课程 1：Karel机器人

Karel设计的目的：在一个简单直观的环境里学习编程思想，而不被各类语言的复杂细节干扰，这样教授编程基础就更容易些了。

可视化编程：一种通过图形化界面和视觉元素来编写程序的编程方式，它让编程过程更加直观和易于理解。

核心特征：

图形化界面：使用图标、按钮、拖拽等视觉元素代替传统的文本代码
即时可视化：程序执行过程通过动画、图形变化等方式实时展示
直观操作：通过点击、拖拽等简单操作来完成编程任务

在Karel课程中的体现：

视觉化学习环境：通过图像展示Karel、World、Beeper、Wall等基本元素
动画演示编程：观看Karel执行指令的动画过程，通过点击按钮执行指令
可视化识别指令：通过观察Karel的行为理解指令功能

可视化编程的优势：

降低学习门槛：不需要先学习复杂的编程语法，通过图形界面直观理解编程概念
即时反馈：立即看到代码执行的结果，可以直观发现和修正错误
提高理解度：抽象概念变得具体可见，程序逻辑通过动画清晰展示

常见的可视化编程工具：

Scratch：麻省理工学院开发的图形化编程语言
Blockly：谷歌开发的图形化编程库
Karel：斯坦福大学开发的机器人编程环境

在Karel课程中，可视化编程让学生能够通过动画理解指令作用、通过点击按钮体验编程过程、通过观察Karel的行为学习编程逻辑，为后续学习更复杂的编程语言打下基础。

Karel编程：通过网站在线课程动画演示编程。先分析说明实现的功能，运行观察跟所描述的功能与实际是否一致。

点击导航栏的 Karel学习 按钮开始学习。共10个单元，每个单元有若干课时。内容简介如下:

Unit1：认识 Karel

课时1 认识四个基本元素 Karel、World、Beeper、Wall
课时2 检测识别四个基本元素 Karel、World、Beeper、Wall

Unit2：认识指令

课时1 根据提示，可视化识别指令 move()（点击按钮无需输入）
课时2 根据提示，可视化识别指令 move()（点击按钮无需输入）
课时3 根据提示，可视化识别指令 turn_left()（点击按钮无需输入）
课时4 根据提示，使用 move()、turn_left() 两个指令让Karel执行一项简单的任务（简单迷宫）。
课时6 根据提示，可视化识别指令 put_beeper()（点击按钮无需输入）
课时7 根据提示，使用 move()、put_beeper() 两个指令让Karel执行一项简单的任务（在第一行的中间放置一个beeper）
课时8 根据提示，使用 move()、pick_beeper() 两个指令让Karel执行一项简单的任务（捡起在第一行的中间放置的beeper）
课时9 使用四个基本指令 move()、put_beeper()、 turn_left()、pick_beeper() 让Karel执行一项简单的任务（捡起台阶下的beeper，把它放置在台阶上）.

Unit3：编写程序

课时1 观察代码并预测结果，点击“运行代码”验证（顺序执行）
课时2 观察代码，该程序让Karel放置了一个方形的蜂鸣器
课时3 修改程序使Karel移动三步（与 Goal 世界一致）
课时4 修改程序使Karel移动到台阶顶部（与 Goal 世界一致）
课时5 修改程序使Karel在第一行每个角落放蜂鸣器（与 Goal 世界一致）
课时6 修改程序使Karel捡起第一行中间三个蜂鸣器（与 Goal 世界一致）

Unit4：定义函数

课时1 让Karel走简单迷宫，定义新函数 turn_right() 并在 main() 中调用
课时2 完成 turn_around() 使 Karel 能后转

Unit5：拾取报纸

编写程序完成让Karel拾取报纸任务（与 Goal 世界一致）

Unit6：For 循环

课时1 认识 For 循环：通过For循环让Karel在每个角落放一个蜂鸣器。思考前置/后置条件
课时2 修改代码让Karel放置 50 个 beeper（与 Goal 世界一致）

Unit7：认识条件

课时1 识别条件指令：facing_east()、facing_west()、facing_south()、facing_north()
课时2 识别条件指令：front_is_clear()、not_facing_east()、left_is_clear()、beepers_present()
课时3 识别条件指令：not_facing_south()、front_is_blocked()、no_beepers_present()、right_is_blocked()

Unit8：While 循环

课时1 认识While循环。理解 beepers_present()：拿起一堆蜂鸣器（数量未知）
课时2 理解While循环。理解 front_is_clear()：一直前进直到遇墙（世界多大都可）
课时3 理解“栅栏柱错误”：放一排蜂鸣器但错过第一个
课时4 嵌套循环：拾取一行所有蜂鸣器（角落数量未知）
课时5 使用循环填满整个世界（与 Goal 世界一致）

