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基于机器人社团的高中生计算思维培育策略

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刘付燕

摘要：文章在剖析计算思维内涵的基础上，指出在高中机器人社团体验、探索和创造中培养计算思维具有独特优势，并在实践经验的基础上提出了计算思维的培养策略：在项目学习中培养计算思维、在实现“人机对话”中提升计算思维、在“方案优化”中培育计算思维。

关键词：高中生;机器人社团;计算思维

中图分类号：G633.67?????????文献标识码：A????文章编号：1992-7711（2020）21-057-1

2018年1月颁布的《普通高中信息技术课程标准》中指出：计算思维作为信息技术学科核心素养的核心要素之一是指个体运用计算机科学领域的思想方法，在形成问题解决方案的过程中产生的一系列思维活动。华东师范大学任友群等人认为，计算思维是一种运用计算概念和工具解决实际问题的过程，也是一种需要系统培养、锻炼的科学思维方式，可以将其从方法习得、工具应用、思维迁移三个层面与中小学信息技术课程融合并落实。[1]计算思维作为一种高阶思维方式，其思想基础是数学思维和工程思维，是一种求解问题的有效工具。计算思维的本质是问题解决过程，是信息技术课程的内在价值追求。

一、机器人社团：体验、探索和创造式学习

目前很多小学和初中都开设了创客、机器人、编程等课程，因此在高中传统的信息技术兴趣小组已经不能完全满足学生的学习需求，比如，有些学生在小学、初中就对编程有了一定的学习基础、有些学生参加过国家、省级、市级的机器人比赛并取得了不错的成绩。由此可见，在高中成立机器人社团是非常必要的。机器人社团的成立一方面可以满足具有科技特长学生的学习需求;另一方面也为学生创新能力的螺旋上升提供的平台和机会。

在机器人的学习过程中，需要学生面向任务（解决问题）完成基础搭建、结构改进、算法设计、程序编写、程序调试、程序改进等一系列的过程，在这个过程中学生要主动分析问题、设计优化方案、算法实现与程序调试、有效地增强学生的利用信息技术解决问题的能力以及创新意识、创造力以和自主学习能力的培养。

二、做中学：机器人社团培养计算思维的途径

计算思维的核心是设计问题解决的算法或方案，培养学生计算思维的关键在于引导学生思考工具背后的算法。在機器人教学中，利用程序控制机器人完成指定任务，不仅培养了学生的计算思维，而且让学生充分体验和实践了问题抽象、算法设计、程序实现和程序调试、算法优化等过程。

1.在项目学习中培养计算思维

机器人的学习涉及到了科学、数学、工程和技术等多学科的内容，需要同学之间协作学习，学习过程中要建立组内异质、组间同质的学习团队。因此在机器人社团的学习中多开展基于真实问题情境的学习，并让学生采用项目学习法。项目学习很大程度上还原了学习的本质，这种具有真实情境的学习能促进学生对信息问题的敏感性、对自己学习的掌控力、对问题求解的思考力的发展。

比如，在2019年赛季的机器人比赛中学生采用项目学习的形式来进行，首先学生根据学校购买设备选择参赛项目，确定项目主题：VEX机器人工程挑战赛——“反败为胜”主题，接下来指导教师要带领学生认真研读比赛规则，设计项目方案，完成项目规划，开展方案交流，实施项目探究活动（机器人基础知识的学习、机器人的基础搭建、机器人结构的优化和程序控制、程序调试，机器人设备的操控等）。学生通过选择竞赛主题、设计方案、实践探索，并寻求最优方案，完成比赛的过程就是典型的项目学习过程。在项目学习过程中，学生抽象提取问题、设计问题解决方案（算法）、程序实现、调试改进、优化方案的能力都得到有效提升，进而促进学生计算思维水平的发展。

2.在实现“人机对话”中提升计算思维

机器人搭建好了，那么如何实现“人机对话”是关键，即如何让机器人按照我们的意图来运动，这也是提升学生计算思维的绝佳时机。尽管程序教学在提升学生计算思维水平方面具有独特的优势，但是传统的程序教学比较枯燥，难以持久地维持学生的学习兴趣，而机器人具有很强的可操作性，学生拼搭完机器人就特别想展示一下拼搭成果，这就需要让机器能够动起来完成指定任务，这也就很自然地过渡到了程序控制，即算法设计、程序编写和调试。一旦学生有了学习需求和明确的任务，学习过程就会顺畅而高效。

教师在带领学生学习“人机对话”时可以采用如下方法：教师要带领学生学习机器人主控识别的编程语言、熟悉语言环境、机器人和程序的链接方式等。在程序学习之初，教师可以先为学生提供程序的框架，引导学生去读懂程序，在读懂程序的基础上让学生去修改程序、调试程序，等学生能够读懂且调试程序之后，教师就可以放手让学生自己去动手编程，尽力发挥创意。

3.在“方案优化”中培育计算思维

“以赛促教，以赛促学”是每一个竞技类教学项目的运作策略之一。高中生富于挑战性，在机器人社团学习中，日常的学习固然重要，但是比赛对于学生