北京市宣武青少年科学技术馆
随着人工智能技术的快速发展，智能机器人逐渐成为人类生活的重要组成部分，机器人如何更好地与人类进行情感交流，是一个值得探索的问题。表情作为人类情感表达的重要方式之一，可以帮助人们快速传递情绪信息，设计能够表达情感的机器人表情图案，有助于增强人机交互的自然性和趣味性。
本次教学活动以《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》为指导，结合机器人编程与汉语情绪成语词条，旨在引导学生通过设计和制作机器人表情图案，提升计算思维和数字化工具应用技能。活动采取项目式学习方式，引导学生在真实问题驱动下，经历原理运用、计算思维和数字化工具应用过程，最终完成机器人表情图案的设计与制作。
教学目标与思路
教学目标
提升计算思维能力通过感受情绪成语词条、绘制面部表情、转换像素模式和编程表情图案，培养学生分层解析、建立流程和识别模式的能力。
增强数字化工具应用技能引导学生使用机器人图像编辑器和“像素洞洞板”教具，掌握数字化工具的使用方法，提升技术应用能力。
促进情感教育通过学习情绪成语词条和设计表情图案，帮助学生认识情绪、理解情绪，提升共情能力和社交能力。
弘扬中华文化将汉语情绪成语词条与机器人编程相结合，增强学生对中华优秀传统文化的认同感和自信心。
本课程适合3年级以上具备一定编程基础的学生。
图1 教学核心理念
设计思路
本活动聚焦机器人表情图案设计制作，引导学生在活动中分层解析、建立流程、识别模式，通过情绪词条感受、面部表情绘制、像素模式转换、表情图案编程等过程，学会机器人表情图案制作的技能，培养学生的计算思维、信息意识，以及信息科技学科核心素养。
项目式学习以真实问题为驱动，通过“看‘心’、演‘心’、画‘心’、学‘心’、谋‘心’、制‘心’、读‘心’、展‘心’、传‘心’”九个环节，引导学生在实践中探究。
学科融合将信息科技与汉语相结合，学生在正确认识情绪的基础上，通过编程呈现从情绪成语词条含义到外在面部表情，再到机器人拟人表情之间的知识链接，一方面有效提升编程过程中学生对中华优秀传统文化的自信，继承和弘扬中华文化底蕴；同时引导学生在具体语言情景中提升语言运用能力、创造思维和计算思维能力。
多感官调用通过看、画、演、编、猜、展等多种活动形式，帮助他们更好地理解和表达情绪。
身心教育在活动中融入情绪管理教育，引导学生正确认识情绪，理解情绪引发的行为及后果，提升自我情绪认知能力。
设计原理和方法
设计原理
情绪与表情的关系情绪是心理状态的直接表现，而表情是情绪的外在表现形式。通过分析情绪成语词条的含义，可以提炼出对应的表情特征。
图案像素化机器人液晶屏显示方式为像素点模式，通过“像素洞洞板”教具，将常规表情图片转换为像素图案，让学生了解像素概念，帮助学生更好地掌握机器人图像编辑器的使用方法。
编程控制通过机器人图像编辑器，将设计好的像素图案编程为机器人可执行的代码，实现表情图案的显示和动态变化。
设计方法
情绪成语词条分析选择与情绪相关的成语词条，如“嫣然一笑”“怒火中烧”等，引导学生通过查阅字典的方式了解、分析其含义及对应的表情特征。这一过程旨在帮助学生理解成语中蕴含的情绪信息，将抽象的语言表达与具体的表情特征联系起来，从而提升学生的语言运用能力和情感认知能力。同时，通过成语学习，学生不仅能够更深地理解成语的含义，学会用成语表达复杂的情绪，增强共情能力，还能增强学生对中华优秀传统文化的认同感和自信心。此外，查阅字典和小组讨论也锻炼了学生的自主学习能力和团队协作能力。
表情图案设计使用“像素洞洞板”将表情图片转换为像素模式，绘制出符合情绪特征的像素图案。这一过程的目的是通过像素化处理，将抽象的表情特征转化为具体的像素图案，培养学生的艺术表现力和技术应用能力。同时，这也有助于提升学生的空间想象力和逻辑思维能力。在这个过程中，学生能够更直观地理解像素的概念及其在图像显示中的作用，提升对技术原理的认知。
编程实现通过机器人图像编辑器，将设计好的表情图案转换为像素化的代码，再通过编程将这些代码映射到OLED液晶屏的像素点上，从而实现表情图案在OLED液晶屏上的显示和动态变化。这一过程不仅涉及图像的像素化处理，学生还学会了如何将表情图片通过编程转化为可在OLED液晶屏上显示的图案，提升了他们对像素化原理和编程控制的理解。
互动展示通过小组展示和互猜活动，验证表情图案的准确性，进一步优化设计。这一环节旨在验证表情图案是否能够准确传达情绪信息，并根据反馈进行优化。互猜活动的趣味性能够激发学生对机器人编程和情感表达的兴趣，增强学习动力。同时，学生能够从他人的反馈中发现自己设计中的不足，学会如何改进自己的作品，提升批判性思维能力。
教学过程
第一阶段：提出问题
看“心”通过展示表情图片，引导学生观察和描述表情特征，提出问题：通过什么样的脸部表情判断情绪变化？
演“心”学生通过角色扮演，真实情景导入，体验情绪成语词条的含义，感受面部表情与情绪的直接联系。
画“心”学生查阅汉语词典，理解情绪成语词条的含义，并绘制对应的表情图案，将抽象的情绪成语词条具象化。
[设计意图]探索情绪变化与脸部表情之间的关系；感受表情词条与心理情绪的直接联系。
第二阶段：机器人表情方案设计
学“心”了解像素点概念和机器人屏幕显示原理，使用“像素洞洞板”将表情图片转换为像素模式，使用机器人图像编辑器，给机器人添加一个固定表情，表现它的“情感”，完成一幅表情图案的编程控制。
谋“心”教师提前准备表情成语词条并密封成为表情密语，每组学生随机抽取，且仅本小组知晓，通过查阅汉语字典了解其含义，使用机器人图像编辑器完成表情图案的设计与绘制。
[设计意图]理解像素图案的构成，学会将普通图片像素化的方法；学会设计绘制机器人表情图案。
第三阶段：设计物化——机器人表情实践制作
制“心”学生根据设计方案，核对表情设计方案与表情谜语词条含义的一致性，运用编程技能开展表情机器人的程序编写与制作。
读“心”小组之间轮流展示作品，互猜机器人表情所表达的情绪含义，并完善、调整本组表情图案设计。
[设计意图]引导学生在活动中实践制作表情机器人，逐步培养创新物化和技术应用能力；认识机器人表情动作的重要性和作用。
第四阶段：展示交流，提升信息创新意识
展“心”展示我国类人机器人的面部设计，提出遵守信息社会法律法规及信息社会创新意识的希望。
图2 教学活动流程
图3 表情图案处理过程示例
教学效果与收获
本次教学活动通过项目式学习方式，将信息科技与语文、艺术等学科相结合，帮助学生在真实问题驱动下，经历原理运用、计算思维和数字化工具应用的过程，最终完成了机器人表情图案的设计与制作。活动不仅提升了学生的计算思维能力和数字化工具应用技能，还促进了情感教育，增强了文化自信。
该项目获得第 38 届全国青少年科技创新大赛科技辅导员科技教育创新成果二等奖
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编辑 | 孟想
审校 | 若惜、朱志安
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