基于機器人教學培養(yǎng)初中生計算思維的作用探究

【摘要】教育的本質(zhì)是人的發(fā)展，而人的發(fā)展需要高品質(zhì)的思維，作為“涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動”的計算思維以發(fā)現(xiàn)問題和解決問題為立足點，其“思維教學的核心理念是培養(yǎng)聰明的學習者，提高學習者解決問題的能力。教師不僅要教會學生如何解決問題，也要教會他們發(fā)現(xiàn)值得解決的問題”，這與機器人教學的理念、目的是一致的完全吻合的，從這意義上說，計算思維教育是機器人教學的一種載體，通過教學能讓學生品味計算思維、提高計算思維、享用計算思維，“計算思維將成為每一個人的技能組合成分，而不僅僅限于科學家”，計算思維教育和機器人教學的融合是創(chuàng)新人的行為方式和生活方式的一種狀態(tài)。為了進一步推進中學機器人教學的發(fā)展創(chuàng)新，探究機器人教學培養(yǎng)初中生計算思維的作用，就顯得尤為重要。本論文旨在研究機器人教學對培養(yǎng)初中生計算思維的思考，在這過程中探索新的方法路徑。

【關(guān)鍵詞】計算思維 ?編程 ?機器人教學

【中圖分類號】G633.67 ?【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2019）30-0159-02

一、計算思維的核心定義

思維是人腦對客觀事物的本質(zhì)以及內(nèi)在見解聯(lián)系或者概括總結(jié)的一種腦內(nèi)反應(yīng)，是一種自我認知成長的心理活動。計算思維最早是周以真教授在美國計算機權(quán)威期刊 Communi？鄄cations of the ACM上提出的， 周教授認為計算思維就是計算思維是運用計算機科學的基礎(chǔ)概念進行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計、以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。 周教授針對計算思維的核心概念做了詳細的解釋，她認為計算思維就是通過簡略、融入、轉(zhuǎn)換和仿真的方法把一個看起來比較困難的問題重新解釋成一個人們知道用什么方法解決的問題，計算思維對人們的日常生活以及創(chuàng)新發(fā)展有著極其重要的作用，它能夠幫助人們將復(fù)雜的問題簡單化，并最終以高效快捷的方式去解決問題，幫助人們不斷地發(fā)展進步。計算思維并非是對計算機的一種簡單的思考，因為計算機屬于運算的程序代碼，其本身并沒有思維能力，而計算思維則代表著人思維，是人類利用計算機運算方式解決日常生活中所面臨的問題，計算思維與人們的生活息息相關(guān)，它可以將復(fù)雜的問題通過計算方式得出最有效的解決方式，因此，計算思維應(yīng)當是人類不可或缺的一種思維能力，更應(yīng)當從小便培養(yǎng)學生計算思維的能力發(fā)展，對今后的學習生活都有著極大的幫助。

二、機器人教學對培養(yǎng)初中生計算思維的實踐研究

通過研究計算思維可得，計算思維對學生學習生活有著極大的幫助，進一步研究如何培養(yǎng)學生的計算思維，筆者通過閱讀大量的計算思維教育相關(guān)的文獻資料，通過實踐調(diào)查研究出機器人教學與計算思維培養(yǎng)之間存在著很大的切合性。因此，筆者決定通過以機器人教學作為切入點，探索機器人教學對培養(yǎng)初中生計算思維的價值和作用。

（一）研究準備

機器人教學的實踐研究從2015年11月到2016年8月的準備階段，最終決定將實驗的時間定在2017年3月份開始，學生可以通過在新的教學實踐來檢查出自己通過機器人教學培養(yǎng)計算思維之后的變化，主要是學習成績的變化以及學習心態(tài)的變化，通過這樣的方式可以直觀的看出機器人教學的自主學習能否起到良好的作用。

（二）實驗過程

本次研究主要以樂高機器人模型實驗室為主要陣地，以培養(yǎng)學生的計算思維為主要教學目的，通過設(shè)計生活中的場景來設(shè)計問題，并進一步的解決問題。本文就以機器人教學課程其中之一的案例來進行法分析，進而闡明機器人教學對培養(yǎng)初中生計算思維的實際作用。

1.教學主題

模擬生活中汽車運行的環(huán)境，利用樂高機器人的零件來讓學生設(shè)計雙馬達驅(qū)動小車，進一步利用LEGO MINDSTORMS Education EV3編程軟件來進行來設(shè)計簡單的程序，讓小車動起來。

