直擊痛點，從“旁觀者”到“參與者”

徐士杰

【摘要】小學機器人教學中面臨著優(yōu)質(zhì)師資缺乏、學生參與度低及存在明顯的學習差異性等問題，這些“痛點”問題需要引起一線信息技術(shù)教師的重視。文章針對小學機器人教學的特點，設計了基于計算思維培養(yǎng)的微課程，運用微課程進行課內(nèi)翻轉(zhuǎn)教學，讓學生從“旁觀者”變成“參與者”，培養(yǎng)學生的學科核心素養(yǎng)。

【關鍵詞】微課程;機器人教學;計算思維;課內(nèi)翻轉(zhuǎn)

一、問題提出

在小學機器人教學中，師生的“痛點”在哪里？從教師層面看，目前普遍存在優(yōu)質(zhì)機器人師資短缺，缺少對小學機器人教育教學的深入研究，教師在機器人教學中照本宣科，學生參與度低，學科核心素養(yǎng)更是難以培養(yǎng);從學生層面看，學生之間存在明顯的學習差異性，極少部分有條件或家長重視的學生在社會教育機構(gòu)中有過機器人學習經(jīng)歷，而其他大部分學生變成了課堂的“旁觀者”。

義務教育階段信息技術(shù)學科核心素養(yǎng)包括信息意識、計算思維、數(shù)字化學習與創(chuàng)新、信息社會責任等方面[1]。因此，信息技術(shù)教學要從關注知識和技能教育轉(zhuǎn)變到關注培養(yǎng)學生的學科核心素養(yǎng)，其中重點之一便是計算思維的培養(yǎng)。

針對上述師生的“痛點”，如何在機器人教學中讓師生從“旁觀者”變成“參與者”，是每一位信息技術(shù)教師需要解決的問題。

微課具有主題突出、短小精悍、資源類型多樣、交互性強、使用方便、應用情景真實、半結(jié)構(gòu)化、動態(tài)生成等特點[2]。在小學機器人教學中，教師可以設計基于計算思維培養(yǎng)的微課程來解決當前小學機器人教學中的“痛點”問題。那如何設計制作這樣的微課程呢？微課程如何在機器人教學中應用呢？本文把微課程引入到小學機器人教學中，基于微課程教學研究不斷優(yōu)化教學流程，改進教學策略，達成培養(yǎng)學生計算思維的目標。

二、小學機器人教學分析及特點

在小學機器人教學中，教師通過機器人教學平臺設計系列化、生活化及包含豐富科學創(chuàng)造知識的項目，強調(diào)在項目化學習中解決實際問題與完成任務，進而培養(yǎng)學生的計算思維和創(chuàng)新精神。小學機器人教學既有信息技術(shù)學科教學的共性，即關注學生的實踐操作，注重學科操作技能學習，也有其自身的特點，在解決問題時要考慮硬件搭建與軟件編程之間的配合，在其間尋找最佳平衡與搭配。

三、小學機器人教學微課程的設計

小學機器人教學的對象是高年級學生，他們正在從具象思維過渡到抽象思維，已經(jīng)具備了初步的抽象概括能力，可以按照“抽象→分解→解決”的過程處理問題。

計算思維關注問題解決過程，Angeli、Fluck等人提出了小學生的計算思維培養(yǎng)包含抽象、問題分解、算法、調(diào)試、遷移等五種思維要素。因此，教師可以在小學機器人微課程設計中關注上述五種思維要素的培養(yǎng)，在設計中融合一種或多種要素，在問題解決過程中培養(yǎng)學生的計算思維。

（一）抽象思維的微課設計

計算思維的抽象能力是指在對待具體的問題時，逐漸簡化問題，抽象模型，解決問題。小學機器人教學，以項目化學習為主線，教師根據(jù)教學內(nèi)容提出驅(qū)動性問題，學生根據(jù)問題設計機器人來完成相應的項目。在項目化學習過程中，教師要借助抽象思維引導學生抽象出機器人的關鍵結(jié)構(gòu)，簡化結(jié)構(gòu)模型。

