指向計算思維培養的小學機器人“SAD+BPOS”教學模式

吳雙雙 浙江省杭州市南肖埠小學

美國卡內基·梅隆大學周以真教授認為，“計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計以及人類行為理解的涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動”。從信息技術課程的育人角度來看，計算思維作為信息素養的基礎部分，是指學生在系統的學科學習過程中形成的，通過判斷、分析與綜合各種信息資源，運用合理的算法形成問題解決的方案；總結利用計算機解決問題的過程與方法，并遷移到與之相關的其他問題解決中的思維品質。

● 小學信息技術傳統課題的問題

1.缺乏系統課程，學習難度大

機器人目前沒有統一的系統化課程，很多學生學習沒有系統性引導，有的編程能力較強，有的搭建能力較強，但在機器人學習中還有較大難度，需要搭建和編程等能力的綜合。

2.課堂時間較短，學習不充分

機器人學習需要更多的動手實踐時間，可教師在課堂上常花費大量時間講解新知，而課后又缺少學習資料和教師答疑的保障，使得多數學生很難完成任務挑戰，相應地，搭建、編程、優化、分享的能力也就大打折扣。

3.教學模式陳舊，計算思維較弱

為了更好地培養學生的計算思維，了解學生計算思維現狀，筆者對138位六年級學生進行了調查，其中男生68人，女生70人。只有39.13%的學生對圖形化編程掌握相對比較好，大部分學生都覺得學習編程有難度。因此，筆者認為在教學機器人單元時，需要探索一種混合式機器人的教學模式，以拓展學生學習的空間和效率，提升其計算思維能力。

● 培養小學生計算思維的教學模式構建與實踐運用

針對機器人日常教學中的問題，筆者建構了在線學習和線下研究相結合的“SAD+BPOS”混合式教學模式，在此模式基礎上開發課程，探索教學的應用策略。

1.教學模式構建

此模式有助于學生充分利用在線資源，拓展學習的空間，提高課堂效率以及學生的計算思維和小組合作等綜合應用能力。

①在線學習：自學(Selfstudy)、任務分析（Analyse）、方案設計（Design）。課前將微課和任務導學案共享在“雙雙伴里”平臺，學生在線學習并進行任務分析和方案設計，課前完成對基礎知識的學習。在線平臺的課程資源使得學習方式和學習時間更加靈活，學生自主學習可將零碎時間有效利用起來。

②線下研究：搭建（Built）、編程（Programme）、優化運行（Optimize）、分享(Share)。在在線學習后，明確了任務，課堂上教師組織學生討論、答疑。面對不同學段的學生分層教學，面對1～3年級重在培養學生的積木搭建能力，4～5年級重在培養學生的基礎編程和優化運行能力，6年級重在培養學生挑戰難度項目和分享學習經驗的能力。在線下搭建、編程、調試運行和分享展示的過程中，學生的計算思維逐漸形成。

2.教學策略應用

筆者以VJC為編程手段，以WER機器人為載體，借助線上自學和線下合作探究相結合的方式，探索了旨在培養學生計算思維的教學應用，具體內容如上圖所示。

在“SAD+BPOS”混合式教學模式實施中，開發適合自主學習的課程資源，實施途徑分為四個板塊：小靈感大創意、跟我學編程、WER機器人項目挑戰賽、WER創客作品展。圍繞每個板塊內容進行微視頻、導學案、微練習等共享資源的設計開發。

（1）在線學習設計

在線學習圍繞任務引導單自主學習并進行任務分析、三視圖構思設計。

①在線學習內容分類。面對不同學段的學生分別設計機器人搭建、VJC編程、WER挑戰和作品展，學生可以在線自主學習視頻，具體學習內容如表1所示。

表1

②任務學習導學單。學生課下自主學習并進行任務分析和方案設計（如表2），記錄疑惑點并在課堂進行討論。

表2

（2）線下合作實踐

面對不同學段學生分別培養其動手搭建、編程調試、創作分享的能力。

①小靈感大創意——低段重搭建。此板塊主要培養1～3年級初學者動手搭建的能力，通過展示學生的作品、學生制作作品的過程和感悟，幫助學生學習搭建機器人的一般步驟和流程，經歷設計、搭建、改進和展示分享總結幾個過程，調動并激發學生創作的興趣。