2.教學重點

讓學生能夠通過設(shè)計雙馬達驅(qū)動小車來充分認識馬達的工作原理，也能夠進一步認識樂高機器人零件，在結(jié)合簡單的程序設(shè)計來了解編程的思想和常用的工具，進一步學會程序設(shè)計的基本方法。

3.教學過程

首先讓學生觀察日常生活中長劍的馬達驅(qū)動的汽車教學視頻，引起學生的興趣，進而引出課堂主題，讓學生以汽車設(shè)計師的角度來設(shè)計屬于自己的驅(qū)動小車。鼓勵學生充分發(fā)揮想象力，利用平時所學到的知識，通過團隊合作激發(fā)創(chuàng)造力，并最終完成雙馬達驅(qū)動小車的基本搭建任務(wù)，然后結(jié)合LEGO MINDSTORMS Education EV3編程軟件重點講解順序結(jié)構(gòu)的編程方法，進一步指導(dǎo)學生自己進行搭建小車的編寫程序，最終做到讓小車動起來。

（三）實驗?zāi)康?/p>

在全國提倡科技發(fā)展的大環(huán)境下，以人為本注重學生思維發(fā)展的成為了教育改革的新方向，如何利用機器人教學來培養(yǎng)學生計算思維，進一步提高邏輯思維能力，為國家培養(yǎng)優(yōu)秀的編程人才，就成為了每一個信息技術(shù)教師所需要思考的問題。興趣是個體在研究某一樣事物時所展現(xiàn)出來積極態(tài)度，并通過研究的過程中產(chǎn)生出愉悅興奮的心理情緒，這正是學生學習成長的起點。一旦學生對計算機產(chǎn)生興趣，就會充分發(fā)揮自己的積極主動的情緒，將其帶入編程的學習中去，并以刻苦鉆研、攻克難關(guān)為樂。機器人教學是打破傳統(tǒng)的學習方式，不在是簡單的通過教師講課、黑板板書、學生筆記的形式進行知識的傳授，而是將固有的課堂轉(zhuǎn)變成以游戲娛樂為方式的機器人教學，進一步的豐富知識的傳輸途徑，由學生自主的通過自己的興趣愛好方式進行學習，起到積極的作用。

（四）實驗反饋

根據(jù)在學生中走訪調(diào)查可以看出，學生對于機器人教學這一載體有著很高的評價。在計算思維的培養(yǎng)方面，根據(jù)雙馬達驅(qū)動小車的設(shè)計不難發(fā)現(xiàn)，大部分學生都可以根據(jù)實際的情況設(shè)計出富有創(chuàng)意的獨特作品，這種創(chuàng)意并非有著優(yōu)秀的案例得以借鑒，而是學生通過計算思維自我設(shè)計的獨一無二的創(chuàng)意作品，是一種思維的真實表達，這就是機器人教學培養(yǎng)計算思維的最直接作用，在創(chuàng)造作品的過程中，學生聯(lián)系實際不斷的嘗試新的方法，并大膽的提出設(shè)想更改方案創(chuàng)意，不論對錯都與同學之間積極的進行交流，并運用嚴謹?shù)念^腦編寫出完整的程序，在用實際情況去進行驗證，這種分析解決問題的思維方式正是計算思維所體現(xiàn)出來的現(xiàn)實性和集成性，即邏輯性與非邏輯性的集成，可靠性與容錯性的結(jié)合，運用機器人培養(yǎng)學生的計算思維，正是運用科學的方法去解決所遇到的問題，在實踐的過程中不斷優(yōu)化方案，得出最有效科學的方法途徑，由此可見，機器人教學可以在一定程度上為學生的計算思維發(fā)展創(chuàng)造條件，促進計算思維的養(yǎng)成。

三、機器人教學對培養(yǎng)初中生計算思維的優(yōu)勢

1.增強學生的個體主動性

計算思維是學生通過自己的意識進行主動學習的過程，它與傳統(tǒng)的課堂教學模式不同，在傳統(tǒng)的課堂模式環(huán)境下，教師在課堂上進行單一的授課和板書，而學生則被動的接受著學到的知識，很少積極主動的去思考學到的知識內(nèi)容，授課的結(jié)果大多都不盡人意。但是，新型的機器人教學則正是打破了這種固定的傳統(tǒng)模式，通過機器人教學所建立的娛樂互動的教學模式，學生能夠從原來的被動學習轉(zhuǎn)化為積極主動的學習，學習環(huán)境也從原來的課堂轉(zhuǎn)化為實踐操作和知識競賽的模式。機器人教學更能夠幫助學生進行實踐學習，提高動手操作能力，培養(yǎng)計算思維和邏輯思維能力，從而將編程知識更深層次的理解和掌握，將學到的內(nèi)容轉(zhuǎn)化為自己的內(nèi)容從而實現(xiàn)計算思維的全面提高。

