在中学工程教育中使用图形化编程语言
录入者：adminr 人气指数：次 发布时间：2014年04月08日
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课题名称：
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在中学工程教育中使用图形化编程语言
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时间
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2012年9月11日
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人数
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高一年新生16人
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内容
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乐高积木和Labview的编程环境有很多相似之处。Labview编程环境适用于数据采集和仪器控制，可以很好地集成乐高教育产品发展的传感器、马达和灯等输出设备。利用Labview的直观性和乐高积木的动手搭建性能，使得编程任务成为了好玩又有趣的过程。Labview的环境能极大满足各种高级用户的需求，同时也足以让年小的学生设计创作有意义的创新项目。学生可以广泛地探索工程设计领域的各种问题，没有这些工具可能无法解决这些问题。
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辅导情况
ROBOLAB软件是以美国国家仪器公司的LABVIEW软件为基础开发的图形化编程环境，拥有三个不同的图形化编程模式：导航者级别、发明家级别、研究者级别。导航者级别是最容易的编程模式。在此级别中使用了特殊的编程环境，能够使程序一直处于编译和执行中。发明家级别是第二个编程模式。通过连接把单独的图标连接在一起组成一个程序。编写好的程序可以包含所有类型的编程元件。例如：容器、参数、循环和函数图标。研究者级别是最高的编程模式。在此模式中包括了发明家级别中的所有功能，同时又增加了数据采集和高级数据分析功能。
学生在编程窗口中能够访问导航者和发明家两种编程模式，其中发明家编程模式，功能比较丰富，可以发挥学生的无限想象力。我们在培训过程中首先给学生做了该软件的简要介绍，并详细介绍了软件的编程技巧。坚持使用挑战项目为主体，而非传统的在每一章节后布置家庭作业的方式。在每个挑战项目中，我们为每位学生设计了一项必须完成的任务。由学生设计、构建一个机器人，并编程完成某个指定任务。为了培养学生的创新素养，鼓励学生采取多个不同的解决方案，并采用积极的评价机制，学生在学习过程中，每成功地完成一个挑战项目，都能获得相应的“技能牌”。
在辅导初期，主要介绍一些入门的知识，比如“LEGO Mindstorms”的硬件和“ROBOLAB”软件的难点、要点和电子知识，以及使用RCX的一些前期准备，如下载乐高操作系统、安装Robolab软件等。在后续的培训项目中，我们分别设计了多个不同的挑战项目，循序渐进，层层紧扣。
RCX是乐高头脑风暴套件的大脑，分布有六个端口：三个输入端口（1、2、3）用于连接传感器；三个输出端口（A、B、C）用于连接电机、灯和其他输出设备。在引导学生了解RCX时，我们还鼓励一些拥有基本电子技能的学生，对RCX的输入设备和输出设备进行扩展。这又极大地调动了学生的积极性和创造性。
许多学生在小时候都玩过LEGO积木，对一些看上去陌生的积木块上手也比较快，为此我们着眼于学生搭建技巧方面的培养，首先给学生介绍了一些乐高积木的术语在实践过程当中，培养学生的动手能力，经过一个阶段的训练，工作室的学生基本上都拥有较强的积木搭建能力，能独立完成一个大的项目的设计与组建。
创新和审美在工程中通常会被忽略掉，但是两者在设计过程中都占有非常重要的位置。学生在设计过程中，我们不断提醒他们不能忽略对外观的关注。有特色的创新设计往往只要花很少的投入，就可以获取更大的创意空间。乐高“头脑风暴”是时下最流行的培养创新能力的形式，目的是产生尽可能多的问题解决方案。我们通过一些培养创新思维的方法，帮助学生克服创新障碍。这就给学生提供了更加明显的竞争优势。
中国有一句老话：只说给我听，我会忘；做给我看，我能记住；但让我参与，我将真正理解。工作室在培训过程中，就是牢牢采取这样的教学理念。在挑战项目解决过程中，我们假设学生是作为一个小团队中的一员在工作，在团队工作中，学生可以针对解决方案讨论、说服甚至争吵。在初级导航者和初级发明家阶段，我们给学生设计了多个挑战项目，比如让学生应用导航者级别4，设计和搭建一辆能够通过触动传感器激活并能爬陡峭斜面的机器人；此外，还让学生设计并搭建一个边沿检测器能够对黑、白之间的变化产生反映，当装置在白到黑的变化时发出一种声音，而在黑到白的变化时发出另一种声音。实验需要一条白纸条，上面有深浅变化的黑色条纹。编程的基本算法是读当前的光电传感器值，并和上次的读值比较，如果没有差异，那就没有颜色的变化，如果有差异，那变化就出现了，应当发出声音，学生必须确定什么是两次读书的差异这种交互使得学生能够直接地参与到学习的过程中，并且按照自己的思路去思考。指导老师的作用更多地体现在辅导而非传授。这就很好地锻炼了学生的独立思考能力、创新思维和团队沟通、协调、合作能力。
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