如“機器人機械手”微課中，教師首先提出本課的任務：設計一個機械手臂，這個手臂可以抬起和放下，并具有自動識別前方物體并將其搬走的功能。這節(jié)微課主要是引導學生根據(jù)項目任務設計機器人結(jié)構(gòu)，運用計算思維中的抽象思維抽象出機器人的關鍵結(jié)構(gòu)：可以抬起和放下的機械手臂、連接手臂可以打開和閉合的夾具、紅外傳感器、控制器。本節(jié)微課可以培養(yǎng)學生的抽象能力。

（二）問題分解思維的微課設計

問題分解是把復雜的計算機問題進行有效分解的思維方式。問題分解的思路是將一個復雜的問題分解成一系列可以解決的簡單問題。問題分解一般是在抽象后進行，從而避免細節(jié)對問題分解的干擾，以免造成問題復雜度增加。

學生在抽象出機器人主要結(jié)構(gòu)后，就可以將一個復雜的問題進行分解，分解出能夠解決的子問題，然后再將這些子問題的解決方案整合起來，從而形成復雜問題的解決方案。問題分解必須遵循具體問題具體分析的原則，這正是培養(yǎng)問題分解能力的關鍵。

如“掃地機器人”微課中，學生已經(jīng)抽象出了關鍵結(jié)構(gòu)為清掃機構(gòu)，那么如何搭建清掃機構(gòu)？教師在微課中逐步引導學生將清掃機構(gòu)分解為舵機和插在舵機上的模擬掃帚的積木件以及連接它們的梁、銷等積木件，在微課中逐步分解機器人結(jié)構(gòu)，從而逐漸簡化問題，達到培養(yǎng)學生分解思維的目標。

（三）算法思維的微課設計

算法是一套有序指令的集合，能夠在有限時間內(nèi)按指令序列解決問題。計算思維中算法思維就是利用一系列有序指令準確且完整地描述解決方案。

機器人編程環(huán)節(jié)中，流程圖可以讓學生的算法圖形化，思維可視化。在編程正式開始前，教師引導學生繪制流程圖，引導學生通過定義一系列有序、明確的步驟，根據(jù)設計的步驟編寫程序解決問題，從而讓學生逐漸明白算法的含義，逐漸形成算法思想。

如“機器人循光”微課，在學生初步認識了流程圖各種符號含義的基礎上，引導他們根據(jù)循光的過程繪制流程圖。通過流程圖學生能夠直觀地明確機器人循光的具體步驟，將頭腦里面的思維進行可視化的表達。學生能夠依據(jù)流程圖厘清機器人循光需要完成的一系列有序的動作，再將自己的想法編寫成出一系列有序的指令完成循光的任務。

（四）調(diào)試思維的微課設計

計算思維中的調(diào)試是指發(fā)現(xiàn)程序指令與執(zhí)行動作不一致時能夠分析錯誤原因，提出解決方案并完成修復錯誤的過程。一件完整的作品都是從不完善開始的，期間經(jīng)歷多次反復修改、調(diào)試才能完成，這個過程正是計算思維中調(diào)試思想的體現(xiàn)。

在項目化學習中，教師可以設計針對不同項目在調(diào)試中易發(fā)問題進行復現(xiàn)、分析、修復的微課，在微課中運用技術(shù)手段，通過慢動作、多角度等方式復現(xiàn)錯誤，引導學生觀看微課，發(fā)現(xiàn)錯誤，分析成因，修復錯誤，從而完成該項目機器人。

