機器人編程第一步:分解

這是如何用機器人編程教授計算思維的第一篇,今天我們來講講分解在機器人課堂的應用。
機器人是嚴格按照程序設計來運行的,而程序是溝通人與機器人的橋梁,所以在寫程序前,首先要明確你想要機器人做什么,是要讓它前進,還是后退,左轉還是右轉。
如果說把知道任務是什么比做事我要吃水果,那么簡單的任務是吃蘋果,洗洗就能吃,復雜的任務就是吃西瓜,你要切開才能吃,除非牙口好。復雜的任務要切開看看,也就是要分解,分解成更微觀的細節(jié)問題,然后一口一塊,每一個細節(jié)問題都很輕松的解決。
那么問題來了,怎么切好呢,切的好了,吃的也爽,切的不好,吃的滿臉汁水。同樣對任務進行拆解時,也應該采用好的邏輯或結構,最簡單的就是用別人總結好的框架,像經典的SWOT框架,5W2H等。那在小學階段機器人教學中,最常用的是兩個:
1.按流程或者順序分解
大部分時候,機器人一次只能做一件事,不可能直行的同時左轉,所以為了完成路線,機器人的動作一定有先后順序。
最常見的是巡線任務。

image.png

這個任務要求從起點到D點,停留2秒,然后到達E點。
任務分解為:前進,右轉,前進,左轉,前進,右轉,前進,停留2秒,掉頭,前進,右轉,前進。

2.按條件分解
我們做遙控車的時候,機器人的前進后退就沒有先后了,取決于我們按下了哪個按鍵,也就是根據條件的不同來分解。

簡單遙控車的控制任務分解為:
  如果觸碰1按下,則前進
  否則如果觸碰2按下,則后退
  否則如果觸碰3按下,則左轉
  否則如果觸碰4按下,則右轉
  否則停止

分解過程中我們要嚴格遵守逐層不漏不重的原則。逐層的意思是分解問題的時候好要一層一層進行,每一步都是按照固定的條件來分。比如對人類這個概念進行分解,按性別可以分為男、女,再按年齡來分,男人可以分為男嬰,少男,青年男人,中年男人,老年男人。這里的按性別就是一層,按年齡又是一層。如果分解為男,少女,這就是錯層了。
不漏不重對應的是金字塔理論里的MECE:相互獨立,完全窮盡。對每一層的分解中,所有的子問題都必須是父問題的一個部分,彼此互斥,但是合并起來又是父問題的全部。比如把男人分為青年男人、中年男人、老年男人,這就漏了。比如把女人分為瓜子臉、大長腿,這就有重疊又有遺漏。

回到上面那個巡線任務,很多孩子因為思維比較跳躍,總是會把各個層串在一起,比如明明是讓他們簡單的把巡線任務分解成直行,左轉等,他們總是會陷入到考慮左轉怎么轉的具體問題去,這就是錯層了;或者在分析每一步的具體實現(xiàn)時,又會把后面的步驟混到了前面的步驟里,這就是重疊了。錯層或者重疊往往導致了問題復雜化,而分解的根本在于降低單次思考的復雜度。
完全窮盡呢,就是要把各個步驟環(huán)節(jié)考慮清楚,不要有所遺漏,任務要求從起點到D,再到E,那我們就不能忽略了D點直接去E點。
除了上面兩個外,在機器人任務分解里還有一個很重要,就是每一步要表達清晰精確,比如左轉或右轉,很多孩子習慣性的說拐彎,對人來說,當他聽到拐彎時,會結合各種信息對拐彎這個詞進行腦補,會很容易得出左轉或右轉的結論,但是機器人不一樣,說左轉就是左轉,不會右轉,同樣右轉也是,沒辦法理解拐彎這種模擬兩可的描述。

為了更加直觀嚴謹,我們可以用流程圖來展示我們分解好的問題。
很多孩子視流程圖為洪水猛獸,每次寫流程圖都像是要了他們的命,可是當他們發(fā)現(xiàn)遇到的問題開始復雜了,光憑自己大腦記憶已經無法清晰的把自己的思路變成程序的時候,他們主動的拿出紙筆,開始畫起流程圖。你看,好的方法不怕你不喜歡它,等你知道它的好的時候,你會想起它。
流程圖就只是個工具,把你的思路用圖形表達出來。橢圓表示開始或結束,矩形表示步驟,菱形表示選擇,箭頭表示流程或者方向。知道這些就足夠把你的思路表示清楚了。


巡線任務

遙控車.png

到了這里我們第一步分解任務也就差不多了。孩子的思維是發(fā)散的,點狀的,這也是他們可以天馬星空的想象的原因,但也是他們很難完整的思考和處理一件事情的原因。計算思維則提供了可行的方法,可以幫助他們更好解決問題,掌握計算思維不是用條條框框去限制孩子的想象力,而是給他們一個可以使用的工具,交給他們自己來使用。而分解這是這個工具的一個核心,幫助孩子聚焦在一個簡單具體問題上,解決完一個再來下一個,就像游戲一樣,一關一關的就打到最終BOSS了。

后面就要針對每一步進行具體的分析了。那就詳見下回分析吧。
老規(guī)矩,貓貓鎮(zhèn)樓。


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