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摘 要：本文讲述笔者结合无人小车讲授如何设计简单的分支算法，编写实现智能追光小车程序的教学实施过程。这是一节让学生首次真正地运用if语句来自主设计程序算法的课程，存在不少的难度，但均被笔者在教学中一一予以化解，从而取得了不错的教学效果。
关键词：开源硬件；无人小车；算法；IF；智能家居；传感器；运动方向
一、理论探究
本课程结合无人小车受光照控制的运动过程向学生讲授使用IF语句构建简单算法的程序编写方法。
教学的对象是我校高一年级选修了“智能家居”校本课程的学生，这些学生主要来自广州市城乡结合部的农村地区，动手能力相对较强一些，思维比较活跃，善于思考。但由于生活环境问题，多数学生此前较少接触到无人车等智能设备的相关知识的学习，因此学生基础整体较低。但通过前面课程的学习，学生已经掌握Arduino变量类型、各种运算符、关系表达式、逻辑表达式、以及基本输入输出语句等知识，并初步学习了IF语句，因此具有了一定的算法学习的基础。但这是学生第一次真正运用IF语句设计算法来驱动无人车，因此总体来说，教学上还是具有一定的难度。
经过反复推敲，笔者采用教师主导和学案辅助的双轨模式开展教学活动。教学前向学生分发了制作较为精细的学习方案指引，使学生学前能充分了解相关知识和学习要点。课中教师通过进一步的教学指导解决一些疑难知识点，使学习效率得以提高。为了进一步降低学习难度和节约课堂时间，教师事前写好除算法关键语句外的程序主体部分，学生在课堂中只需要补充关键的算法语句，即可实现无人小车的“智能”控制。
二、课程的实施
（一）课前准备
考虑学习的针对性和管理的便捷性，教师课前将各实验小组的无人车先安装起来，本节课无人车将要使用到的硬件模块有：Arduino主控板、光照检测器、马达驱动器、马达和连线等。这樣上课时学生只需要专心学习程序算法，而排除硬件安装、接线等非本节任务对本节知识学习的干扰。另外，为了保护车辆硬件尽量不被损毁，使学生对无人小车负起管理和维护的责任，应给每辆车子贴好组号标签，并选出组长以负责管理使用。
“兴趣是最好的老师”，为了激发学生的学习兴趣，并给学生带来相对震撼的亲身感受，笔者还于课前制作了一辆演示用的追光无人小车，以便课堂向学生进行演示和引导学生思考，进而引发学生学习的兴趣。
此外，本课须在计算机网络教室中开展，须事前准备好相关场室和安装好Arduino IDE软件。
（二）授课环节
本课主要设计了五个教学环节，它们分别是：
1.导入新课
教师开启事前准备好的无人小车，并故弄玄虚地说它是自己新养的机器宠物，十分听话，然后打开手电筒进行遥控牵引，同时邀请学生进行牵引玩乐，并引导学生思考以下三个问题：1.小车为什么会“听”话？它的听、视觉器官是什么？我们的驱动程序要怎么编写？具体是用哪种程序结构？通过该活动引发学生学习兴趣，进而引导学生思考无人小车的软硬件构成，并顺势引出本节课的课题“利用程序分支制作追光无人小车”。
在该环节，教师要提醒学生留意无人小车上安装了几个光照检测器，及思考为何要如此安装，它们的作用是什么？为了引起学生的重视，可让一两位学生来回答。
2.基础讲授
为了更高效地向学生说明无人小车的工作原理，教师通过的工作流程图来说明。
3.采集分析数据构建算法
学生将无人小车与电脑连接，并打开Arduino IDE编程软件的串口监视窗口，然后用手电筒照射无人小车的三个传感器，读取屏幕上显示的传感器采集的数据，并填入数据采集表对应位置。
活动中，让部分学生来说明他的数据采集情况，并以他个人的观点分析这些情况下小车应该执行的动作。通过个别学生的分析活动来带动整体学生去思考、推敲算法。
