機器人教學中計算思維的培養分析

鄭 珂 王 堃

（山東省淄博第四中學 ，山東淄博 255100）

引 言

隨著科學技術的進步與發展，人工智能同機器人實現了有機整合，機器人被廣泛應用于教學領域中。機器人教學能夠提升學生參與信息技術課程的興趣與熱情，培養學生個體的計算思維，為人工智能知識的普及、應用等奠定基礎。

一、在比較的過程中激發學生的計算思維認知與意識

激發學生的計算思維認知與意識是培養學生個體計算思維的基礎。所以，在實際教學中，教師一定要有針對性地引導學生使用計算思維對相關問題進行求解，讓其感知到計算思維存在的優勢，以激發學生積極使用計算思維解決相關問題的認知與意識[1]。例如，當講解到機器人賽車的相關內容時，教師要求機器人賽車沿著賽道向前行駛，有大小要求的機器人賽車在行駛過程中要盡量獲取路邊設置的得分物。最初，學生未對怎樣獲取路邊的得分物進行系統思考，而是更加關注機器人小車的行駛過程，希望基于小車自身的寬度來獲得更多的得分物，結果導致機器人小車出現重心不穩的狀況，行駛狀態也非常不穩定，有時還無法得到得分物，影響了后面的成績。所以，教師可為學生提供一些方式，如為小車安裝兩個手臂，這樣小車在沿著賽道行駛的過程中，就能夠將路邊的得分物直接撿起來了，這時學生會有眼前一亮的感覺，也會對這種方式感到新奇，教師可在這個時候引導學生使用計算思維去思索怎樣才能夠完成這個任務。

（一）細化問題

在實際教學中，教師可以引導學生把上述工作任務細化分解成多個子問題，如怎樣判斷機器人已經行駛到了得分物的附近，機器人怎樣才能夠獲得路邊的得分物，機器人在獲取得分物的過程中行駛狀態會不會受影響，有哪些因素會對機器人的行駛狀態產生影響等。將其細致劃分成多個子問題后，教師應讓學生思考，這樣就會使學生有清晰的解答思路。

（二）合并問題解決的方案

對已經獲得的子問題解決方案進行融合與完善，是獲得整個問題解決方案的必要條件。但是一定要注意，在這里需要重視的并不是解決方案之間是否存在沖突，是否能夠進行處理，而是要思考怎樣的協調方式才是最為優質的，并且積極進行對比實踐，這樣很多學生就能夠探究出最佳的方案。例如，有的學生會使用兩個伺服，在機器人兩側安裝上活動的手臂，一旦紅外傳感器監測到有得分物存在，手臂就會動起來去撿取得分物；有的學生會使用一個伺服，在機器人前面安裝上一個活動的手臂，一旦紅外傳感器監測到有得分物存在，就會將手臂伸過去，等等。在這個過程中，學生會感知到探索的樂趣，實際操作也會更加協調，操作效率也更高。由此可見，這樣的教學方式，能夠切實激發學生積極使用計算思維解決問題的意識。

二、在問題解答的過程中提升學生應用計算思維的能力

學生個體具備的計算思維能力，也體現在問題求解的整個過程中。一般情況下，學生經過思考，能找到其中存在的問題，并且可以提出最為優質的解決方案。所以，教師在實際教學中，一定要給予學生足夠的時間與機會，讓學生基于計算思維解決機器人實際運行中出現的問題，以此來培養學生使用計算思維進行實踐的能力。

（一）精心創設問題內容

高中的信息技術教師在實際教學中，要由淺入深地向學生提出適合機器人項目的問題，并且要把握問題的難易程度，使問題具有良好的層次性與啟發性。同時，教師所提出的問題應能切實培養和挖掘學生個體的計算思維能力，使學生養成獨立獲取知識的能力。教師可在實際教學中設置一些機器人進入加油站的基本問題。例如，當機器人小車在高速行駛時，很容易越過加油站，因此，機器人小車需要重新倒入加油站中，那么要怎樣才能讓機器人直接進入加油站中呢？這個問題對于學生來講有一定難度，能夠引導學生探究操控機器人實施轉彎的幅度，并且這個問題也與機器人轉彎幅度改變過程中所涉及的空間與時間上的復雜性有關。

（二）對問題內容進行時間求解

在與機器人相關的實際教學中，學生可能會遇到不同種類的現實問題，所以，教師一定要鼓勵學生對不同的問題進行練習。在練習機器人小車轉彎的項目過程中，小車轉彎速度取一個固定的值，容易使小車無法實現高速行駛，對到達終點成功率產生嚴重影響。最開始的時候，學生對機器人設定不同的速度數值，效果不甚理想。這個時候教師要給予學生及時有效的引導，讓學生針對路段的不同實施實踐探究，使用計算思維合理有效地解決機器人實際運行過程中存在的問題，最終把控制機器人轉彎過程的行駛轉變成動態的轉彎，如右側的電機速度=基準速度-（左側距-右側距）/轉換比例，左側的電機速度=基準速度+（左側距-右側距）/轉換比例。也就是說，機器人在不同路段中的基準速度是不同的，轉換比例就是把機器人同小車兩側欄桿的距離差轉變成為速度差的比例，這個數值基于機器人的構造設置，轉換比例小，轉彎的幅度就會越大。基于這樣的方式，學生就能夠使用計算思維進行問題求解，及時有效地進行梳理歸納，培養使用計算思維進行實踐的能力。

三、在梳理歸納中提升學生計算思維能力的廣度與精準度

（一）記錄問題，及時反思

每次完成練習之后，學生都會對很多問題形成自己獨有的解答思路，鑒于此，教師一定要積極組織學生進行反思梳理與歸納記錄，將整個問題求解過程中產生的解答思路及有待解決的疑難問題都記錄下來。這樣學生不但能夠及時總結歸納成功的經驗或者失敗的教訓，而且能夠厘清整個解題思路，對練習的整個過程進行回憶，從而深化對相關知識內容、練習過程的記憶，反思、創新與改進操作方式，切實提升自身求解問題的能力與水平。

（二）教師與學生之間互相評價、逐步完善

對學生提出的解決方案，教師可組織學生進行互相評價，對其優點進行學習，對其存在的不足進行改進，鼓勵學生進行大膽的嘗試，讓學生對新問題的求解練習充滿興趣與熱情，以促進學生個體參與學習的主觀能動性的發展，使其探究出最優的問題解決方案。

結 語

總之，作為高中的信息技術教師，在實際教學中一定要尊重學生的主體地位，并且基于相關教學內容、教學目標、教學要求等，對學生進行及時有效地引導，以培養并提升學生的計算思維能力，促進學生綜合能力的全面提升，更為其將來更為深入的學習奠定基礎。