具身學(xué)習(xí)視域下的小學(xué)機(jī)器人學(xué)習(xí)思維的進(jìn)階策略

摘要：《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》指出，目前的信息科技課程教學(xué)逐漸從知識(shí)素養(yǎng)向思維素養(yǎng)轉(zhuǎn)變，更加強(qiáng)調(diào)對(duì)思維能力的深入培養(yǎng)。當(dāng)下小學(xué)機(jī)器人教學(xué)存在內(nèi)容知識(shí)化、技能訓(xùn)練化等現(xiàn)象，學(xué)生重視競(jìng)賽，處于淺表學(xué)習(xí)層面，缺乏思維深度和創(chuàng)新意識(shí)。以“機(jī)器人沿線(xiàn)行走”一課教學(xué)為例，教師通過(guò)創(chuàng)設(shè)具身情境、營(yíng)造具身學(xué)習(xí)“場(chǎng)”、搭建具身學(xué)習(xí)支架、踐行具身實(shí)踐、采用具身評(píng)價(jià)等策略幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)具身學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維、創(chuàng)新思維等能力，提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：具身學(xué)習(xí)；機(jī)器人教學(xué)；思維進(jìn)階

隨著科技和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，機(jī)器人已經(jīng)走入了人們的日常生活，許多學(xué)校設(shè)置了機(jī)器人相關(guān)的課程內(nèi)容。筆者從創(chuàng)設(shè)具身情境、營(yíng)造具身學(xué)習(xí)“場(chǎng)”、搭建具身學(xué)習(xí)支架、踐行具身實(shí)踐、采用具身評(píng)價(jià)等方面出發(fā)，嘗試探索小學(xué)機(jī)器人學(xué)習(xí)思維的進(jìn)階策略。

一、審視：小學(xué)階段的機(jī)器人教學(xué)現(xiàn)狀

（一）重比賽，輕素養(yǎng)培養(yǎng)

審視目前我國(guó)小學(xué)階段的機(jī)器人教學(xué)現(xiàn)狀，存在以下四種現(xiàn)象：一是從整體上看，機(jī)器人教育教學(xué)開(kāi)展得如火如荼，特別是在經(jīng)濟(jì)相對(duì)發(fā)達(dá)地區(qū)，機(jī)器人課程受到了中小學(xué)生的熱烈歡迎。二是部分機(jī)器人實(shí)驗(yàn)學(xué)校開(kāi)展的課程只限于幾個(gè)班級(jí)，規(guī)模較小。常態(tài)化的校本選修課呈現(xiàn)零星狀態(tài)，覆蓋面較小。三是在已開(kāi)展機(jī)器人教學(xué)的學(xué)校中，很多只是一味追求學(xué)生的比賽成績(jī)，功利性較強(qiáng)，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)機(jī)器人學(xué)習(xí)的興趣不高，不利于培養(yǎng)學(xué)生的科技素養(yǎng)。四是在相對(duì)落后地區(qū)的小學(xué)教育中，仍缺乏機(jī)器人教育資金的投入、缺少專(zhuān)業(yè)機(jī)器人教學(xué)團(tuán)隊(duì)，其機(jī)器人教學(xué)內(nèi)容與教法也并不規(guī)范，機(jī)器人普及教育教學(xué)亟待發(fā)展和提高。

（二）重結(jié)果，輕思維培養(yǎng)

機(jī)器人教學(xué)需要注重學(xué)生的思考與實(shí)踐，要讓學(xué)生思考、動(dòng)手，不斷地嘗試、修改、實(shí)踐，堅(jiān)持在“做中學(xué)”“用中學(xué)”“創(chuàng)中學(xué)”，要讓學(xué)生通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐把自己的想法呈現(xiàn)出來(lái)，以培養(yǎng)其分析和解決真實(shí)問(wèn)題的能力，提升計(jì)算思維、合作創(chuàng)新等核心素養(yǎng)，更好地適應(yīng)未來(lái)智能化社會(huì)的需要。

在當(dāng)下機(jī)器人課堂教學(xué)中，學(xué)生往往處于淺表學(xué)習(xí)狀態(tài)，缺乏深度思維，僅靠機(jī)械記憶、模仿操作，難以掌握機(jī)器人的核心原理，這樣的學(xué)習(xí)使學(xué)生處于被動(dòng)的學(xué)習(xí)狀態(tài)，漸漸喪失學(xué)習(xí)興趣，導(dǎo)致教學(xué)思維趨于簡(jiǎn)單、靜態(tài)、低階狀態(tài)，學(xué)生思維能力的培養(yǎng)難以實(shí)現(xiàn)，創(chuàng)新更無(wú)從談起。