4.实验验证算法
教师通过以下的描述来完成教学：由上可知追光小车的算法是：驱动小车向传感器数值较小的方向运动。在程序里怎么写呢？下面的程序里已定义了“Left、Middle、Right”三个变量表示左、中、右三个光照传感器。语句“analogWrite（Lmotor，速度）；、analogWrite（Rmotor，速度）；”分别用于驱动左右两个马达。请大家分析并完成算法，在括号里填写相应的内容以补充完整程序，然后将程序下载到无人小车中进行效果测试。
5.小结与作业
交流展示、评价程序填写情况，询问设计初衷和程序验证情况，两者是否一致，若出现偏差，思考其因。同时引领大家思考该生程序填写中存在的问题和优点。这是对知识的有效梳理，也使知识更巩固。
三、回顾和反思
这是一节让学生运用if语句来自主设计程序算法的课程。为使课程实施起来顺利、有趣，笔者通过各种措施来降低学习的难度，并尽量增加课程的趣味性。将教学过程设计成“体验、理论学习、反推算法、书写并验证算法”等四个主环节，前后环节相连紧扣，以学生活动为主体展开学习探究。由于准备充分和教学方法运用得当，不少学生都能根据自己的思考正确填写完整算法程序，这次教学达到了基本的教学目标，效果总体满意。
在磨课的过程中也发现了一些问题，但在后续班级的教学中被一一解决了。例如：实验小车过早发放造成学生的注意力被分散，而未能有效听取理论讲授的相关知识，因此小车的发放改为理论讲授环节结束后再进行。由于此前大部分学生并无任何实战型的程序算法设计经验，完整的程序设计难倒了绝大部分学生，因此而改成填充关键语句的形式，并在上课过程中给以适时、必要的提示。
参考文献
[1]童琳.《分支结构的程序实现》教学设计[J].教育教学论坛，2012（07）：226-227.
[2]李延飞.从语句编译到算法设计——计算思维的发展路径[J].学周刊，2018（30）：179-180.
[3]南姣芬，杨文雅，李红婵，朱颢东.《算法设计与分析》教学过程中的思考[J].教育现代化，2019，6（35）：189-190.
关键词：开源硬件；无人小车；算法；IF；智能家居；传感器；运动方向
一、理论探究
本课程结合无人小车受光照控制的运动过程向学生讲授使用IF语句构建简单算法的程序编写方法。
教学的对象是我校高一年级选修了“智能家居”校本课程的学生，这些学生主要来自广州市城乡结合部的农村地区，动手能力相对较强一些，思维比较活跃，善于思考。但由于生活环境问题，多数学生此前较少接触到无人车等智能设备的相关知识的学习，因此学生基础整体较低。但通过前面课程的学习，学生已经掌握Arduino变量类型、各种运算符、关系表达式、逻辑表达式、以及基本输入输出语句等知识，并初步学习了IF语句，因此具有了一定的算法学习的基础。但这是学生第一次真正运用IF语句设计算法来驱动无人车，因此总体来说，教学上还是具有一定的难度。
经过反复推敲，笔者采用教师主导和学案辅助的双轨模式开展教学活动。教学前向学生分发了制作较为精细的学习方案指引，使学生学前能充分了解相关知识和学习要点。课中教师通过进一步的教学指导解决一些疑难知识点，使学习效率得以提高。为了进一步降低学习难度和节约课堂时间，教师事前写好除算法关键语句外的程序主体部分，学生在课堂中只需要补充关键的算法语句，即可实现无人小车的“智能”控制。
二、课程的实施
（一）课前准备
考虑学习的针对性和管理的便捷性，教师课前将各实验小组的无人车先安装起来，本节课无人车将要使用到的硬件模块有：Arduino主控板、光照检测器、马达驱动器、马达和连线等。这樣上课时学生只需要专心学习程序算法，而排除硬件安装、接线等非本节任务对本节知识学习的干扰。另外，为了保护车辆硬件尽量不被损毁，使学生对无人小车负起管理和维护的责任，应给每辆车子贴好组号标签，并选出组长以负责管理使用。
