小學(xué)生計(jì)算思維培養(yǎng)的過程和策略研究

楊玉芹 龍彥文 孫鈺峰

[摘? ?要] 研究基于對(duì)武漢市從事機(jī)器人教育的26位一線小學(xué)教師的深度訪談，對(duì)機(jī)器人教育中發(fā)展學(xué)生計(jì)算思維的教學(xué)過程和策略進(jìn)行深入研究，以揭示計(jì)算思維培養(yǎng)實(shí)踐的現(xiàn)狀以及可能存在的問題，進(jìn)而為培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維提供一些有益的借鑒。研究利用共識(shí)質(zhì)性研究方法和持續(xù)比較方法對(duì)教師的訪談數(shù)據(jù)進(jìn)行了深度分析和挖掘，發(fā)現(xiàn)在機(jī)器人教育中，培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的教學(xué)過程一般涉及四個(gè)階段、八大環(huán)節(jié)，不同環(huán)節(jié)采用不同的策略;模式識(shí)別階段的任務(wù)分析環(huán)節(jié)、交流反思階段以及與之相匹配的教學(xué)策略尤其需要進(jìn)一步完善和發(fā)展;在計(jì)算思維培養(yǎng)過程中，創(chuàng)造性思維培養(yǎng)策略相對(duì)匱乏。研究從理論和實(shí)踐兩個(gè)維度，提出了培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的建議。

[關(guān)鍵詞] 計(jì)算思維; 機(jī)器人教育; 教育機(jī)器人; 教學(xué)策略; 教學(xué)階段

[中圖分類號(hào)] G434? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A

[作者簡(jiǎn)介] 楊玉芹（1981—），女，山東陽(yáng)信人。副教授，博士，主要從事學(xué)習(xí)科學(xué)、知識(shí)建構(gòu)與創(chuàng)新、學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)與學(xué)習(xí)分析等方面研究。E-mail：yuqinyang0904@gmail.com。

一、問題的提出

21世紀(jì)似乎是計(jì)算的世紀(jì)，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、語(yǔ)音和面部識(shí)別、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等已經(jīng)悄悄地進(jìn)入我們的工作、生活、學(xué)習(xí)和娛樂中，并逐漸改變著我們的工作方式、生活方式、學(xué)習(xí)方式和娛樂方式。計(jì)算也影響著各個(gè)學(xué)科、行業(yè)的創(chuàng)新，成為推動(dòng)產(chǎn)生創(chuàng)新工作方式與思考方式的整合工具之一。正因如此，計(jì)算思維被視為21世紀(jì)學(xué)生所必須具備的基本素養(yǎng)和基礎(chǔ)能力[1-2]，在中小學(xué)課程學(xué)習(xí)和實(shí)踐中開展培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的時(shí)代已經(jīng)到來[2-3]。機(jī)器人教育，作為整合了計(jì)算機(jī)科學(xué)、機(jī)械和工程等學(xué)科內(nèi)容的一類綜合課程，尤為關(guān)注學(xué)生在設(shè)計(jì)、組裝、編程和運(yùn)行機(jī)器人處理情景任務(wù)的過程中所發(fā)展的任務(wù)分析能力、問題解決能力、設(shè)計(jì)能力、抽象能力和計(jì)算思維等[4]，因而機(jī)器人教育成為許多中小學(xué)幫助學(xué)生發(fā)展計(jì)算思維的重要方式之一。我國(guó)政府及相關(guān)教育部門高度重視機(jī)器人教育，例如：國(guó)務(wù)院于2017年頒布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中明確指出，中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育;教育部于2018年發(fā)布的《普通高中課程方案和語(yǔ)文等學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版）》中，通用技術(shù)課程增加了“機(jī)器人設(shè)計(jì)與制作”模塊。