（三）重訓(xùn)練，輕身心體驗(yàn)

機(jī)器人教學(xué)倡導(dǎo)以培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力為目標(biāo)。而實(shí)際教學(xué)中，很多教師更關(guān)注引導(dǎo)學(xué)生操控機(jī)器人完成相應(yīng)的任務(wù)，教學(xué)方式單一，主要以講練結(jié)合、模仿訓(xùn)練為主。學(xué)生被動(dòng)地接受機(jī)器人任務(wù)訓(xùn)練，不能真正弄清楚其中的工作原理，也談不上發(fā)展思維能力。學(xué)生收獲的只是技能的一味模仿，缺乏真實(shí)的身體、心理、情感等多重體驗(yàn)和深刻感悟，久而久之，也會(huì)使學(xué)生降低學(xué)習(xí)興趣。

二、探尋：具身學(xué)習(xí)對(duì)小學(xué)機(jī)器人教學(xué)的意義

黨的二十大報(bào)告中指出：“教育、科技、人才是全面建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化國(guó)家的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性支撐。必須堅(jiān)持科技是第一生產(chǎn)力、人才是第一資源、創(chuàng)新是第一動(dòng)力”“深入實(shí)施科教興國(guó)戰(zhàn)略、人才強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略、創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略”?？梢?jiàn)，黨和國(guó)家高度重視科技創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，高品質(zhì)思維能力才是創(chuàng)新發(fā)展的決定性要素。

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下通稱(chēng)“新課標(biāo)”）指出，遴選科學(xué)原理和實(shí)踐應(yīng)用并重的課程理念，提升學(xué)生知識(shí)遷移能力和學(xué)科思維水平，體現(xiàn)“科”與“技”并重。如何在實(shí)踐性和操作性較強(qiáng)的小學(xué)機(jī)器人教學(xué)中開(kāi)展思維教育，是當(dāng)下信息科技教師面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)。

具身學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)身心合一，讓學(xué)生在身體與環(huán)境的有效互動(dòng)中獲得認(rèn)知體驗(yàn)，注重多感官參與、多途徑體驗(yàn)、多渠道經(jīng)歷，進(jìn)而促進(jìn)主體思維與情感發(fā)生變化，這種學(xué)習(xí)具有涉身性、情境性和體驗(yàn)性等特征，為當(dāng)下小學(xué)機(jī)器人教學(xué)提供了新的視角。筆者以“機(jī)器人沿線(xiàn)行走”一課教學(xué)為例，將學(xué)生身心融為一體開(kāi)展機(jī)器人學(xué)習(xí)，使學(xué)生的身體、思維與環(huán)境相互融合，在親身感知、體驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)思維過(guò)程的具體化、可視化，有利于學(xué)生建構(gòu)思維邏輯框架，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)，提升思維品質(zhì)。

三、嘗試：小學(xué)機(jī)器人具身學(xué)習(xí)促進(jìn)思維進(jìn)階的具體策略

（一）確立適宜目標(biāo)——?jiǎng)?chuàng)設(shè)具身情境，喚醒思維“動(dòng)機(jī)”

華東師范大學(xué)鐘啟泉教授說(shuō)過(guò)：“真實(shí)性是核心素養(yǎng)的精髓?！苯處熃虒W(xué)要圍繞解決現(xiàn)實(shí)世界的真實(shí)問(wèn)題，創(chuàng)設(shè)一個(gè)真實(shí)的具身情境，讓學(xué)生的身心融入環(huán)境，產(chǎn)生共鳴，以激發(fā)學(xué)生的好奇心、求知欲，喚醒學(xué)生的思維動(dòng)機(jī)，使之在與情境的交互體驗(yàn)中獲得認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)。

教學(xué)“機(jī)器人沿線(xiàn)行走”一課時(shí)，筆者先通過(guò)一段校園人工消毒視頻創(chuàng)設(shè)情境，引發(fā)學(xué)生積極思考、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。然后讓學(xué)生主動(dòng)發(fā)現(xiàn)“高效安全地解決校園內(nèi)的消毒問(wèn)題”這一真實(shí)需要，營(yíng)造啟發(fā)學(xué)生深入思考的具身學(xué)習(xí)“場(chǎng)”，喚醒學(xué)生在教學(xué)情境中積極的思維動(dòng)機(jī)，讓學(xué)生形成強(qiáng)烈的探究欲。最后，自然地引入該課主題：校園智能消毒機(jī)器人小車(chē)沿線(xiàn)行走。