2.培養(yǎng)學生的目標明確性

計算機教學的競賽目的在于為學生產(chǎn)生了一個明確的目標，并且愿意為了該目標進行奮斗，積極主動的進行學習探索。所以，學生的學習并非一味的埋頭苦讀，而是必須清楚的知道自己的興趣愛好，并為之而積極探索努力奮斗，最終在一定的階段中獲得自己想要的價值。只有激發(fā)學生真正的自我潛能，才能夠在達到預(yù)期效果的同時，接受來自目標實現(xiàn)的學習樂趣。同樣，學生只有清楚的知道了自己的學習目標，才能夠為此有所行動，向著目標刻苦學習，不斷的進行鉆研和探索，將編程學習的難點重點都一一攻克，最終才能夠?qū)W習的后續(xù)環(huán)節(jié)順利的開展下去，將編程熟練的運用和掌握，最終轉(zhuǎn)化為實踐操作能力，成為編程的優(yōu)秀人才。

3.建立學生的獨立自主性

學生計算思維具有很強的獨立性，它是不通過教師的監(jiān)督獨立自主的創(chuàng)新性學習，在獨立思考的過程中，學生就是思維的主體，是通過自我意志所進行的知識的探索，在擺脫了教師的控制以及其他學生的打擾的不良因素時，學生通過機器人教學形成了自己的想法和見解，進而能夠產(chǎn)生獨特的思維，從而形成創(chuàng)新。優(yōu)秀的創(chuàng)新都是經(jīng)歷了一段獨立自主的思考過程，機器人教學中的計算思維正是培養(yǎng)了學生獨立自主思考的本能，讓學生不需要準備死讀課本書籍，在實踐操作中完成知識的學習和體驗，并且培養(yǎng)學生科學計算與理解能力。

四、結(jié)語

機器人教學的最根本目的就是幫助學生發(fā)掘計算思維從而能夠有效的進行編程學習。學生在進行機器人教學的過程中，根據(jù)自己的興趣愛好進行實踐操作并學習知識，還能夠及時調(diào)整自己的學習心態(tài)，按照自己所喜歡的方式和技巧進行有效的學習，最終能夠做到事半功倍。只有在機器人教學的基礎(chǔ)上，學生才能夠充分的理解和認識到編程操作的重點和難點，并最終結(jié)合理論知識，將實踐操作中所遇到的問題與自己所理解的內(nèi)容融匯貫通，還能夠提高溝通交流能力，在解決問題的過程中幫助其他學生，一同找到適合自己的學習方法，做到共同進步。現(xiàn)如今，機器人教學伴隨著計算機的發(fā)展正逐漸滲透在經(jīng)濟社會當中，編程工作作為科技行業(yè)發(fā)展重要的組成部分，在未來愈加受到人們的關(guān)注。培養(yǎng)計算思維人才，運用機器人教學積極的發(fā)展新技術(shù)、新思路，是國內(nèi)編程行業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路。計算思維人才的培養(yǎng)戰(zhàn)略還需要很長的發(fā)展階段，只有越來越多的人投身到編程行業(yè)，關(guān)注機器人教學發(fā)展的趨勢，貢獻自己的力量，才能夠更好的為科技發(fā)展做出貢獻。

參考文獻：

[1]張月.基于計算機輔助下語言學習設(shè)計新型教學模式研究[J].微型電腦應(yīng)用，2018（09）：102-104.

[2]吳禎.探究計算機網(wǎng)絡(luò)課程的實驗教學的有效路徑[J].網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用，2018（09）：95-96+26.

[3]李哲睿.解析混合式學習模式在計算機網(wǎng)絡(luò)教學中的應(yīng)用[J].電腦迷，2018（10）：12.

[4]周祥.關(guān)于中職計算機課程教學《計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》之我見[J].電腦迷，2018（10）：67.

[5]趙鵬璋.高校計算機教學中的問題及對策[J].電腦迷，2018（10）：23-24.

[6]Computer？鄄based video instruction of dermatologic pro？鄄cedures for training medical students： A blinded randomized con？鄄trolled trial[J]. Journal of the American Academy of Dermatology，2018（3）.

作者簡介：

張偉（1986.10-），女，漢族，江蘇南京人，本科，中學一級教師，研究方向：初中信息技術(shù)教學。