由一堂《穿越历史——出使琉球》编程课说开去

赖玉清

● 引言

一艘挂着白帆的蓝色小船平缓地行驶在一张泛黄的古代海图上，一会儿驶过钓鱼岛，一会儿停靠在琉球，看！它居然把代表倭寇的多米诺骨牌推倒，有的骨牌还坠落到大洋深渊，一阵喝彩声中，小船画了一个弧圈回到祖国大陆，屏幕上跳出“100分”，随即教室里爆发出热烈的掌声。这是笔者在《编程》校本课程上演示目标任务时的广播画面和现场交融的场景（如图1）。

时值日本实施所谓的“钓鱼岛国有化”，笔者认为有必要将我国拥有对钓鱼岛主权的历史告诉学生，有必要在学生中树立中国人有决心、有能力收复一切国土的坚强决心和意志。笔者通过网络搜到了一张日本人林子平（1738-1793）所绘《琉球三省并三十六岛之图》，是目前所见最早介绍钓鱼岛及其附属岛屿属于中国的珍贵历史文献。虽然这张古地图不管在比例尺或上北下南左西右东的规则上与现代地图相去甚远，甚至台湾岛的外形也画得像一条古怪的鱼，但它毕竟是历史的原貌。纵观历史，中国人民遭受日本侵略的灾难深重，今日之中国已经不是1894年甲午战争时的大清国了，结合流行影视作品关于时空穿越的表现手法，于是一幅开篇所言的《穿越历史——出使琉球》的画面从笔者的脑海里流淌而过。笔者顿悟信息技术课也可以很高调地对学生进行爱国主义教育，树立学生正确的人生观和价值观。

● 优秀的学习平台

“少年智则国智，少年强则国强”。我们教育工作者应当具有紧迫感，肩负起时代赋予我们的历史使命，适时地开展相关的教学工作，让全体中学生了解最新科学技术的发展方向和内涵，掌握信息技术的核心知识和学习方法。正是基于这样的理念，也受第二课堂机器人竞赛活动的启发，我校信息技术教研组通过压缩课本教授时间，开设了运用“三维仿真教育系统”实施《基础教育信息技术课程标准（2012版）》（中国教育技术协会信息技术教育专业委员会）的初中部分拓展模块“算法与程序设计”教学的校本课程，极大地拓展了接受编程和机器人教育的学生面，得到学生的普遍欢迎。

首先，“三维仿真教育系统”是一款运用物理引擎和虚拟仿真技术开发的软件，是集机器人搭建、比赛场地设计和三维仿真模拟于一身的软件平台，主要应用于机器人编程的教育以及竞赛，其最大的特点是用户可以根据自己的需要设计机器人的结构和功能以及场地的背景、静态或动态的积木和得分触发器，利用图形化的编程工具将编写好的程序导入机器人，在三维仿真界面完成任务，即时显示任务得分。该软件还提供C语言代码窗口，不啻是一款学习编程和机器人技术的入门软件。其次，从机器人教育的角度出发，它又让信息技术教师省却了大班化教学中机器人设备的管理工作，同时避免器材和场地的各种物理因素的干扰。笔者结合设计的《穿越历史——出使琉球》课例，列出了该软件的四大功能界面（如表1）。

● 精心设计教学策略

1.从易到难、呵护学生

“三维仿真教育系统”最能激发学生学习兴趣的就是机器人搭建。在笔者正式上课前，有的学生一打开软件就激动地搭起积木来，虽然他们已经多年不玩积木了，但他们的玩性并未泯灭。所以教师上第一节课非让学生玩不可，否则就太压抑学生的童真了。实物的积木对于学生来说容易搭建，而三维仿真界面里的积木搭建还需要教师着重点拨。例如，用鼠标的三个按键和滚轮控制场景视图，控制积木沿着X轴、Y轴、Z轴的旋转和移动以及在顶视图进行轮胎与马达轴的插接都需要教师做足够充分的讲解。笔者不限定学生搭建机器人的造型和传感器的选择，让他们像玩雕塑一样自由创造，因此学生们设计的机器人造型千姿百态，既可上九天揽月，也可下五洋捉鳖；既可登大雅之堂，也可在掌中摩玩。搭建机器人的学习内容极大地提高了学生的学习兴趣，丰富了学生的创造体验。教研组还在科技节打印出版了学生作品宣传栏（如图2），进一步激发了学生的学习热情。通过搭建机器人，学生幼时的记忆被全面唤醒，学习兴趣和对课程的期望大为提高。

