具身學(xué)習(xí)視域下的小學(xué)機(jī)器人學(xué)習(xí)思維的進(jìn)階策略

摘要：《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》指出，目前的信息科技課程教學(xué)逐漸從知識素養(yǎng)向思維素養(yǎng)轉(zhuǎn)變，更加強(qiáng)調(diào)對思維能力的深入培養(yǎng)。當(dāng)下小學(xué)機(jī)器人教學(xué)存在內(nèi)容知識化、技能訓(xùn)練化等現(xiàn)象，學(xué)生重視競賽，處于淺表學(xué)習(xí)層面，缺乏思維深度和創(chuàng)新意識。以“機(jī)器人沿線行走”一課教學(xué)為例，教師通過創(chuàng)設(shè)具身情境、營造具身學(xué)習(xí)“場”、搭建具身學(xué)習(xí)支架、踐行具身實踐、采用具身評價等策略幫助學(xué)生實現(xiàn)具身學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的計算思維、創(chuàng)新思維等能力，提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：具身學(xué)習(xí)；機(jī)器人教學(xué)；思維進(jìn)階

隨著科技和社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，機(jī)器人已經(jīng)走入了人們的日常生活，許多學(xué)校設(shè)置了機(jī)器人相關(guān)的課程內(nèi)容。筆者從創(chuàng)設(shè)具身情境、營造具身學(xué)習(xí)“場”、搭建具身學(xué)習(xí)支架、踐行具身實踐、采用具身評價等方面出發(fā)，嘗試探索小學(xué)機(jī)器人學(xué)習(xí)思維的進(jìn)階策略。

一、審視：小學(xué)階段的機(jī)器人教學(xué)現(xiàn)狀

（一）重比賽，輕素養(yǎng)培養(yǎng)

審視目前我國小學(xué)階段的機(jī)器人教學(xué)現(xiàn)狀，存在以下四種現(xiàn)象：一是從整體上看，機(jī)器人教育教學(xué)開展得如火如荼，特別是在經(jīng)濟(jì)相對發(fā)達(dá)地區(qū)，機(jī)器人課程受到了中小學(xué)生的熱烈歡迎。二是部分機(jī)器人實驗學(xué)校開展的課程只限于幾個班級，規(guī)模較小。常態(tài)化的校本選修課呈現(xiàn)零星狀態(tài)，覆蓋面較小。三是在已開展機(jī)器人教學(xué)的學(xué)校中，很多只是一味追求學(xué)生的比賽成績，功利性較強(qiáng)，導(dǎo)致學(xué)生對機(jī)器人學(xué)習(xí)的興趣不高，不利于培養(yǎng)學(xué)生的科技素養(yǎng)。四是在相對落后地區(qū)的小學(xué)教育中，仍缺乏機(jī)器人教育資金的投入、缺少專業(yè)機(jī)器人教學(xué)團(tuán)隊，其機(jī)器人教學(xué)內(nèi)容與教法也并不規(guī)范，機(jī)器人普及教育教學(xué)亟待發(fā)展和提高。

（二）重結(jié)果，輕思維培養(yǎng)

機(jī)器人教學(xué)需要注重學(xué)生的思考與實踐，要讓學(xué)生思考、動手，不斷地嘗試、修改、實踐，堅持在“做中學(xué)”“用中學(xué)”“創(chuàng)中學(xué)”，要讓學(xué)生通過動手實踐把自己的想法呈現(xiàn)出來，以培養(yǎng)其分析和解決真實問題的能力，提升計算思維、合作創(chuàng)新等核心素養(yǎng)，更好地適應(yīng)未來智能化社會的需要。

在當(dāng)下機(jī)器人課堂教學(xué)中，學(xué)生往往處于淺表學(xué)習(xí)狀態(tài)，缺乏深度思維，僅靠機(jī)械記憶、模仿操作，難以掌握機(jī)器人的核心原理，這樣的學(xué)習(xí)使學(xué)生處于被動的學(xué)習(xí)狀態(tài)，漸漸喪失學(xué)習(xí)興趣，導(dǎo)致教學(xué)思維趨于簡單、靜態(tài)、低階狀態(tài)，學(xué)生思維能力的培養(yǎng)難以實現(xiàn)，創(chuàng)新更無從談起。