機(jī)器人教育在培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維方面具有無法比擬的優(yōu)勢(shì)和價(jià)值[5-6]。盡管在理論上就如何通過機(jī)器人教育培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維取得了一定的理論成果（如實(shí)踐活動(dòng)模式等），但實(shí)踐中，機(jī)器人教育主要以校本選修課或社團(tuán)的形式開展，以競(jìng)賽為主[6]，機(jī)器人教育并未走進(jìn)常規(guī)課堂，實(shí)踐推進(jìn)相對(duì)緩慢。同時(shí)，能夠勝任機(jī)器人教育的師資比較匱乏。因而，在實(shí)際教學(xué)過程中，不同的教師使用了哪些可能有效的策略幫助學(xué)生發(fā)展計(jì)算思維，其教學(xué)展開過程是怎樣的等關(guān)鍵問題的研究非常必要，但鮮有實(shí)證研究對(duì)其進(jìn)行深入研究。本研究通過對(duì)武漢市從事機(jī)器人教育的26位一線小學(xué)教師的深度訪談，嘗試對(duì)通過機(jī)器人教育發(fā)展學(xué)生計(jì)算思維的教學(xué)過程和策略進(jìn)行深入研究，以揭示計(jì)算思維培養(yǎng)實(shí)踐的現(xiàn)狀以及可能存在的問題，進(jìn)而為培養(yǎng)小學(xué)生計(jì)算思維的理論和實(shí)踐的發(fā)展提供一些有益的借鑒。

二、概念框架

（一）計(jì)算思維的概念

計(jì)算思維由Wing于2006年首次提出，將其定義為利用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念來解決問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)、理解人類行為等的思維和能力[1]。Wing認(rèn)為，隨著計(jì)算和計(jì)算機(jī)的迅猛發(fā)展，計(jì)算思維將同閱讀、寫作、數(shù)學(xué)一樣，成為學(xué)生必須具備的基本素養(yǎng)和能力。自此，計(jì)算思維在美國(guó)的中小學(xué)教育中開始被關(guān)注。對(duì)于計(jì)算思維的界定，學(xué)術(shù)界一直存在不同的聲音。例如，Sellby和Woollard將計(jì)算思維界定為計(jì)算機(jī)科學(xué)家解決問題的思維技能，包括形成解決問題的策略、形成應(yīng)用到任何領(lǐng)域的問題解決技能及創(chuàng)造能被計(jì)算機(jī)執(zhí)行的問題解決方案[7]。Chen認(rèn)為，計(jì)算思維是一套完整的認(rèn)知工具，能夠幫助人們將困難任務(wù)分解為容易解決的子任務(wù)，恰當(dāng)?shù)乇碚鲉栴}、解釋數(shù)據(jù)、編寫算法，并考慮問題解決的正確性、效率和美學(xué)等[8]。

（二）計(jì)算思維培養(yǎng)的教學(xué)實(shí)踐與機(jī)器人教育

在國(guó)內(nèi)，對(duì)于計(jì)算思維，目前大部分研究關(guān)注對(duì)其概念、意義以及如何培養(yǎng)的理論探討。已有的培養(yǎng)計(jì)算思維的實(shí)踐，主要依托于信息技術(shù)學(xué)科和編程課程進(jìn)行。例如：謝忠新等在信息技術(shù)學(xué)科中，基于計(jì)算思維的具體內(nèi)容設(shè)計(jì)課堂教學(xué)活動(dòng)，研究計(jì)算思維培養(yǎng)的方法[9];郁曉華等探究了基于可視化編程的計(jì)算思維培養(yǎng)模式，通過支架幫助學(xué)生發(fā)展計(jì)算思維[10];李峰通過構(gòu)建指向計(jì)算思維教育的STEM課程來培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維[11]。相較于國(guó)內(nèi)，國(guó)外計(jì)算思維培養(yǎng)的實(shí)證研究相對(duì)較多，但對(duì)于如何高效培養(yǎng)計(jì)算思維，仍處于探索階段。在國(guó)外，計(jì)算思維的培養(yǎng)主要依托于計(jì)算機(jī)編程數(shù)學(xué)等課程，但也有少部分研究依托于語(yǔ)言課程[12]，其主要編程語(yǔ)言包括Scratch，Logo，Stagecast Creator，Toontalk等。計(jì)算思維培養(yǎng)的有效策略可以概括為兩類：一是幫助學(xué)生進(jìn)行評(píng)價(jià)、反思等元認(rèn)知活動(dòng)，這一策略對(duì)計(jì)算思維培養(yǎng)的成效具有關(guān)鍵性的作用[13];二是編程過程中給學(xué)生提供腳手架，例如來自計(jì)算機(jī)的自動(dòng)支持、同伴協(xié)作編程、知識(shí)內(nèi)容框架結(jié)構(gòu)[14]等。

