魔法积木大冒险 让小学生理解编程 「驯服」AI机械人｜星岛教室
发布时间：16:00 2025-11-18 HKT
「老师，我的机械人会自己走路了！」学生们兴奋地举着一块绿色积木，像挥舞魔法杖一样，指挥地上的机械人转弯、前进。这不是霍格华兹的魔法课，而是我校初小机械小组的实物编程课堂——学生不用碰电脑、看屏幕，只用彩色积木就可「教晓」AI机械人完成任务！他们证明了：编程不是工程师的专利，连7岁孩子亦可用积木玩转人工智能！
积木暗藏编程密码
对初小学生而言，编程不一定要从电脑开始。「不插电编程」透过实体教具、游戏或角色扮演，让孩子在毋须电子设备下理解编程逻辑，既能保护视力，又可降低学习门槛。学生可透过动手拼砌、观察结果、反复调整指令，掌握顺序、循环、条件判断等核心概念，培养解难能力与逻辑思维。这种结合游戏与学习的方式，特别适合好奇心旺盛的孩子，为日后接触正式编程打好基础。
Matatalab教具就是透过实体积木来学习编程。彩色积木上的方向箭头、数字标记和循环符号，都经过精心设计，让低年级学生可直观理解编程概念。每块积木底部都藏有导电涂层，当学生将积木拼接到编程板上时，就形成一个完整电路系统。机械人顶部的光学感应器会扫描这些积木组合，将实体指令转化为行动代码，就像摩斯密码一样精准传达指令。
在一次课堂活动中，学生须操控Matatalab机械人从起点出发，绕过障碍物，抵达藏有宝物的位置。起初，其中一名学生将「前进」积木连续放了5块，结果机械人冲过了宝物位置，撞上墙壁。他感到困惑，但在老师引导下，他开始观察机械人的行动轨迹，并尝试减少指令数量。经过3次调整，他成功让机械人停在正确位置，并兴奋地向同学解释：「原来我多放了2块积木，机械人就走太远了！」
其后在设计路线时，发现机械人总是偏离目标。他便主动提出：「是不是我把转弯的方向搞错了？」于是他与同伴检查积木排列，发现「左转」与「右转」积木混淆了。他修正后成功完成任务，并记下错误原因，下一次挑战时便不再重蹈覆辙。这种从错误中学习、主动除错的行为，正是计算思维中「除错与反思」的核心能力。
这种在课堂中累积的实战经验，为学生日后参与大型编程挑战赛打下稳固基础。从一次次的错误中学习，他们不仅掌握了基本指令运用，更培养出独立思考与策略规划的能力。
笔者今年便带领这一众「小小AI驯兽师」参加了「Matata World大湾区不插电编程挑战赛2025」，在挑战赛中，学生须独自完成3个限时障碍任务。他们须指挥机械人穿越各个红色障碍物，成功到达终点。学生必须灵活运用数学几何知识来完成任务，例如当遇到重复路线时，学生便使用「回圈积木」来简化程序，避免重复摆放相同指令的麻烦。冠军队伍更发展出一套「地图拆解法」，将整幅地图分成不同部分，分别设计子程序，完美展现了计算思维中的「分治法」。
「分治法」化繁为简
1. 分拆子问题
在计算思维的广阔天地中，「分治法」犹如一把锋利的解剖刀，是解决复杂问题的高效策略。其核心理念非常直白却极具威力——「分而治之」。试想像你面对一座巍峨高山，直接攀登困难重重。分治法的智慧在于，它教你如何将这座大山分解成数座较为矮小、结构相似且更易于征服的小山丘（子问题）。这个分解的过程至关重要，须确保子问题不仅规模缩小，更应相互独立，便于逐个击破。
2. 逐个直接求解
分解完成后，紧接着便是解决的阶段。对于这些较小的子问题，如果它们已经小到可以轻松直接求解（此即所谓的「基本情况」），便立即得出答案；倘若仍嫌复杂，则可递回地再次运用分治法，如同套用同一套心法，将子问题继续分解、再解决，直至抵达可直解的基本情况为止。这种「自我引用」的特性是分治法常见的实现方式。
3. 合并完整解答
最后，也是最关键的一步，在于「合并」。当所有子问题都成功被攻克后，我们不能仅满足于零散的胜利。分治法的精妙之处在于，它能局部解答这些分散的子问题，按照问题本身的逻辑关系，有效地整合起来，最终拼凑出最初庞大问题的完整解答。这就如将精心雕琢的零件，组合成精密的仪器。
「不插电编程」新趋势
「不插电编程」已成全球教育新趋势，许多国家已将其纳入初小课程，因它符合「游戏中学习」理念。在香港，此教学法与教育局《计算思维课程框架》高度契合，涵盖算法设计、模式识别与抽象思维等核心能力，让学生在游戏中自然培养与科技对话的能力，为AI时代做好准备。
学生在解难时，常运用数学思维，如计算步数、估算角度、预测路径。当机械人未能如预期行动时，老师引导学生进行「除错三部曲」：暂停程序、标记错误指令、互换角色检视问题，培养逻辑思维与抗挫力。
孩子透过积木指挥机械人，掌握的不止技巧，更是一种与科技共处的智慧。正如一名学生说：「我不是在玩玩具，我是正在教机械人思考。」这些看似简单的课堂活动，或许正孕育着未来改变城市的科技人才。
小思考，大智慧
- 如何只使用「前进积木」及「左转积木」来让Matata机械人行走一个正方形路线？
- 承接上题，可运用甚么积木，简化题目1的答案？
参考答案
- 前进 > 左转 > 前进 > 左转 > 前进 > 左转 > 前进 > 左转
- 回圈积木
本栏逢周四刊登，由教育评议会邀请资深中小学老师、校长及大学讲师撰稿，旨在为学生提供多元化的STEAM学习材料，引发学生探求知识的兴趣，将学习融入生活，培养学生的世界观、敏锐的触觉、积极学习的态度。
文：中华基督教会蒙黄花沃纪念小学IT科主任郑家豪、中华基督教会蒙黄花沃纪念小学数学科主任叶剑㷨
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