（三）重訓(xùn)練，輕身心體驗

機(jī)器人教學(xué)倡導(dǎo)以培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力為目標(biāo)。而實際教學(xué)中，很多教師更關(guān)注引導(dǎo)學(xué)生操控機(jī)器人完成相應(yīng)的任務(wù)，教學(xué)方式單一，主要以講練結(jié)合、模仿訓(xùn)練為主。學(xué)生被動地接受機(jī)器人任務(wù)訓(xùn)練，不能真正弄清楚其中的工作原理，也談不上發(fā)展思維能力。學(xué)生收獲的只是技能的一味模仿，缺乏真實的身體、心理、情感等多重體驗和深刻感悟，久而久之，也會使學(xué)生降低學(xué)習(xí)興趣。

二、探尋：具身學(xué)習(xí)對小學(xué)機(jī)器人教學(xué)的意義

黨的二十大報告中指出：“教育、科技、人才是全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化國家的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性支撐。必須堅持科技是第一生產(chǎn)力、人才是第一資源、創(chuàng)新是第一動力”“深入實施科教興國戰(zhàn)略、人才強(qiáng)國戰(zhàn)略、創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略”?？梢?，黨和國家高度重視科技創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，高品質(zhì)思維能力才是創(chuàng)新發(fā)展的決定性要素。

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下通稱“新課標(biāo)”）指出，遴選科學(xué)原理和實踐應(yīng)用并重的課程理念，提升學(xué)生知識遷移能力和學(xué)科思維水平，體現(xiàn)“科”與“技”并重。如何在實踐性和操作性較強(qiáng)的小學(xué)機(jī)器人教學(xué)中開展思維教育，是當(dāng)下信息科技教師面臨的一個挑戰(zhàn)。

具身學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)身心合一，讓學(xué)生在身體與環(huán)境的有效互動中獲得認(rèn)知體驗，注重多感官參與、多途徑體驗、多渠道經(jīng)歷，進(jìn)而促進(jìn)主體思維與情感發(fā)生變化，這種學(xué)習(xí)具有涉身性、情境性和體驗性等特征，為當(dāng)下小學(xué)機(jī)器人教學(xué)提供了新的視角。筆者以“機(jī)器人沿線行走”一課教學(xué)為例，將學(xué)生身心融為一體開展機(jī)器人學(xué)習(xí)，使學(xué)生的身體、思維與環(huán)境相互融合，在親身感知、體驗中實現(xiàn)思維過程的具體化、可視化，有利于學(xué)生建構(gòu)思維邏輯框架，實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)，提升思維品質(zhì)。

三、嘗試：小學(xué)機(jī)器人具身學(xué)習(xí)促進(jìn)思維進(jìn)階的具體策略

（一）確立適宜目標(biāo)——創(chuàng)設(shè)具身情境，喚醒思維“動機(jī)”

華東師范大學(xué)鐘啟泉教授說過：“真實性是核心素養(yǎng)的精髓?！苯處熃虒W(xué)要圍繞解決現(xiàn)實世界的真實問題，創(chuàng)設(shè)一個真實的具身情境，讓學(xué)生的身心融入環(huán)境，產(chǎn)生共鳴，以激發(fā)學(xué)生的好奇心、求知欲，喚醒學(xué)生的思維動機(jī)，使之在與情境的交互體驗中獲得認(rèn)知經(jīng)驗。

教學(xué)“機(jī)器人沿線行走”一課時，筆者先通過一段校園人工消毒視頻創(chuàng)設(shè)情境，引發(fā)學(xué)生積極思考、發(fā)現(xiàn)問題。然后讓學(xué)生主動發(fā)現(xiàn)“高效安全地解決校園內(nèi)的消毒問題”這一真實需要，營造啟發(fā)學(xué)生深入思考的具身學(xué)習(xí)“場”，喚醒學(xué)生在教學(xué)情境中積極的思維動機(jī)，讓學(xué)生形成強(qiáng)烈的探究欲。最后，自然地引入該課主題：校園智能消毒機(jī)器人小車沿線行走。

（二）提出真實問題——聚焦問題引領(lǐng)，激活思維“動力”

一個富有挑戰(zhàn)性的問題能夠?qū)⒑诵膬?nèi)容貫穿整個學(xué)習(xí)過程，盤活學(xué)生的思維動力，促使學(xué)生全力以赴地思考探索，提升其學(xué)習(xí)的主動性，進(jìn)而主動建構(gòu)知識圖譜，讓學(xué)習(xí)富有意義、真實發(fā)生。

