由一堂《穿越歷史——出使琉球》編程課說開去

賴玉清

● 引言

一艘掛著白帆的藍色小船平緩地行駛在一張泛黃的古代海圖上，一會兒駛過釣魚島，一會兒?？吭诹鹎?，看！它居然把代表倭寇的多米諾骨牌推倒，有的骨牌還墜落到大洋深淵，一陣喝彩聲中，小船畫了一個弧圈回到祖國大陸，屏幕上跳出“100分”，隨即教室里爆發出熱烈的掌聲。這是筆者在《編程》校本課程上演示目標任務時的廣播畫面和現場交融的場景（如圖1）。

時值日本實施所謂的“釣魚島國有化”，筆者認為有必要將我國擁有對釣魚島主權的歷史告訴學生，有必要在學生中樹立中國人有決心、有能力收復一切國土的堅強決心和意志。筆者通過網絡搜到了一張日本人林子平（1738-1793）所繪《琉球三省并三十六島之圖》，是目前所見最早介紹釣魚島及其附屬島嶼屬于中國的珍貴歷史文獻。雖然這張古地圖不管在比例尺或上北下南左西右東的規則上與現代地圖相去甚遠，甚至臺灣島的外形也畫得像一條古怪的魚，但它畢竟是歷史的原貌?？v觀歷史，中國人民遭受日本侵略的災難深重，今日之中國已經不是1894年甲午戰爭時的大清國了，結合流行影視作品關于時空穿越的表現手法，于是一幅開篇所言的《穿越歷史——出使琉球》的畫面從筆者的腦海里流淌而過。筆者頓悟信息技術課也可以很高調地對學生進行愛國主義教育，樹立學生正確的人生觀和價值觀。

● 優秀的學習平臺

“少年智則國智，少年強則國強”。我們教育工作者應當具有緊迫感，肩負起時代賦予我們的歷史使命，適時地開展相關的教學工作，讓全體中學生了解最新科學技術的發展方向和內涵，掌握信息技術的核心知識和學習方法。正是基于這樣的理念，也受第二課堂機器人競賽活動的啟發，我校信息技術教研組通過壓縮課本教授時間，開設了運用“三維仿真教育系統”實施《基礎教育信息技術課程標準（2012版）》（中國教育技術協會信息技術教育專業委員會）的初中部分拓展模塊“算法與程序設計”教學的校本課程，極大地拓展了接受編程和機器人教育的學生面，得到學生的普遍歡迎。

首先，“三維仿真教育系統”是一款運用物理引擎和虛擬仿真技術開發的軟件，是集機器人搭建、比賽場地設計和三維仿真模擬于一身的軟件平臺，主要應用于機器人編程的教育以及競賽，其最大的特點是用戶可以根據自己的需要設計機器人的結構和功能以及場地的背景、靜態或動態的積木和得分觸發器，利用圖形化的編程工具將編寫好的程序導入機器人，在三維仿真界面完成任務，即時顯示任務得分。該軟件還提供C語言代碼窗口，不啻是一款學習編程和機器人技術的入門軟件。其次，從機器人教育的角度出發，它又讓信息技術教師省卻了大班化教學中機器人設備的管理工作，同時避免器材和場地的各種物理因素的干擾。筆者結合設計的《穿越歷史——出使琉球》課例，列出了該軟件的四大功能界面（如表1）。

● 精心設計教學策略

1.從易到難、呵護學生

“三維仿真教育系統”最能激發學生學習興趣的就是機器人搭建。在筆者正式上課前，有的學生一打開軟件就激動地搭起積木來，雖然他們已經多年不玩積木了，但他們的玩性并未泯滅。所以教師上第一節課非讓學生玩不可，否則就太壓抑學生的童真了。實物的積木對于學生來說容易搭建，而三維仿真界面里的積木搭建還需要教師著重點撥。例如，用鼠標的三個按鍵和滾輪控制場景視圖，控制積木沿著X軸、Y軸、Z軸的旋轉和移動以及在頂視圖進行輪胎與馬達軸的插接都需要教師做足夠充分的講解。筆者不限定學生搭建機器人的造型和傳感器的選擇，讓他們像玩雕塑一樣自由創造，因此學生們設計的機器人造型千姿百態，既可上九天攬月，也可下五洋捉鱉；既可登大雅之堂，也可在掌中摩玩。搭建機器人的學習內容極大地提高了學生的學習興趣，豐富了學生的創造體驗。教研組還在科技節打印出版了學生作品宣傳欄（如圖2），進一步激發了學生的學習熱情。通過搭建機器人，學生幼時的記憶被全面喚醒，學習興趣和對課程的期望大為提高。

