基于計(jì)算思維培養(yǎng)的小學(xué)編程項(xiàng)目式學(xué)習(xí)

王慶祥

小學(xué)信息科技教學(xué)注重培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。筆者依托“機(jī)器人汽車倒車?yán)走_(dá)”項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生探究雷達(dá)的操作過程與控制器的計(jì)算模式，達(dá)成以下教學(xué)目標(biāo)：會(huì)用選擇結(jié)構(gòu)算法描述問題，理解雙分支選擇結(jié)構(gòu)；感知問題的仿真模擬的解決方案，編寫倒車?yán)走_(dá)程序驗(yàn)證的算法；通過實(shí)踐探究活動(dòng)感知選擇結(jié)構(gòu)算法的作用和意義，提高用計(jì)算思維解決問題的能力。

基于實(shí)物場景，確定問題。課堂上，教師先呈現(xiàn)實(shí)物，讓學(xué)生觀察真實(shí)的倒車?yán)走_(dá)顯示屏和提示音的變化情況。在此基礎(chǔ)上，師生共同確定研究的問題：汽車倒車?yán)走_(dá)是怎樣測量車與障礙物之間的距離，并根據(jù)距離數(shù)值發(fā)出不同指令的？研究中，教師先引導(dǎo)學(xué)生觀看微視頻，了解相關(guān)結(jié)構(gòu)原理，并基于此將問題分解成多個(gè)子問題，如超聲波傳感器如何測距、汽車控制器如何計(jì)算并發(fā)送執(zhí)行指令等。然后，教師引導(dǎo)學(xué)生將各個(gè)子問題與人的思考過程進(jìn)行類比。為便于學(xué)生理解，教師將機(jī)器人引入課堂，使用機(jī)器人控制器和超聲波傳感器搭建一個(gè)簡易的測距裝置，讓學(xué)生改變傳感器與障礙物之間的距離，觀察控制器顯示屏上距離數(shù)值的變化，體驗(yàn)超聲波測距的過程，感受倒車?yán)走_(dá)“輸入—計(jì)算—輸出”的計(jì)算模式。通過此環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生將問題分解成了多個(gè)子問題，并借助實(shí)物場景梳理了子問題之間的關(guān)系。

嘗試仿真模擬，抽象問題。教師結(jié)合學(xué)校機(jī)器人教學(xué)資源，讓學(xué)生使用“積木”機(jī)器人模擬一臺(tái)智能小車，并在車上安裝超聲波傳感器。學(xué)生在搭建的過程中明確了汽車倒車?yán)走_(dá)的結(jié)構(gòu)模式。為明確智能小車的算法，教師引導(dǎo)學(xué)生觀看智能小車演示視頻，學(xué)生發(fā)現(xiàn)小車與障礙物之間的距離小于安全距離時(shí)會(huì)發(fā)出報(bào)警提示音。教師給出雙分支程序“如果—那么—否則”的描述模式，引導(dǎo)學(xué)生描述智能小車的算法：如果智能小車與障礙物之間的距離小于安全距離，則發(fā)出報(bào)警提示音；否則，智能小車?yán)^續(xù)行駛。學(xué)生描述算法后，教師引導(dǎo)學(xué)生嘗試畫出算法流程圖，進(jìn)一步抽象出算法。經(jīng)過此環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生完成了借助機(jī)器人硬件搭建智能小車以及仿真模擬倒車?yán)走_(dá)的學(xué)習(xí)任務(wù)。

借助可視化編程軟件，驗(yàn)證算法。學(xué)生學(xué)會(huì)了用“如果—那么—否則”描述問題后，教師可使用可視化編程軟件Scratch搭建積木腳本，模擬倒車?yán)走_(dá)功能。智能小車算法分為輸入指令、計(jì)算判斷、輸出指令三個(gè)程序模塊。首先是輸入指令，即模擬汽車上超聲波傳感器獲取汽車與障礙物的距離值，并將其傳送給控制器的過程。學(xué)生使用“ ”功能模塊感受數(shù)字信號到模擬信號的轉(zhuǎn)換，體會(huì)指令的輸入過程。其次是計(jì)算判斷。學(xué)生將抽象出的倒車?yán)走_(dá)算法用Scratch軟件進(jìn)行編程，先用“ ”模塊實(shí)現(xiàn)邏輯判斷功能，再借助邏輯判斷和讀取超聲波模塊設(shè)計(jì)出判斷條件“ ”。最后是輸出指令。此程序模塊需要先設(shè)計(jì)輸出指令的內(nèi)容，再用“ ”模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸出。大部分學(xué)生能較快完成并創(chuàng)新設(shè)計(jì)指令，如改變小車行走速度，讓小車發(fā)出蜂鳴聲等，并設(shè)定：當(dāng)小車馬達(dá)速度為0時(shí)表示小車停止，當(dāng)小車馬達(dá)速度為20時(shí)表示小車向前行駛。這樣，學(xué)生就得到了相應(yīng)的腳本設(shè)計(jì)。在腳本編寫的過程中，學(xué)生需要不斷調(diào)試，才能實(shí)現(xiàn)智能小車倒車?yán)走_(dá)的功能。

（作者單位：宜昌市伍家崗區(qū)伍家崗小學(xué)）

責(zé)任編輯 ?張敏