如“機器人沿線走”一課，微課播放機器人與黑線五種位置關系的動畫，讓學生直觀感受到機器人沿線行走的過程。接下來，微課重點引導學生觀察左右兩個灰度傳感器與黑線的位置關系，從而決定左右兩側(cè)電機的轉(zhuǎn)速控制。這兩段如果在教室進行現(xiàn)場講解，由于場地及人數(shù)的原因，學生不易觀察。沿線走程序編寫完成后，學生進行調(diào)試，部分學生會發(fā)現(xiàn)機器人沿線剛開始走時就會偏離到線外。針對這種情況，微課播放機器人沿線走的慢動作，引導學生同步對照代碼分析問題，修改代碼完成沿線走任務。

四、微課程在小學機器人教學中的應用

小學生求知欲望強烈，并且愿意主動探究，但自主學習能力和自我控制能力偏弱。信息技術(shù)課一周一課時，小學機器人教學圍繞項目開展，在項目進行的每個階段都可以應用微課來呈現(xiàn)。機器人教學應當滿足每個學生個性化的學習需求。因此，基于微課程進行課內(nèi)翻轉(zhuǎn)教學非常適用于小學機器人教學。

（一）項目學習單引領，制作各階段微課

教師在課前設計“項目學習單”，提出學生感興趣、真實的驅(qū)動性問題，采用項目驅(qū)動和問題導向的方式引導學生理清本課項目化學習的目標，明確項目任務、項目成果。再根據(jù)學生完成項目所要用到的新知識，針對機器人搭建、程序編寫、調(diào)試完善等內(nèi)容分別錄制微課視頻，并在微課中有效滲透計算思維培養(yǎng)。

（二）學生自主學習，記錄心得和困惑

學生借助“項目學習單”自主觀看微課視頻，在自主學習的基礎上，小組成員合理分工，發(fā)揮不同成員的特長，對項目任務進行分解，達到優(yōu)勢互補、彰顯個性、效率最佳的目的。小組成員在嘗試完成項目任務的過程中將心得和困惑記錄在“項目學習單”上，教師在這個過程中發(fā)揮組織、激勵和指導的作用。

在這個階段，微課程的作用也得到顯現(xiàn)。學生會碰到各式各樣的問題，教師難以對一個班級幾十名學生指導到位，學生遇到問題時可以觀看微課尋找解決問題的方案，可以根據(jù)不同的需求反復播放，還可以快進、慢放等等。

（三）小組展示成果，反饋收獲和問題

小組展示項目化學習成果，對項目機器人進行說明和演示，分享自己在完成項目機器人過程中的心得體會，并提出組內(nèi)不能解決的疑難問題。小組展示成果后，將不能解決的問題集中到一起進行解決，學生不能解決的，則由教師在課堂上解決，或補充解決問題需要的知識并錄制成微課，讓學生課后解決。展示成果結(jié)束后，對每個小組的項目作品進行評價，項目化學習的評價不僅要評價結(jié)果，而且要對學習過程進行評價。評價標準在項目正式開啟前確定，并且進行量化，讓學生在項目開展過程中目標明確，對要完成的項目任務有明晰的要求。

（四）適度拓展延伸，提升能力和思維

根據(jù)學生當堂課學習實際情況，教師對項目機器人任務進行適度拓展，學生根據(jù)“項目學習單”拓展任務并進行針對性改進、優(yōu)化，在這個過程中鞏固和深化本課所學知識。最后，師生進行反思總結(jié)，歸納知識，梳理方法，提升綜合能力和思維品質(zhì)。

五、結(jié)語

在小學機器人教學中，基于微課程解決“痛點”問題，引導學生從“旁觀者”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皡⑴c者”。微課程既是學生學習的支架，又是培養(yǎng)學生學科核心素養(yǎng)的載體，在基于微課程的課內(nèi)翻轉(zhuǎn)教學中有效培養(yǎng)了學生的計算思維。

【參考文獻】

江蘇省教育廳.江蘇省義務教育信息技術(shù)課程綱要（2017年修訂）[Z].2018-03-13.

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