創意搭建：智能生活。

主題設計：現在生活越來越智能化，請圍繞這個主題進行創意搭建，先構思進行作品的分析和設計。

主題搭建：根據設計，進行搭建，個別提問并指導，及時調整。

作品展評：分享自己作品的亮點，其他組同學可以提問和打分。

教師需要承擔的角色是指導者，學生創意搭建一系列機器人，應關注學生學習的能力、解決問題的能力、糾錯能力、表達能力及合作能力等。小組在“創意搭建”任務挑戰中，學會分析路線、設計結構、展示分享。

②跟我學編程——中段重編程。此板塊主要面對4～5年級的學生，先讓學生觀看視頻，了解編程軟件使用的基礎知識，了解環境采集、出基地、馬達設置、走直線、走十字路口的程序設計，提供學習材料，供學生進行隨時隨地學習。

編程課程：巡線轉彎。

分析路線：出基地—十字路口—右側T行路口—十字路口—右轉彎—按時巡線—到達套環任務路口。

路口巡線：左側路口和右側路口類型選擇；巡線速度、左轉差速和右轉差速的設置；循環次數、沖過路口時間。

轉彎模塊：過線條數、左馬達速度、右馬達速度、結束位置。

按時巡線模塊：巡線速度、左轉差速和右轉差速的設置，巡線時間。

通過課前學習，學生在課堂上有更多的時間實踐和思考，教師需要給予及時的引導和疑惑解答。通過編程，學生學會用軟件控制機器人的動作運行，經歷了路線分析、程序編寫、程序調試的過程，逐漸培養計算思維能力。

③WER創客作品展——高段重分享。此板塊主要是6年級的學生，結合生活中遇到的各種問題，進行作品的設計、搭建和編程的過程創作。平臺發布學生參加比賽獲獎的作品的視頻并進行分析，激發學生創作的欲望。

WER創客作品：電子鋼琴。

生活難題：在生活中，鋼琴并不是每家都買得起。利用機器人硬件搭建一個鋼琴，通過編程控制鋼琴發聲，讓沒有鋼琴的孩子也能彈出樂曲。

創意特色：用材簡單（琴身由WER材料和泡沫制作，琴鍵由傳感器制作）；初學者可彈出簡單的曲子；具備防盜功能。

創客展：琴鍵由傳感器制作，琴身由WER材料和泡沫制作；初學者也可彈出簡單的曲子。

結合學生已有的生活經驗，模擬鋼琴的發聲，激發學生學習的積極性。學生在參與創客作品的創設中經歷作品的設計、分析、搭建和展示分享的過程，提升計算思維和綜合應用能力。

● 培養學生計算思維的成效

筆者運用問卷調查法、觀察法、訪談法等多種研究方法，對小學機器人“SAD+BPOS”混合式教學模式下的計算思維成效進行了研究。

1.打破學習難題，增強學習主動性

計算思維是學生終身發展不可缺少的思維形式，更是適應信息時代的重要技能。筆者結合學生學情，制訂初段、中段、高段的差異化教學內容，通過線上線下相結合的教學方式破解了學習難題，培養了學生分析問題、解決問題能力，提升了學習的主動性，同時提高了信息技術教學質量，為學生終身發展做好鋪墊。

2.創新教學模式，提升學生綜合能力

機器人教學的重點在于通過實踐探索，使學生在身心自由中，自己建構忘不了、能活學活用的知識，該教學模式下的機器人課程的教學目標是培養動手能力、創新能力、計算思維能力、團隊合作等綜合素養。調查顯示，70.29%的學生比較喜歡這種教學模式，還有7.97%的學生表示喜歡自己搭建編程，喜歡小組合作分享。“SAD+BPOS”混合式教學模式，打破時間空間限制，指向計算思維培養的小學機器人教學實踐。

3.機器人教學仍需持續發展研究

通過初步探究可知，采用“SAD+BPOS”混合式教學模式使得教育教學成效有所改進，但仍有很多挑戰需要面對，如如何探索更好的方式幫助計算思維較弱的學生更好地實踐和理解、如何在每周一節課的時間里保障學生的小組合作參與率等都是接下來需要繼續研究的方向。