轉(zhuǎn)發(fā)給實體Pepper機器人，檢測編程結(jié)果。在制作程序解決課題的過程中，通過不斷試錯、調(diào)試、調(diào)整、應用程序，以達到最佳解決方案，形成有邏輯地思考解決問題編程思維，并遷移到與之相關的其他問題的解決中，提升學習的成就感。

學生輸入網(wǎng)址登錄房間后，即可使用Robo Blocks進行編程，登錄界面如圖1所示，編程界面如下頁圖2所示。

可以看出，通過Robo Blocks學習編程的門檻不高，不需要額外安裝任何軟件，學生僅需在PC或平板電腦上輸入網(wǎng)址登錄房間即可開始編寫程序，而且并不需要即刻連接實體機器人，可以通過虛擬機器人模擬Pepper機器人的活動以及LED顯示屏的內(nèi)容，還可通過點擊虛擬機器人的頭部、手部、腿部觸摸傳感器和顯示屏與機器人進行交互，讓編程變得簡單有趣。這樣的線上教學，能使學生適應數(shù)字化學習環(huán)境，初步形成數(shù)字化學習資源和工具使用的基本技能，養(yǎng)成數(shù)字化學習與創(chuàng)新創(chuàng)造的習慣，提高自主學習能力。

● 項目主題與目標

因為新冠肺炎疫情影響，學生在家開展網(wǎng)絡學習，這為本項目的開展提供了條件，而社會是最好的主題，在疫情之下，全國各地的醫(yī)務工作者紛紛逆向而行，支援戰(zhàn)“疫”前線。因此，筆者在設計項目主題時，先預設問題情境：學校的Pepper機器人準備行動起來，前往方艙醫(yī)院支援一線醫(yī)務人員，服務輕癥患者。接著，引導學生發(fā)現(xiàn)方艙醫(yī)院內(nèi)的人員需求問題，并為了解決這個問題去學習相關的編程模塊知識。項目主題與目標設定如左表所示。

● 項目教學流程

本次人工智能機器人戰(zhàn)“疫”項目的學習主要通過網(wǎng)絡進行，學生在家里自主學習，筆者根據(jù)學生的年齡特點與學習基礎，在錄制微課時，將每節(jié)的時間控制在15分鐘左右，分成三塊內(nèi)容，每塊內(nèi)容大概五分鐘，每學習一塊內(nèi)容后或休息一會兒，或做3～5分鐘的練習，這樣能降低學習節(jié)奏和強度，提高學習效率。學生通過學習網(wǎng)絡上的數(shù)字化學習資源，一邊整理自己的想法，一邊決定信息處理的步驟，然后根據(jù)設計在網(wǎng)絡編程平臺制作簡單的應用程序，并說明問題解決及其過程，同時，在學習工作表的指導下，對程序進行測試、優(yōu)化，最后保存發(fā)送程序，教師批閱測試程序后在網(wǎng)絡空間進行分享與展評，以此提升數(shù)字化學習能力和編程實際效果。另外，在引導學生開展項目時，筆者給學生提出了自主學習流程圖（如圖3）。

● 項目學習工作表

因為本項目沒有教材，如果只有微課和課后作業(yè)單，那么學生的學習很難有好的效果，所以筆者每節(jié)課都編制了一份有學習目標、學習課題、主要模塊與功能的學習工作表，同時附上了自我評價表。學習工作表的設計符合學生的認知水平，有一定的層次和梯度，做到循序漸進，設置有基礎課題和發(fā)展課題，讓每一個參與學習的學生都能學有所得，而這也是指引學生自主、高效學習的路線圖，有效避免了網(wǎng)絡學習過程中的放任自流。如果學生在學習過程中仍存在無法解決的學習障礙，可以通過釘釘和微信學習平臺等途徑獲得同學、教師的及時幫助，這樣能極大地提高學生通過自主學習解決問題的能力。

● 項目學習交流與展評

學生最終的學習效果如何，能否完成方艙醫(yī)院內(nèi)的每一個任務設定，還要看他們提交的程序設計，教師使用Robo Blocks管理員賬號登錄可以查看房間里學生提交的程序，清楚地了解學生參與網(wǎng)絡學習的情況，為后續(xù)課程項目的設計和修正提供了基礎。

本項目主題課程學習過程中除了依托釘釘群，還通過微信公眾號平臺發(fā)布每課微課和相關學習資料，筆者還會在每周（每周2個主題課時）的固定時間將學生的學習成果在公眾號平臺上展示出來，供大家賞析點評，這是引導學生學會發(fā)現(xiàn)自我、欣賞別人、獲得領悟的好機會，為每一個參與學習的學生提供了展示的平臺，最大限度地調(diào)動了學生的學習積極性，提高了學習的自信心。

● 結(jié)束語

本項目通過對人形機器人在戰(zhàn)“疫”前線，服務于方艙醫(yī)院的真實場景的主題設計，探索了另一種編程教育的教育教學模式，有效傳達了編程的魅力。各種人形機器人在校園里的廣泛使用，為每一個教育工作者拓展教育教學視野和領域提供了可能和條件，這必將改善現(xiàn)有的教育教學效果，極大地激發(fā)學生的學習興趣、創(chuàng)作靈感與動手實踐。學生通過與機器人互動，理解人機相處哲學與實際編程應用，通過學習思考機器人如何改善人類的生活，在未來世界如何共存與協(xié)作，進而產(chǎn)生最大的教育教學效益。