（二）提出真實(shí)問(wèn)題——聚焦問(wèn)題引領(lǐng)，激活思維“動(dòng)力”

一個(gè)富有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題能夠?qū)⒑诵膬?nèi)容貫穿整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程，盤(pán)活學(xué)生的思維動(dòng)力，促使學(xué)生全力以赴地思考探索，提升其學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，進(jìn)而主動(dòng)建構(gòu)知識(shí)圖譜，讓學(xué)習(xí)富有意義、真實(shí)發(fā)生。

傳感器巡線(xiàn)原理是本課的教學(xué)難點(diǎn)。為了更好地突破這一難點(diǎn)，筆者基于真實(shí)問(wèn)題的解決，先出示校園平面圖，緊緊圍繞“機(jī)器人小車(chē)從校門(mén)口到教學(xué)樓的消毒路線(xiàn)行走”這根問(wèn)題主線(xiàn)，讓學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突，促使學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情逐漸高漲，使其思維活動(dòng)處于最佳狀態(tài)，體驗(yàn)以問(wèn)題為載體的思維過(guò)程，實(shí)現(xiàn)師生、生生間的思維碰撞，為后續(xù)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人小車(chē)的沿線(xiàn)行走奠定基礎(chǔ)。

（三）板貼思路演繹——搭建具身支架，促進(jìn)思維“可視”

北京師范大學(xué)顧明遠(yuǎn)教授提出，教學(xué)的本質(zhì)是培養(yǎng)學(xué)生的思維，學(xué)生只有經(jīng)過(guò)深刻的思考，才能將所學(xué)內(nèi)容內(nèi)化為自己的知識(shí)，建構(gòu)屬于自己的知識(shí)圖譜。六年級(jí)的學(xué)生正處于從形象思維向抽象思維過(guò)渡的關(guān)鍵時(shí)期，本節(jié)課涉及的機(jī)器人巡線(xiàn)原理對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)有一定難度。如果學(xué)生對(duì)于原理理解得不到位，就會(huì)影響后續(xù)的編程學(xué)習(xí)。具身認(rèn)知理論強(qiáng)調(diào)學(xué)生的學(xué)習(xí)要通過(guò)親身體驗(yàn)、經(jīng)歷、思考，豐富其體驗(yàn)和認(rèn)知。教師應(yīng)為學(xué)生的具身學(xué)習(xí)和自主建構(gòu)知識(shí)圖譜搭建支架，將抽象化的內(nèi)容用具有可見(jiàn)性、條理性和組織性的簡(jiǎn)單圖示表現(xiàn)出來(lái)，以促進(jìn)學(xué)生思維的“可視化”。

筆者為學(xué)生搭建具身學(xué)習(xí)支架，讓學(xué)生三人一小組，以小組合作的形式親身試驗(yàn)，運(yùn)用樂(lè)高卡片充當(dāng)機(jī)器人小車(chē)，體驗(yàn)機(jī)器人小車(chē)行走過(guò)程中顏色傳感器與軌跡線(xiàn)的位置關(guān)系。每個(gè)小組中選出一名學(xué)生代表，運(yùn)用語(yǔ)言描述，借助生動(dòng)形象的板貼演繹表述樂(lè)高小車(chē)的行進(jìn)路徑和設(shè)計(jì)思路，把顏色傳感器與軌跡線(xiàn)三種位置關(guān)系呈現(xiàn)出來(lái)：左白、右白，小車(chē)直行；左黑、右白，小車(chē)左轉(zhuǎn)；左白、右黑，小車(chē)右轉(zhuǎn)（如圖1）。

巡線(xiàn)原理思維過(guò)程直觀可視，能促使學(xué)生厘清思路，快速建立起抽象的思維框架。這樣不僅實(shí)現(xiàn)了學(xué)生從形象思維到抽象思維的轉(zhuǎn)化，形成了抽象的學(xué)科知識(shí)，還能在合作探究中增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)自信，提高主體的自我效能感，最終指向“知識(shí)+思維+能力”的綜合素養(yǎng)提升。

（四）實(shí)行知行合一——踐行具身實(shí)踐，助推思維“進(jìn)階”