機(jī)器人教育提供了融合多學(xué)科的教學(xué)活動(dòng)和富有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)任務(wù)，涉及任務(wù)的邏輯、系統(tǒng)處理、設(shè)計(jì)作品、測(cè)試與調(diào)試、迭代優(yōu)化、序列代碼的逐步開發(fā)等[15]，是培養(yǎng)計(jì)算思維的有效途徑之一。教育機(jī)器人在教育中日益普及，學(xué)生在設(shè)計(jì)、拼裝、編程和運(yùn)行機(jī)器人系統(tǒng)處理情境任務(wù)的過程中，能夠發(fā)展設(shè)計(jì)能力、問題解決能力和計(jì)算思維，因而教育機(jī)器人成為計(jì)算思維培養(yǎng)的有效工具和載體之一。

以教育機(jī)器人為工具，通過機(jī)器人教育，幫助學(xué)生發(fā)展計(jì)算思維的研究和實(shí)踐日益興起。一些研究使用不同的策略在機(jī)器人教育中幫助學(xué)生發(fā)展計(jì)算思維。例如：Leonard等通過游戲策略，幫助中學(xué)生發(fā)展計(jì)算思維[16];Berland和Wilensky通過給學(xué)生提供真實(shí)和虛擬的機(jī)器人系統(tǒng)，幫助學(xué)生進(jìn)行合作、比較、反思等活動(dòng)，在這些活動(dòng)中，將學(xué)到的知識(shí)和技能進(jìn)行應(yīng)用和創(chuàng)新[17]。

借助教育機(jī)器人發(fā)展學(xué)生計(jì)算思維的研究和實(shí)踐引起了研究者和一線教師的極大關(guān)注，但無論是機(jī)器人教育的研究還是實(shí)踐都處于起步階段。本研究基于對(duì)武漢市從事機(jī)器人教育的26位教師的深度訪談，探討機(jī)器人教育中計(jì)算思維培養(yǎng)的過程與具體教學(xué)策略，以深入了解機(jī)器人教育的現(xiàn)狀和可能存在的問題，從而為機(jī)器人教育在常規(guī)課堂的有效和高效實(shí)施奠定基礎(chǔ)。本研究主要解決以下兩個(gè)問題：

（1）教學(xué)過程中，機(jī)器人教育的教學(xué)過程具體是如何展開的;

（2）教學(xué)過程中，機(jī)器人教育實(shí)施的不同階段，教師采用哪些策略，使學(xué)生投入學(xué)習(xí)過程，以發(fā)展計(jì)算思維。

三、研究方法

（一）研究對(duì)象

本研究的參與者是26位進(jìn)行機(jī)器人教育的一線小學(xué)教師（校本選修課和社團(tuán)課）;這些教師的選取由武漢市教育局推薦（在武漢市機(jī)器人教育方面做得比較好的教師），在征得教師的意愿后實(shí)現(xiàn)。對(duì)于參與教師的逐個(gè)深入訪談，通過實(shí)地走訪學(xué)校，歷時(shí)5個(gè)月完成。參與訪談的26位教師，絕大多數(shù)是男教師（占70.8%）;大部分教師擁有本科學(xué)歷，部分教師擁有碩士學(xué)歷和?？茖W(xué)歷;他們所學(xué)專業(yè)種類繁多，涉及計(jì)算機(jī)教育、教育技術(shù)學(xué)、自動(dòng)化、管理（如工商管理、行政管理、建筑管理、信息管理等）、對(duì)外貿(mào)易、電子商務(wù)、機(jī)械工程、藥劑學(xué)、科學(xué)教育等;教師教學(xué)時(shí)間從1～20年不等，但1～6年教齡的教師占絕大部分。