“兴趣是最好的老师”，为了激发学生的学习兴趣，并给学生带来相对震撼的亲身感受，笔者还于课前制作了一辆演示用的追光无人小车，以便课堂向学生进行演示和引导学生思考，进而引发学生学习的兴趣。
此外，本课须在计算机网络教室中开展，须事前准备好相关场室和安装好Arduino IDE软件。
（二）授课环节
本课主要设计了五个教学环节，它们分别是：
1.导入新课
教师开启事前准备好的无人小车，并故弄玄虚地说它是自己新养的机器宠物，十分听话，然后打开手电筒进行遥控牵引，同时邀请学生进行牵引玩乐，并引导学生思考以下三个问题：1.小车为什么会“听”话？它的听、视觉器官是什么？我们的驱动程序要怎么编写？具体是用哪种程序结构？通过该活动引发学生学习兴趣，进而引导学生思考无人小车的软硬件构成，并顺势引出本节课的课题“利用程序分支制作追光无人小车”。
在该环节，教师要提醒学生留意无人小车上安装了几个光照检测器，及思考为何要如此安装，它们的作用是什么？为了引起学生的重视，可让一两位学生来回答。
2.基础讲授
为了更高效地向学生说明无人小车的工作原理，教师通过的工作流程图来说明。
3.采集分析数据构建算法
学生将无人小车与电脑连接，并打开Arduino IDE编程软件的串口监视窗口，然后用手电筒照射无人小车的三个传感器，读取屏幕上显示的传感器采集的数据，并填入数据采集表对应位置。
活动中，让部分学生来说明他的数据采集情况，并以他个人的观点分析这些情况下小车应该执行的动作。通过个别学生的分析活动来带动整体学生去思考、推敲算法。
4.实验验证算法
教师通过以下的描述来完成教学：由上可知追光小车的算法是：驱动小车向传感器数值较小的方向运动。在程序里怎么写呢？下面的程序里已定义了“Left、Middle、Right”三个变量表示左、中、右三个光照传感器。语句“analogWrite（Lmotor，速度）；、analogWrite（Rmotor，速度）；”分别用于驱动左右两个马达。请大家分析并完成算法，在括号里填写相应的内容以补充完整程序，然后将程序下载到无人小车中进行效果测试。
5.小结与作业
交流展示、评价程序填写情况，询问设计初衷和程序验证情况，两者是否一致，若出现偏差，思考其因。同时引领大家思考该生程序填写中存在的问题和优点。这是对知识的有效梳理，也使知识更巩固。
三、回顾和反思
这是一节让学生运用if语句来自主设计程序算法的课程。为使课程实施起来顺利、有趣，笔者通过各种措施来降低学习的难度，并尽量增加课程的趣味性。将教学过程设计成“体验、理论学习、反推算法、书写并验证算法”等四个主环节，前后环节相连紧扣，以学生活动为主体展开学习探究。由于准备充分和教学方法运用得当，不少学生都能根据自己的思考正确填写完整算法程序，这次教学达到了基本的教学目标，效果总体满意。
在磨课的过程中也发现了一些问题，但在后续班级的教学中被一一解决了。例如：实验小车过早发放造成学生的注意力被分散，而未能有效听取理论讲授的相关知识，因此小车的发放改为理论讲授环节结束后再进行。由于此前大部分学生并无任何实战型的程序算法设计经验，完整的程序设计难倒了绝大部分学生，因此而改成填充关键语句的形式，并在上课过程中给以适时、必要的提示。
参考文献
[1]童琳.《分支结构的程序实现》教学设计[J].教育教学论坛，2012（07）：226-227.
[2]李延飞.从语句编译到算法设计——计算思维的发展路径[J].学周刊，2018（30）：179-180.
[3]南姣芬，杨文雅，李红婵，朱颢东.《算法设计与分析》教学过程中的思考[J].教育现代化，2019，6（35）：189-190.