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计算思维培养导向的小学机器人教学实践

摘要：本文结合“4C教学法”，通过“联系情境，提出问题”“自主建构，约简模型”“反思迭代，设计算法”“展示交流，评价反馈”“延续拓展，迁移应用”五大教学环节引导学生在机器人校本课程的学习中进行分解、抽象、模式识别、设计算法、调试优化、泛化迁移，进而培养学生的计算思维。

中图分类号：G434文献标识码：A论文编号：1674-2117（2024）19-0074-03

笔者通过不断的实践，认为“4C教学法”能够让“计算思维”核心素养落地生根。4C教学法是乐高技术教育过程中创新型人才培养的计划内容，其包括联系（Connect）、建构（Construct）、反思（Contemplate）和延续（Continue）四个部分。“联系”阶段强调“做中学”，将新观念与旧知相联系，激发学生学习热情，提升学习成果。“建构”阶段则是学生在现实世界中建构知识，设计编程指令，完成学习。“反思”阶段要求学生加深理解，讨论交流，反复调整想法。“延续”阶段建立在反思之上，学生动态学习，渴求新知，不断引发对知识的应用思考，形成螺旋式上升的良性循环。根据“4C教学法”，笔者提出，在教学中，“联系情境，提出问题”“自主建构，约简模型”“反思迭代，设计算法”“交流展示，评价反馈”“延续拓展，迁移应用”五大教学环节，能够让学生在解决实际问题的过程中培养计算思维核心素养。

本文以“智能运输小车”项目为例阐述如何基于“4C教学法”在机器人教学中培养学生计算思维。本项目中的机器人指的是以配套的ukitEDU作为机器人软件。

联系情境，提出问题

在教学中，要想培养学生的计算思维，最好的方法就是让学生经历真实问题情境下的探究学习，即以解决现实世界的问题为主线来展开教学。问题的设计需要具备系统性和一定的复杂性，学生在解决复杂问题的过程中主动探究攻克难题。值得注意的是，真实情境不仅需建立新知与现实问题的联系，还需要帮助学生找到问题根源，与旧知识建立联系，为后续任务做准备。

例如，在“智能运输小车”项目中，教师以“果园采摘水果”为情境，以“解决运输问题”为主线，将其贯穿整个学习过程，教师先请学生交流到果园采摘蔬果的经历，唤起学生“采摘”经验。接着提出问题：“如何实现将摘好的水果快速运回基地，节省劳动力？”联系“采摘”经验，学生发现如果采摘数量庞大，那么运输就成为一个难题，不仅耗时耗力，而且如果不及时运输将会影响水果的新鲜度。基于这样的思考，学生提出“智能运输小车”这个创意点子帮助农民伯伯运输水果，解决农民伯伯的运输困境。教师顺势引导学生思考：什么样的小车才能具备运输功能？学生纷纷回答“卡车”“农用车”“拖拉机”等各种工具车。教师引导：有没有更智能的运输小车？学生立刻联系生活中的经验，提出了自动导航、按规定路线行走、无人操控的运输小车。于是教师展示了各种智能运输小车及视频，开阔了学生视野，调动了学生的积极性。

自主建构，约简模型

在小学机器人教学中，教师不能直接提供现成的知识，而是营造一种有利于学生自主建构知识的环境。自主建构包括自主探究和合作学习，即通过引导学生主动建构知识和在小组合作交流中产生思维的碰撞，进一步培养计算思维。

例如，在“智能运输小车”项目中，首先，进行模型约简，简化复杂问题。教师提出问题：“小车为什么能运动？”学生联系科学知识回答是“有力的作用”“有电机提供力量”从而引出了“舵机”的概念。接着，教师提出问题：“智能运输小车由哪几部分组成？”（生：动力装置、货箱）“那么动力装置需要包括哪些元器件？”（生：舵机、轮子、控制器、信号线）这一个个问题层层递进帮助学生剖析“智能运输小车”的构造，将一个复杂的机器人构造分解成一个个元器件的简单拼搭问题。其次，教师提供学习支架，促进自主建构。教师巧妙提供“拼搭指南”学习单及相关视频等学习支架帮助学生自主学习拼搭技巧并提醒学生拼搭的先后顺序。这样大大降低了学生拼搭难度，提高了运输小车拼搭的成功率。为了提高小组合作的积极性，教师提供“运输小车”设计方案，并引导学生合作设计运输小车的方案。该设计方案包括“设想”“器材零件”“动力装置设计图”“货箱设计图”“设计意图”等要素。教师将“动力装置”和“货箱”分解开来，正是为了约简模型。最后，结合科学原理，促进学科融合。

反思迭代，设计算法

1.分解问题

“分解”是处理复杂问题的有效策略，在“智能运输小车”项目中，除了要将运输小车的搭建过程进行分解，还需将复杂的运输指令分解为多个子任务，如“前进”“左转”“右转”“后退”“避障”等。这样不仅降低了解决问题的难度，还让学生学会了如何系统地规划和执行任务。另外，在解决复杂问题时，学生通常会在算法逻辑构建上存在困难。针对这一问题，教师可引入“思维导图辅助法”，引导学生使用思维导图工具梳理问题、分解任务，对比传统