（二）數(shù)據(jù)收集

1. 訪談法

本研究采用半結(jié)構(gòu)化訪談，利用圖1中的訪談提綱，對(duì)參與教師逐一進(jìn)行了深度訪談，每次訪談持續(xù)約1～1.5小時(shí)，使用錄音筆進(jìn)行錄音，訪談地點(diǎn)為被訪談教師的工作單位。訪談主要關(guān)注機(jī)器人教育中培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的具體教學(xué)過程和策略、關(guān)鍵步驟、教學(xué)事件及處理方法等。對(duì)于訪談錄音，我們進(jìn)行了逐字全文轉(zhuǎn)錄。

2. 觀察法

為了更好地了解教師培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的教學(xué)過程和策略，我們從參與訪談的26位教師中分別隨機(jī)選擇了教學(xué)過程中創(chuàng)造性教學(xué)行為（教師自評(píng)量表）得分高和低的兩位教師，進(jìn)行了為期12周的實(shí)地觀察（每周一次課），對(duì)教師的教學(xué)活動(dòng)和學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)進(jìn)行觀察、記錄和錄像，收集到的數(shù)據(jù)包括圖片、課堂錄像、全部課堂觀察的記錄與反思筆記等。本研究對(duì)這些課堂觀察和視頻數(shù)據(jù)等不進(jìn)行分析和報(bào)告（另一個(gè)研究中匯報(bào)該數(shù)據(jù)），但對(duì)課堂的深度觀察可以幫助我們更好地理解和分析教師的訪談數(shù)據(jù)。

（三）數(shù)據(jù)分析

本研究首先對(duì)被訪談的26位教師進(jìn)行統(tǒng)一編碼，從T1至T26，然后采用共識(shí)質(zhì)性研究方法[18]，對(duì)訪談數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以確保數(shù)據(jù)分析過程與結(jié)果的客觀性。共識(shí)質(zhì)性研究方法，即對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時(shí)，采取團(tuán)隊(duì)共識(shí)而非個(gè)人意見的做法。數(shù)據(jù)分析過程中，除了本項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的三位研究人員共同分析所有訪談轉(zhuǎn)錄數(shù)據(jù)外，還另外邀請(qǐng)學(xué)習(xí)科學(xué)領(lǐng)域的一位專家共同參與數(shù)據(jù)的分析與編碼。

在對(duì)訪談數(shù)據(jù)進(jìn)行具體編碼的過程中，采用持續(xù)比較研究方法[19]。具體操作如下：首先，對(duì)訪談內(nèi)容進(jìn)行梳理，提取出與教學(xué)過程和策略相關(guān)的內(nèi)容;其次，對(duì)抽取出的內(nèi)容作進(jìn)一步分析整理，整合成幾個(gè)核心主題;再次，將歸屬于同一個(gè)核心主題的信息進(jìn)行概括，梳理成幾個(gè)主要的核心觀點(diǎn);最后，將所有歸屬于同一個(gè)核心主題、來自不同被試的核心觀點(diǎn)聚合到一起進(jìn)行分析整理，整合成不同的類別，進(jìn)而揭示最后的研究結(jié)果。

四、研究結(jié)果

基于26位被訪談教師對(duì)教學(xué)過程的描述，我們發(fā)現(xiàn)在機(jī)器人教育中，培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的教學(xué)過程涉及四個(gè)階段（激發(fā)動(dòng)機(jī)、模式構(gòu)建、創(chuàng)意實(shí)踐、交流反思）、八個(gè)環(huán)節(jié)，且在不同環(huán)節(jié)，教師使用的策略也不盡相同，如圖2所示。