傳感器巡線原理是本課的教學(xué)難點。為了更好地突破這一難點，筆者基于真實問題的解決，先出示校園平面圖，緊緊圍繞“機(jī)器人小車從校門口到教學(xué)樓的消毒路線行走”這根問題主線，讓學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突，促使學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情逐漸高漲，使其思維活動處于最佳狀態(tài)，體驗以問題為載體的思維過程，實現(xiàn)師生、生生間的思維碰撞，為后續(xù)實現(xiàn)機(jī)器人小車的沿線行走奠定基礎(chǔ)。

（三）板貼思路演繹——搭建具身支架，促進(jìn)思維“可視”

北京師范大學(xué)顧明遠(yuǎn)教授提出，教學(xué)的本質(zhì)是培養(yǎng)學(xué)生的思維，學(xué)生只有經(jīng)過深刻的思考，才能將所學(xué)內(nèi)容內(nèi)化為自己的知識，建構(gòu)屬于自己的知識圖譜。六年級的學(xué)生正處于從形象思維向抽象思維過渡的關(guān)鍵時期，本節(jié)課涉及的機(jī)器人巡線原理對學(xué)生來說有一定難度。如果學(xué)生對于原理理解得不到位，就會影響后續(xù)的編程學(xué)習(xí)。具身認(rèn)知理論強(qiáng)調(diào)學(xué)生的學(xué)習(xí)要通過親身體驗、經(jīng)歷、思考，豐富其體驗和認(rèn)知。教師應(yīng)為學(xué)生的具身學(xué)習(xí)和自主建構(gòu)知識圖譜搭建支架，將抽象化的內(nèi)容用具有可見性、條理性和組織性的簡單圖示表現(xiàn)出來，以促進(jìn)學(xué)生思維的“可視化”。

筆者為學(xué)生搭建具身學(xué)習(xí)支架，讓學(xué)生三人一小組，以小組合作的形式親身試驗，運用樂高卡片充當(dāng)機(jī)器人小車，體驗機(jī)器人小車行走過程中顏色傳感器與軌跡線的位置關(guān)系。每個小組中選出一名學(xué)生代表，運用語言描述，借助生動形象的板貼演繹表述樂高小車的行進(jìn)路徑和設(shè)計思路，把顏色傳感器與軌跡線三種位置關(guān)系呈現(xiàn)出來：左白、右白，小車直行；左黑、右白，小車左轉(zhuǎn)；左白、右黑，小車右轉(zhuǎn)（如圖1）。

巡線原理思維過程直觀可視，能促使學(xué)生厘清思路，快速建立起抽象的思維框架。這樣不僅實現(xiàn)了學(xué)生從形象思維到抽象思維的轉(zhuǎn)化，形成了抽象的學(xué)科知識，還能在合作探究中增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)自信，提高主體的自我效能感，最終指向“知識+思維+能力”的綜合素養(yǎng)提升。

（四）實行知行合一——踐行具身實踐，助推思維“進(jìn)階”

1.并列結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)算法

具身認(rèn)知理念認(rèn)為，大部分抽象概念是具有隱喻性的，抽象概念的形成和高階思維過程都發(fā)生在身體感知經(jīng)驗的基礎(chǔ)之上，強(qiáng)調(diào)認(rèn)知對身體的依賴，離開身體經(jīng)驗，認(rèn)知就難以發(fā)生，更談不上思維的發(fā)展。在機(jī)器人小車沿線行走的操作過程中，教師采用具身體驗和游戲式學(xué)習(xí)相結(jié)合的方式，讓學(xué)生展開一系列活動：一是學(xué)生眼、耳、手、腦等多種感官共同參與認(rèn)知，注重身體的體驗、感受和經(jīng)歷。二是身體力行、知行合一，構(gòu)建人、車、認(rèn)知在內(nèi)的學(xué)習(xí)共同體。三是形成全員具身學(xué)習(xí)參與，促進(jìn)基于體驗的認(rèn)知建構(gòu)。這樣，學(xué)生在一遍遍的程序搭建、調(diào)試機(jī)器人小車巡線過程中，將感性經(jīng)驗上升為理性思維，形成較好的解決方案。四是學(xué)生利用EV3Classroom軟件編寫三種并列的“如果…那么…”語句，實現(xiàn)小車的沿線行走，提升學(xué)生運用算法來解決問題的能力。五是師生、生生在溝通合作、程序編寫、調(diào)試運行中不斷分析、比較、歸納問題，促進(jìn)學(xué)生抽象思維和計算思維的融合發(fā)展。