Unit9：If 语句

课时1 使用 if/else 反转一行蜂鸣器
课时2 理解If语句。编写代码让Karel帮助重建破碎的柱子。在第一行的每个蜂鸣器上方制作一列蜂鸣器；你的代码需要有通用性，能在不同的地图也能完成。

Unit10：颜色指令

课时1 认识颜色指令 paint_corner("blue")（接受 HTML 颜色名）
课时2 理解颜色指令 paint_corner()

Karel世界：通过网站在线课程动画演示认识

Karel

world

beeper

wall
Karel基本指令：通过网站在线课程动画演示以及动手操作（点击按钮无需输入代码）认识四个基本指令
- move()：让Karel向前移动一格
- turn_left()：让Karel向左转90度
- pick_beeper()：让Karel捡起当前位置的蜂鸣器
- put_beeper()：让Karel在当前位置放下一个蜂鸣器
Karel条件指令：通过网站在线课程动画演示认识条件判断指令，这些指令返回True或False
- 方向检测：
  - facing_east()：检查Karel是否面向东方
  - facing_west()：检查Karel是否面向西方
  - facing_south()：检查Karel是否面向南方
  - facing_north()：检查Karel是否面向北方
- 路径检测：
  - front_is_clear()：检查前方是否有路
  - front_is_blocked()：检查前方是否被阻挡
  - left_is_clear()：检查左侧是否有路
  - right_is_clear()：检查右侧是否有路
  - right_is_blocked()：检查右侧是否被阻挡
- 蜂鸣器检测：
  - beepers_present()：检查当前位置是否有蜂鸣器
  - no_beepers_present()：检查当前位置是否没有蜂鸣器
- 否定条件：
  - not_facing_east()：检查是否不面向东方
  - not_facing_west()：检查是否不面向西方
  - not_facing_south()：检查是否不面向南方
  - not_facing_north()：检查是否不面向北方
定义新函数：在Karel编程中，可以通过组合已有的基本指令，定义新的函数，让程序更简洁、易读。
- 使用 def 关键字定义新函数。
- 例如：用 turn_left() 组合出 turn_right() 和 turn_around()。
```
# 让Karel向右转，相当于左转三次
def turn_right():
    turn_left()
    turn_left()
    turn_left()

# 让Karel向后转，相当于左转两次
def turn_around():
    turn_left()
    turn_left()
```
例如：用 move()、front_is_clear() 组合出 move_to_wall() 。
```
# 让Karel一直前进直到遇到墙
def move_to_wall():
    while front_is_clear():
        move()
```
注释：
- 注释是对代码的解释说明，不会被程序执行。
- 可以帮助自己和他人理解代码的作用和思路。
- 在Python中，使用 # 开头表示单行注释。
```
# 这是一个注释，解释下面代码的作用
move()  # 让Karel前进一步
```
良好的注释习惯可以让程序更易读、易维护。

文档字符串：

文档字符串（docstring）是用于描述模块、类或函数用途的特殊多行注释，通常放在定义体的第一行。
使用 ''' ... ''' 或 """ ... """ 包裹内容。
文档字符串有助于代码自解释和自动化文档生成。

def greet(name):
    """
    打招呼函数
    参数：name - 要打招呼的对象
    返回：无
    """
    print("Hello,", name)

可以通过 help(greet) 或 greet.__doc__ 查看文档字符串内容。

任务分解：任务分解是将一个复杂问题拆解为若干个简单、易于实现的小步骤，有助于理清思路、降低编程难度。
- 例如“填补坑洼”问题，可以分解为：
  
  1.移动到坑洞处
  
  2.通过放下一个蜂鸣器来填补坑洞
  
  3.前往下一个角落
- 每个小步骤可以用一个函数或一段代码实现，逐步组合成完整解决方案。
```
# 代码示例
def main():
    move()
    fill_pothole()
    move()

# 让Karel在坑洞处填补一个蜂鸣器
def fill_pothole():
    turn_right()
    move()
    put_beeper()
    turn_around()
    move()
    turn_right()
```
通过任务分解，可以让程序结构更清晰，便于调试和维护。

任务分解的原则：
- 自顶向下： 先整体分析任务，再逐步细化为小步骤或子任务。
- 每步简单明确： 每个子任务应尽量简单、易于实现，避免一步包含过多操作。
- 可复用性： 优先将重复出现的操作封装为函数，便于复用和维护。
- 顺序与逻辑清晰： 分解后的步骤要有明确的执行顺序，逻辑关系清楚。
- 迭代测试： 每完成一个小步骤或函数，及时测试，确保正确后再继续分解和实现。
迭代测试有助于及时发现和修正问题，避免错误积累，提升编程效率和代码质量。