（一）激發(fā)動(dòng)機(jī)階段

1. 環(huán)節(jié)一：創(chuàng)設(shè)情境

計(jì)算思維的培養(yǎng)強(qiáng)調(diào)學(xué)生在特定問題情境下的分析思維[2]，因而，教師如何創(chuàng)設(shè)適切的問題情境，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)尤為重要。在該環(huán)節(jié)，教師使用的策略主要有兩個(gè)：一是提供豐富、個(gè)性化的教學(xué)材料;二是創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問題情境。在提供豐富、個(gè)性化教學(xué)材料過程中，教師會(huì)結(jié)合學(xué)生的性格特征和愛好（T14、T18、T3），通過生動(dòng)形象的語(yǔ)言（T19）、圖片（T23）、播放與教學(xué)主題相關(guān)的視頻（T17、T24）來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問題情境中，教師創(chuàng)設(shè)貼近生活的問題情境（T15、T23、T1、T9），激發(fā)學(xué)生去思考解決方案。也有一部分教師激發(fā)學(xué)生思考生活中的實(shí)例，如何利用機(jī)器人模型來解決生活中的實(shí)際問題。例如T15在訪談中提到：“電梯的那個(gè)門防夾的功能也是通過紅外線傳感器去實(shí)現(xiàn)的，有的小朋友還可以舉出像掃地機(jī)器人，它不會(huì)去撞墻或者撞人（碰到障礙物），其實(shí)也是通過紅外線傳感器。我只布置任務(wù)，實(shí)際生活中遇到什么問題，你知道要拿這個(gè)紅外線來解決這個(gè)問題就行了。”

2. 環(huán)節(jié)二：講授新知

在講授新知環(huán)節(jié)，教師使用的策略主要包括啟發(fā)性提問（T1）、實(shí)驗(yàn)探究（T18）以及實(shí)物演示（T15）。例如T15在訪談中提到：“……因?yàn)樗麑?duì)這個(gè)對(duì)稱不太熟悉，那么我就對(duì)他說，如果（用）這一張紙的話，就可以把這個(gè)紙對(duì)折一下，然后這個(gè)螺絲從這里穿過來，透過另外一個(gè)點(diǎn)，再把它展開?！蓖ㄟ^實(shí)物演示和動(dòng)手操作，學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解可以更加具象化。

在訪談過程中，近1/3的教師并未提到講授新知這個(gè)環(huán)節(jié)。一些被訪談的教師認(rèn)為“知識(shí)點(diǎn)本身很難”（T17），“理論講解十分枯燥”（T15），“難以選擇與知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的合適的教學(xué)場(chǎng)景”（T13）等。

（二）模式構(gòu)建階段

1. 環(huán)節(jié)一：任務(wù)識(shí)別

學(xué)生掌握了基礎(chǔ)知識(shí)和原理后，需要運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)分析并完成給定的搭建任務(wù)。在任務(wù)識(shí)別環(huán)節(jié)，學(xué)生對(duì)目標(biāo)任務(wù)的分解和對(duì)問題解決步驟的梳理是計(jì)算思維中算法思維的重要組成部分[1]。在這一環(huán)節(jié)，教師使用的策略主要有兩個(gè)：一是引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行任務(wù)分解（80%教師使用該策略），二是啟發(fā)性挫敗策略（20%教師使用該策略），即首先教師鼓勵(lì)學(xué)生自主探索問題的多重表征方式和方案，然后再引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行整合和鞏固。引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行任務(wù)分解的策略中，教師比較常用的方法包括引導(dǎo)學(xué)生繪制流程圖、分析機(jī)器人模型結(jié)構(gòu)組成和功能實(shí)現(xiàn)。例如訪談中T18提到，“把每個(gè)視角的圖拿過來，讓你去觀察，然后讓孩子們做共同筆記，它由哪些部分構(gòu)成，每一個(gè)部分是怎么連接起來的”。使用啟發(fā)性挫敗的策略中，教師非常關(guān)注學(xué)生的自主探索，根據(jù)機(jī)器人模型結(jié)構(gòu)和功能的特點(diǎn)及任務(wù)目標(biāo)啟發(fā)學(xué)生的思維。例如訪談過程中T8提到，“并不是讓學(xué)生直接動(dòng)手操作或告知學(xué)生編程步驟，而是讓學(xué)生自主思考任務(wù)過程中涉及的重難點(diǎn)，先理清思路，再進(jìn)行操作”。