从课程安排总体布局出发，结合传统的“算法与程序设计”学习规律，笔者按照如表2所示的顺序安排教学内容，具体任务则依据算法需要灵活设计，如讲顺序结构时，结合机器人的马达输出，控制其在具有童话色彩的场地前进、后退和各种转弯；讲永真循环时，结合触碰传感器控制机器人在方形螺旋路径围墙中行驶并撞球；讲子程序时，结合多机器人在不同颜色引导线上行走来选择最短上学路径。

“算法与程序设计”的学习难度较大，机器人又是一项全新的技术，再加上信息技术课程受学生的重视程度不及中考科目，授课教师一定要有充分的思想准备，竭力呵护学生的学习积极性，精心备好每一节课，从易到难地推进教学工作，避免学生因为畏难或失去兴趣而消极应付。笔者通过大量运用卡通图片或“星光大道”场景图片来提高任务环境的趣味性，调动全体学生的学习热情。

机器人的传感器牵涉很多物理量，初中学生的知识储备还不足，笔者在讲授相关传感器时将工作原理知识发布在导学案中，让喜欢探究的学生了解更加全面的知识；在设计课件时把复杂抽象、不可见的模拟量传感器用动画的形式加以演绎；通过实物展台演示实体机器人的传感器应用，帮助学生理解传感器的功能特点，同时也活跃了课堂气氛。笔者在设计（2）→（9）的教学内容时，选择机器人传感器（如下页表3）遵循从简单直观、可见物理量变化的开关量传感器到复杂抽象、不可见物理量变化的模拟量传感器的原则，同时兼顾到传感器所对应变量返回值范围从小到大的递进顺序，以利于学生理解和掌握传感器的使用。当然，对传感器的选择也不必面面俱到，否则难度太大会挫伤学生的学习兴趣和积极性，如寻迹卡和复眼传感器，它们要牵涉变量数组，可在参加竞赛或高中阶段的学生中讲授。

2.降低难度，分解任务

从教学目标的知识与技能维度来看，《三维仿真教育系统》的学习内容很充实，难度有易有难，所以我们要认清《编程》课不是竞赛培训，不是第二课堂活动，而是对全体初中学生普及机器人知识，实施教学大纲的“算法与程序设计”拓展模块教学。笔者在设计任务时通过控制新知识点的数量来降低学习的难度，保持全体学生的学习兴趣，防止出现两极分化。对于相对复杂又有难度的任务，设计时要考虑任务易于分解甚至与上节课的知识内容相关联，机器人模型可以不变，传感器的选择可以不变，场地的核心内容可以不变，策略程序可以部分复制。比如《穿越历史——出使琉球》这一课，笔者就将其分解为“①出使琉球”和“②痛击倭寇→凯旋”两节来上。第一节课重点解决使用“红外测距”传感器探测距离琉球岛的距离，当距离<10时停车；第二节课再解决探测“倭寇”，推倒骨牌并返回终点的细节调整，知识点没增加，但起到了巩固和迁移知识的作用。

3.虚实交替，导学并举

我校《编程》校本课程在多媒体网络教室上课，具备得天独厚的条件。首先，教师可以将教学内容广播到学生计算机屏幕上，学生看到的操作画面真切易懂；其次，教师通过实物展台演示实体机器人的外观和运动，帮助学生理解传感器的功能和物理特性，让学生感受到所做的三维仿真机器人并非虚无缥缈的东西，而是实实在在的机器人（如图3），在此建议教师每增加一种传感器应该演示一个实体机器人的运动实验，强化仿真机器人的客观真实性；再次，学生可以通过本校的作业评价管理软件获取教师授课的课件资料和导学案进行自主学习，提交和下载作业；最后，学生可以进行自评和互评，还可以组织多机器人同场竞赛的活动。

笔者针对课程的具体内容选择不同的教学方法。在讲授机器人搭建知识时，采用讲授法、任务驱动法；在讲解传感器应用时，采用直观演示法、学案导学法、任务驱动法；在讲授机器人编程时，采用讲授法、任务驱动法；在开展多机器人竞赛课时，采用小组合作学习法、讨论法。总之，教师应充分运用各种教学手段和教学资源，精心设计教学策略，虚实交替、导学并举，把《编程》校本课程上成师生都喜欢并有成就感的好课程。endprint