從課程安排總體布局出發，結合傳統的“算法與程序設計”學習規律，筆者按照如表2所示的順序安排教學內容，具體任務則依據算法需要靈活設計，如講順序結構時，結合機器人的馬達輸出，控制其在具有童話色彩的場地前進、后退和各種轉彎；講永真循環時，結合觸碰傳感器控制機器人在方形螺旋路徑圍墻中行駛并撞球；講子程序時，結合多機器人在不同顏色引導線上行走來選擇最短上學路徑。

“算法與程序設計”的學習難度較大，機器人又是一項全新的技術，再加上信息技術課程受學生的重視程度不及中考科目，授課教師一定要有充分的思想準備，竭力呵護學生的學習積極性，精心備好每一節課，從易到難地推進教學工作，避免學生因為畏難或失去興趣而消極應付。筆者通過大量運用卡通圖片或“星光大道”場景圖片來提高任務環境的趣味性，調動全體學生的學習熱情。

機器人的傳感器牽涉很多物理量，初中學生的知識儲備還不足，筆者在講授相關傳感器時將工作原理知識發布在導學案中，讓喜歡探究的學生了解更加全面的知識；在設計課件時把復雜抽象、不可見的模擬量傳感器用動畫的形式加以演繹；通過實物展臺演示實體機器人的傳感器應用，幫助學生理解傳感器的功能特點，同時也活躍了課堂氣氛。筆者在設計（2）→（9）的教學內容時，選擇機器人傳感器（如下頁表3）遵循從簡單直觀、可見物理量變化的開關量傳感器到復雜抽象、不可見物理量變化的模擬量傳感器的原則，同時兼顧到傳感器所對應變量返回值范圍從小到大的遞進順序，以利于學生理解和掌握傳感器的使用。當然，對傳感器的選擇也不必面面俱到，否則難度太大會挫傷學生的學習興趣和積極性，如尋跡卡和復眼傳感器，它們要牽涉變量數組，可在參加競賽或高中階段的學生中講授。

2.降低難度，分解任務

從教學目標的知識與技能維度來看，《三維仿真教育系統》的學習內容很充實，難度有易有難，所以我們要認清《編程》課不是競賽培訓，不是第二課堂活動，而是對全體初中學生普及機器人知識，實施教學大綱的“算法與程序設計”拓展模塊教學。筆者在設計任務時通過控制新知識點的數量來降低學習的難度，保持全體學生的學習興趣，防止出現兩極分化。對于相對復雜又有難度的任務，設計時要考慮任務易于分解甚至與上節課的知識內容相關聯，機器人模型可以不變，傳感器的選擇可以不變，場地的核心內容可以不變，策略程序可以部分復制。比如《穿越歷史——出使琉球》這一課，筆者就將其分解為“①出使琉球”和“②痛擊倭寇→凱旋”兩節來上。第一節課重點解決使用“紅外測距”傳感器探測距離琉球島的距離，當距離<10時停車；第二節課再解決探測“倭寇”，推倒骨牌并返回終點的細節調整，知識點沒增加，但起到了鞏固和遷移知識的作用。

3.虛實交替，導學并舉

我?！毒幊獭沸１菊n程在多媒體網絡教室上課，具備得天獨厚的條件。首先，教師可以將教學內容廣播到學生計算機屏幕上，學生看到的操作畫面真切易懂；其次，教師通過實物展臺演示實體機器人的外觀和運動，幫助學生理解傳感器的功能和物理特性，讓學生感受到所做的三維仿真機器人并非虛無縹緲的東西，而是實實在在的機器人（如圖3），在此建議教師每增加一種傳感器應該演示一個實體機器人的運動實驗，強化仿真機器人的客觀真實性；再次，學生可以通過本校的作業評價管理軟件獲取教師授課的課件資料和導學案進行自主學習，提交和下載作業；最后，學生可以進行自評和互評，還可以組織多機器人同場競賽的活動。

筆者針對課程的具體內容選擇不同的教學方法。在講授機器人搭建知識時，采用講授法、任務驅動法；在講解傳感器應用時，采用直觀演示法、學案導學法、任務驅動法；在講授機器人編程時，采用講授法、任務驅動法；在開展多機器人競賽課時，采用小組合作學習法、討論法?？傊?，教師應充分運用各種教學手段和教學資源，精心設計教學策略，虛實交替、導學并舉，把《編程》校本課程上成師生都喜歡并有成就感的好課程。endprint