2. 環(huán)節(jié)二：自主搭建

明晰任務(wù)后，幾乎所有課堂都會(huì)提供充裕的時(shí)間鼓勵(lì)學(xué)生自主進(jìn)行搭建。這也是一節(jié)課中占用時(shí)間最多的環(huán)節(jié)。這一環(huán)節(jié)，大部分教師（77%）采用的策略主要是通過視頻演示、圖片講解或提供操作手冊(cè)等輔助學(xué)生分析。例如訪談過程中T23提到，“會(huì)讓學(xué)生觀察搭建好的成品，通過PPT展示圖片或視頻分析搭建步驟”。一小部分教師使用的策略是提供關(guān)鍵指導(dǎo)，即鼓勵(lì)學(xué)生先進(jìn)行自主探索和創(chuàng)新，當(dāng)學(xué)生遇到困難時(shí)，提供關(guān)鍵幫助。例如一些教師在訪談中提到，“如果圖上的零件沒有，你自己要想辦法解決”（T9、T3）;“學(xué)生在實(shí)現(xiàn)過程中遇到細(xì)節(jié)上面的問題再去指導(dǎo)”（T11）。這一環(huán)節(jié)，有的教師很關(guān)注學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)，例如，訪談過程中T15提到，“讓他們自己發(fā)揮空間想象能力，完成這個(gè)結(jié)構(gòu)”。

（三）創(chuàng)意實(shí)踐階段

1. 環(huán)節(jié)一：編程調(diào)試

接受訪談的26位一線教師中，88%的教師提到了自主搭建之后的編程環(huán)節(jié)。大部分教師認(rèn)為編程對(duì)學(xué)生非常重要。例如：T13認(rèn)為，“編程能夠鍛煉學(xué)生的邏輯思維，幫助學(xué)生形成清晰、有條理的思維模式”;T18也提到，“串行、并行程序，循環(huán)和切換的概念，它的邏輯層次會(huì)比較復(fù)雜，一個(gè)動(dòng)作里面包含了很多動(dòng)作，前后關(guān)系是相互影響的……（學(xué)生）需要把它的邏輯成分分得很清楚”;這一環(huán)節(jié)，教師使用的主要策略是鼓勵(lì)學(xué)生不斷試誤、反思，并提供關(guān)鍵指導(dǎo)（T15、T22、T24、T3、T19、T23）。例如T3在訪談過程中提到，“你要不停地試（教師對(duì)學(xué)生說的話）。（學(xué)生）他說我都試了十次了，我說試了一百次也要試，愛迪生發(fā)明燈泡試了一千多次，還是把它發(fā)明出來了，如果他試了一百次就放棄了，他就發(fā)明不出來電燈泡了”。這個(gè)過程體現(xiàn)了計(jì)算思維中的評(píng)估要素，學(xué)生能夠根據(jù)調(diào)試反饋來反思程序的可行性和最優(yōu)性，對(duì)程序進(jìn)行不斷修正來實(shí)現(xiàn)最終效果。