2.嵌套結(jié)構(gòu)，優(yōu)化算法

算法指的是解決問題的方法和步驟，同一個問題有不同的解決方法。在機(jī)器人教學(xué)中，教師要鼓勵學(xué)生多思考、多交流，不斷優(yōu)化升級問題解決的方法。本項目中，并列語句是學(xué)生都能想到的方法，但是在機(jī)器人小車調(diào)試運行實驗過程中，學(xué)生觀察發(fā)現(xiàn)機(jī)器人小車巡線不穩(wěn)定，出現(xiàn)搖晃現(xiàn)象，這引發(fā)了學(xué)生的質(zhì)疑。通過深入地分析與觀察，學(xué)生的決策思維和批判性思維得到提升。學(xué)生小組共同協(xié)作實踐，尋找核心證據(jù)，發(fā)現(xiàn)程序中三種并列語句出現(xiàn)重復(fù)執(zhí)行現(xiàn)象，于是調(diào)整方法，將算法升級優(yōu)化為“如果—那么—否則”的嵌套語句。通過程序建模升級，學(xué)生再次親身實驗，調(diào)試后的機(jī)器人小車巡線平穩(wěn)而流暢，實現(xiàn)了優(yōu)化。

嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S和算法設(shè)計，是程序編寫的前提。學(xué)生通過不斷試錯、調(diào)試，優(yōu)化算法，從并列結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成嵌套結(jié)構(gòu)，減少循環(huán)運行次數(shù)，提高算法執(zhí)行效率。學(xué)生在探究、優(yōu)化算法中不斷內(nèi)化經(jīng)驗，使思維由淺入深、由表及里，助推計算思維拾級而上，不斷進(jìn)階，促進(jìn)了問題解決等高階思維的形成，提升了思維品質(zhì)，實現(xiàn)了深度學(xué)習(xí)。

（五）拓展應(yīng)用遷移——采用具身評價，思維實現(xiàn)“發(fā)散”

應(yīng)用遷移是指學(xué)生將學(xué)習(xí)過程中獲得的知識、方法等用于解決真實問題。實現(xiàn)應(yīng)用遷移是學(xué)生核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)落實的判斷標(biāo)準(zhǔn)。在任務(wù)拓展環(huán)節(jié)，不少小組都已經(jīng)實現(xiàn)了機(jī)器人小車沿線行走這一學(xué)習(xí)目標(biāo)。但是仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)，即使到達(dá)終點，機(jī)器人小車還是一直向前行走。如何才能讓機(jī)器人小車到達(dá)終點就立刻停下來呢？這一問題引發(fā)全班學(xué)生共同探究、演繹推理。最終，學(xué)生集思廣益，想出采用“重復(fù)執(zhí)行直到”控件來解決這一問題。整個實踐過程中，同伴互助、師生互動，思維不斷碰撞、磨合，逐步向?qū)挾取⑸疃?、高度拓展。學(xué)生借助攝影設(shè)備拍攝機(jī)器人小車的巡線過程并投屏展示，生生間互相分享，團(tuán)隊解決新問題，體驗實踐樂趣。教師結(jié)合“小組合作具身學(xué)習(xí)”評價量表（見表1），從親自調(diào)試、團(tuán)隊協(xié)作、分享表達(dá)、展示成果四個維度，開展多元具身評價，以評價助推學(xué)生知識遷移應(yīng)用能力的發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、發(fā)散思維。

新課標(biāo)印發(fā)后，如何豐富學(xué)生抽象、分解、建模、算法設(shè)計等思維活動，發(fā)展學(xué)生思維能力，實現(xiàn)素養(yǎng)目標(biāo)已成為信息科技教師重點關(guān)注的課題。在小學(xué)機(jī)器人課堂教學(xué)中，教師注重具身情境創(chuàng)設(shè)、搭建具身學(xué)習(xí)支架、強(qiáng)調(diào)具身實踐與評價，堅持知行合一、學(xué)思結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)地嘗試模擬、仿真、驗證解決問題過程，通過反思、優(yōu)化解決問題的方案，并將其遷移運用于解決其他問題中，在不斷地體驗和互動中，促進(jìn)了自身的思維進(jìn)階與發(fā)展，從而構(gòu)建高效的機(jī)器人教學(xué)課堂。

參考文獻(xiàn)：

［1］中華人民共和國教育部.義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）［M］.北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.

［2］常國將，李宣.教育元宇宙賦能信息科技算法具身性學(xué)習(xí)［J］.電腦知識與技術(shù)，2023（32）.

［3］黎清萬.深度學(xué)習(xí)視域下的信息科技項目教學(xué)三維三階模型［J］.計算機(jī)教育，2024（12）.

（責(zé)任編輯：趙靜璇）