吴筝   上海市曹杨第二中学信息科技教师、高级职称、教育硕士。曾获上海市中青年教师教学评优一等奖，多次获中国儿童青少年威盛中国芯HTC计算机表演赛全国总决赛最佳指导教师、最佳组织奖等荣誉称号，多次指导学生在全国、市级各类信息技术竞赛中获一等奖。

学习背景

随着人工智能、人机交互、开源硬件等技术在教育领域的崛起，编程将成为与听说读写一样重要的信息化社会生存必备技能。本案例以机器人“程小奔”为硬件载体，以mBlock5为软件支撑，采用软硬结合的方式，将编程创意变成“摸得着”的实物。案例以生活中重要的交通安全为背景展开教学，将STEM教育的理念融入具体实际问题的解决过程中，在培养学生的逻辑思维能力、实践能力与创新能力的同时，也达到安全教育的目标。

教学目标
 

知识与技能：

1.描述颜色红外传感器的作用。

2.使用RGB灯与光线传感器采集颜色数值，判断不同的颜色，从而控制小车的行动。
 

3.使用mBlock5软件进行程序编写。
 

过程与方法：

1.能观察分析颜色卡片与传感器检测到的颜色之间的关系。
 

2.有效运用“观察现象—发现问题—分析原因—尝试解决”的程序调试方法，解决实际问题。

情感态度与价值观：

1.体验人机交互的过程，提升学习兴趣与创新思维。
 

2.培养“遵守交通规则，从我做起”的意识。
 

教学重点与难点
 

1.观察分析颜色卡片与传感器检测到的颜色之间的关系。

2.使用RGB灯与光线传感器采集颜色数值，判断不同的颜色，控制小车的行动。

教学过程
 

一、激趣导入，创设情境
 

教师播放各大城市车辆川流不息的画面以及各种交通事故的图片，让学生们在观看中了解到交通事故的发生与人们交通安全意识淡薄、不遵守交通规则有很大关系，深刻体会到懂得交通规则、遵守交通规则的重要性。
 

本课以车辆行驶为研究对象，让学生从驾驶员的视角思考车辆应该怎样遵守交通法规，进而展开机器人小车的程序设计。
 

二、头脑风暴，获取新知
 

教师组织学生讨论车辆在十字路口遇到交通信号灯应该遵守的规则，进而分析控制机器人小车运动的关键要素，理解颜色红外传感器在本作品中的作用，并分析驱动机器人小车的大致步骤。
 

三、应用新知，探究实验
 

教师组织学生将机器人小车与计算机相连，在mBlock5软件中编写简单程序，观察颜色卡片与传感器检测到的颜色之间的关系，判断颜色卡片与小车之间的合适距离。在前期讨论和观察分析的基础上，尝试在mBlock5软件中编写驱动小车的算法程序。

四、编程调试，巩固新知
 

教师组织学生经历观察现象、发现问题、分析原因、尝试解决等过程，逐步完善程序编写，在实践过程中加深对人机交互解决问题的理解。
 

五、展示评价，拓展创新
 

教师组织学生向全班同学展示作品，介绍设计思路、遇到的问题以及解决的方法，由教师和其他学生一起对作品进行评价，并引导学生思考如何对作品进行进一步完善和创新。
 

案例详解

一、了解交通规则
 

教师带领学生了解车辆在十字路口遇到交通信号灯时应该如何遵守规则。学生们懂得，红灯亮时表示禁止通行；绿灯亮时表示可以通行；黄灯亮时表示不准通行，但已经越过停止线的车辆可以继续通行。
 

本课要求学生能初步实现机器人小车检测到红色卡片停，检测到绿色卡片行这一目标。
 

二、颜色识别
 

小车自带颜色红外传感器，该组传感器包括红外发射模块、红外接收模块、RGB灯、光线传感器、补光灯（如图1）。借助该组传感器和mBlock5软件可以实现对障碍物、颜色、环境光强度、反射光强度、红外反射光强度、灰度值等进行检测（如图2）。

图1

图2

小车主要使用RGB灯和光线传感器进行颜色识别，理论上可以检测出的颜色有8种，分别是红、绿、蓝、黄、青、紫、黑、白，除此之外还可以单独检测出某种颜色的红、绿、蓝色值。检测的结果与环境光的强度以及卡片离小车传感器的距离有很大关系。

三、机器人小车编程步骤
 

第1步：使用USB线将机器人连接到计算机，然后打开机器人开关。
 

第2步：打开mBlock5软件，连接对应串口。（如图3）

图3

第3步：在mBlock5软件中拖动积木，编写相应程序。
 

第4步：将写好的程序上传到机器人上（如图4），观察效果。

图4

四、程序设计与调试
 

1.需求分析
 

小车的初始状态有两种：（1）小车在行进过程中；（2）小车停在原地。
 

根据之前的讨论可知，有两种情况需要判断：（1）当检测到小车前的卡片颜色是红色，则小车立即停止运动；（2）当检测到小车前的卡片颜色是绿色，则小车开始前进。
 

2.程序设计
 

小车的初始状态可以用两个功能按钮分别控制（如图5）。按下按钮A表示程序一开始小车就处于前进状态，按下按钮B表示程序开始的时候小车处于静止状态。

图5

因为引起小车运动状态改变是基于对特定的两种颜色进行判断，所以建议使用两个“如果……那么……”对两种情况进行单独判断（如图6），而不是“如果……那么……否则……”。

图6

小车在程序运行中需要不断检测车前情况是否发生变化，如果发生变化，需要根据检测结果让小车持续前进一段时间或者持续停止一段时间，所以需要一个“重复执行”的循环结构来保证程序的有效执行。（如图7）

图7

本案例的具体程序：当按下按钮A（如图8），小车开始以30%的动力前进，直到检测到车前有卡片，然后判断卡片的颜色，如果检测到的颜色是红色，表示信号灯红灯亮，则机器人的RGB LED灯亮起红色灯，小车立即停止运动；如果检测到的颜色是绿色，表示信号灯绿灯亮，则机器人的RGB LED灯亮起绿色灯，小车立即以30%的动力前进。当按下按钮B（如图9），小车直接开始检测车前的卡片颜色，如果没有卡片，或者检测到的颜色不是红色或绿色，则小车保持静止不动，直到检测到的卡片颜色为绿色。

图8

图9

五、拓展创新
 

作品展示交流后，给学生一些时间梳理设计思路、完善提升作品。教师也可以提出一些拓展要求供学生挑战，如在十字路口遇到交通信号灯左转、右转，或者遇到黄色信号灯，小车应该如何判断等，并编写出相应程序。