2. 環(huán)節(jié)二：拓展創(chuàng)新

學(xué)生完成基本任務(wù)后，絕大多數(shù)受訪教師提到了拓展創(chuàng)新環(huán)節(jié)。這一環(huán)節(jié)，教師使用的策略之一是設(shè)置可拓展性的任務(wù)。部分訪談教師提到，任務(wù)設(shè)置要具備可擴(kuò)展性，以便學(xué)生能夠在基礎(chǔ)模型上進(jìn)行發(fā)散，多角度地選擇方案以解決問題（T13、T19，T11，T12）。策略之二是根據(jù)學(xué)生的興趣點(diǎn)來激發(fā)創(chuàng)意。部分受訪教師提到，鼓勵(lì)學(xué)生積極思考和表述自己的想法，通過實(shí)際操作驗(yàn)證方案的可行性，并在不斷嘗試中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新（T5、T8）。例如T15提到，“這個(gè)小車根據(jù)功能來設(shè)計(jì)的話，他會(huì)有很多種類，如果有他感興趣的點(diǎn)，他可能會(huì)把其中一個(gè)點(diǎn)抽出來，比如說我想做一個(gè)挖土機(jī)，那么他會(huì)在這個(gè)小車上面進(jìn)行一些創(chuàng)意，這就是對(duì)小孩創(chuàng)造力的一種激發(fā)”。訪談過程中，一部分教師指出拓展創(chuàng)新的時(shí)間并不充裕，該環(huán)節(jié)可能會(huì)視課堂進(jìn)度情況而被壓縮（T10），并且大部分學(xué)生由于無法及時(shí)完成基礎(chǔ)搭建，導(dǎo)致沒有時(shí)間進(jìn)行創(chuàng)意擴(kuò)展。在實(shí)際的機(jī)器人教學(xué)中，部分教師在教學(xué)中更注重基礎(chǔ)任務(wù)的完成，并沒有給學(xué)生提供表達(dá)和實(shí)現(xiàn)創(chuàng)意想法的空間。例如T5在訪談中指出，“（對(duì)于）創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，目前沒有什么好的想法，只能盡量鼓勵(lì)學(xué)生去做”。

（四）交流反思階段

1. 環(huán)節(jié)一：分享交流

在接受訪談的26位教師中，只有近1/3的教師在訪談過程中提到會(huì)鼓勵(lì)學(xué)生在課堂上分享作品。教師一般鼓勵(lì)學(xué)生口頭表述自己的創(chuàng)作思路、邏輯理念和操作經(jīng)驗(yàn)。例如訪談過程中T18提到， “讓學(xué)生說明今天所學(xué)的知識(shí)和拼搭創(chuàng)意，介紹作品的制作原因、制作重難點(diǎn)以及作品的效果等”。此外，僅有少數(shù)受訪教師會(huì)邀請(qǐng)家長(zhǎng)參與學(xué)生的分享活動(dòng)。

2. 環(huán)節(jié)二：評(píng)價(jià)反思

評(píng)價(jià)反思這一環(huán)節(jié)也是被訪談教師提及比較少的一個(gè)環(huán)節(jié)，尤其是引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自主評(píng)價(jià)和反思方面，評(píng)價(jià)策略仍舊以教師評(píng)價(jià)、總結(jié)性評(píng)價(jià)為主。對(duì)于評(píng)價(jià)的側(cè)重點(diǎn)，不同教師的認(rèn)知不同。有的教師強(qiáng)調(diào)知識(shí)與技能的掌握，如T6提到，“盡管學(xué)生制作的機(jī)器人作品不同，但用到的科學(xué)原理是大致相同的，學(xué)生能夠合理進(jìn)行運(yùn)用即可”;有的教師則強(qiáng)調(diào)作品的優(yōu)化程度和程序的流暢程度（T10、T11）;有的教師則關(guān)注學(xué)生的創(chuàng)意（T8）。少部分被訪談教師鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行自我反思和同伴互評(píng)。例如訪談過程中T23提到，“因?yàn)楹芏嘈∨笥?，他其?shí)知道（程序）怎么去寫的，也能理解，但是他們描述不出來。讓小朋友通過口述形式描述程序，其他小朋友可以對(duì)他描述的程序做一個(gè)判斷”。學(xué)生對(duì)任務(wù)完成過程的梳理、反思和評(píng)價(jià)，不僅有利于學(xué)生總結(jié)解決問題的方法和技巧，而且對(duì)培養(yǎng)計(jì)算思維中涉及的知識(shí)遷移和應(yīng)用能力的發(fā)展也十分關(guān)鍵，更為重要的是，幫助學(xué)生不斷發(fā)展元認(rèn)知能力（如計(jì)劃，反思、評(píng)價(jià)、調(diào)控等），進(jìn)而學(xué)會(huì)如何學(xué)習(xí)[20]。

五、結(jié)? ?語(yǔ)

本研究通過實(shí)證研究發(fā)現(xiàn)，在培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的四個(gè)階段、八個(gè)環(huán)節(jié)中，模式構(gòu)建和激發(fā)動(dòng)機(jī)階段，尤其是任務(wù)識(shí)別和分享交流兩個(gè)環(huán)節(jié)在整個(gè)教學(xué)過程中相對(duì)薄弱，有待完善。在任務(wù)識(shí)別環(huán)節(jié)，如何通過適切的策略和活動(dòng)，幫助學(xué)生提高任務(wù)分析、模式識(shí)別等能力，建立抽象思維、邏輯思維、工程思維等高階思維尤為值得進(jìn)一步探究。分享交流環(huán)節(jié)，如何營(yíng)造輕松、開放的教學(xué)氛圍，鼓勵(lì)學(xué)生在課堂上自由表達(dá)和分享創(chuàng)意;如何幫助學(xué)生學(xué)會(huì)對(duì)自己的學(xué)習(xí)過程和作品進(jìn)行監(jiān)控、評(píng)價(jià)和反思;如何將進(jìn)行活動(dòng)與概念學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)更好地融合;如何激發(fā)并幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)作品制作過程中的想法與創(chuàng)意，并進(jìn)行拓展、遷移等，這些課題非常重要，并值得進(jìn)一步研究。

計(jì)算思維包括理論和實(shí)踐兩個(gè)組成部分。在發(fā)展計(jì)算思維的實(shí)踐階段，如自主搭建和編程調(diào)試環(huán)節(jié)，如何設(shè)置多元路徑可實(shí)現(xiàn)、可拓展的任務(wù)，如何提供思維發(fā)散的空間，如何引導(dǎo)學(xué)生在不斷試誤的過程中分析問題、推導(dǎo)原因并優(yōu)化方案，逐漸幫助學(xué)生發(fā)展邏輯思維以及問題解決能力，實(shí)現(xiàn)知識(shí)與方法的遷移和運(yùn)用等尤為重要，值得進(jìn)一步深入研究。

機(jī)器人教育在小學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)過程中有很大的潛力，其潛力的發(fā)揮依賴于知識(shí)架構(gòu)科學(xué)合理的課程，與計(jì)算思維發(fā)展相契合的教學(xué)支架、教學(xué)策略、教學(xué)過程，熟練教育機(jī)器人操作、教學(xué)技巧以及勝任設(shè)計(jì)基于機(jī)器人的教學(xué)活動(dòng)的師資隊(duì)伍。但目前機(jī)器人教學(xué)在這幾個(gè)方面都相對(duì)薄弱，無論是研究還是實(shí)踐都剛剛起步，尤其是勝任機(jī)器人教育的師資尤為匱乏。因此，對(duì)機(jī)器人教育課程的開發(fā)、教學(xué)模式與策略的重構(gòu)、教師專業(yè)發(fā)展途徑等的研究尤為必要和迫切。

本研究對(duì)于了解借助機(jī)器人教育培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的實(shí)踐現(xiàn)狀、教學(xué)過程和教學(xué)策略，以及如何加快機(jī)器人教育在常規(guī)課堂的有效和高效推進(jìn)具有一定的啟示意義。

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