1.并列結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)算法

具身認(rèn)知理念認(rèn)為，大部分抽象概念是具有隱喻性的，抽象概念的形成和高階思維過(guò)程都發(fā)生在身體感知經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)之上，強(qiáng)調(diào)認(rèn)知對(duì)身體的依賴(lài)，離開(kāi)身體經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)知就難以發(fā)生，更談不上思維的發(fā)展。在機(jī)器人小車(chē)沿線(xiàn)行走的操作過(guò)程中，教師采用具身體驗(yàn)和游戲式學(xué)習(xí)相結(jié)合的方式，讓學(xué)生展開(kāi)一系列活動(dòng)：一是學(xué)生眼、耳、手、腦等多種感官共同參與認(rèn)知，注重身體的體驗(yàn)、感受和經(jīng)歷。二是身體力行、知行合一，構(gòu)建人、車(chē)、認(rèn)知在內(nèi)的學(xué)習(xí)共同體。三是形成全員具身學(xué)習(xí)參與，促進(jìn)基于體驗(yàn)的認(rèn)知建構(gòu)。這樣，學(xué)生在一遍遍的程序搭建、調(diào)試機(jī)器人小車(chē)巡線(xiàn)過(guò)程中，將感性經(jīng)驗(yàn)上升為理性思維，形成較好的解決方案。四是學(xué)生利用EV3Classroom軟件編寫(xiě)三種并列的“如果…那么…”語(yǔ)句，實(shí)現(xiàn)小車(chē)的沿線(xiàn)行走，提升學(xué)生運(yùn)用算法來(lái)解決問(wèn)題的能力。五是師生、生生在溝通合作、程序編寫(xiě)、調(diào)試運(yùn)行中不斷分析、比較、歸納問(wèn)題，促進(jìn)學(xué)生抽象思維和計(jì)算思維的融合發(fā)展。

2.嵌套結(jié)構(gòu)，優(yōu)化算法

算法指的是解決問(wèn)題的方法和步驟，同一個(gè)問(wèn)題有不同的解決方法。在機(jī)器人教學(xué)中，教師要鼓勵(lì)學(xué)生多思考、多交流，不斷優(yōu)化升級(jí)問(wèn)題解決的方法。本項(xiàng)目中，并列語(yǔ)句是學(xué)生都能想到的方法，但是在機(jī)器人小車(chē)調(diào)試運(yùn)行實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生觀察發(fā)現(xiàn)機(jī)器人小車(chē)巡線(xiàn)不穩(wěn)定，出現(xiàn)搖晃現(xiàn)象，這引發(fā)了學(xué)生的質(zhì)疑。通過(guò)深入地分析與觀察，學(xué)生的決策思維和批判性思維得到提升。學(xué)生小組共同協(xié)作實(shí)踐，尋找核心證據(jù)，發(fā)現(xiàn)程序中三種并列語(yǔ)句出現(xiàn)重復(fù)執(zhí)行現(xiàn)象，于是調(diào)整方法，將算法升級(jí)優(yōu)化為“如果—那么—否則”的嵌套語(yǔ)句。通過(guò)程序建模升級(jí)，學(xué)生再次親身實(shí)驗(yàn)，調(diào)試后的機(jī)器人小車(chē)巡線(xiàn)平穩(wěn)而流暢，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化。

嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S和算法設(shè)計(jì)，是程序編寫(xiě)的前提。學(xué)生通過(guò)不斷試錯(cuò)、調(diào)試，優(yōu)化算法，從并列結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成嵌套結(jié)構(gòu)，減少循環(huán)運(yùn)行次數(shù)，提高算法執(zhí)行效率。學(xué)生在探究、優(yōu)化算法中不斷內(nèi)化經(jīng)驗(yàn)，使思維由淺入深、由表及里，助推計(jì)算思維拾級(jí)而上，不斷進(jìn)階，促進(jìn)了問(wèn)題解決等高階思維的形成，提升了思維品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了深度學(xué)習(xí)。

（五）拓展應(yīng)用遷移——采用具身評(píng)價(jià)，思維實(shí)現(xiàn)“發(fā)散”

應(yīng)用遷移是指學(xué)生將學(xué)習(xí)過(guò)程中獲得的知識(shí)、方法等用于解決真實(shí)問(wèn)題。實(shí)現(xiàn)應(yīng)用遷移是學(xué)生核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)落實(shí)的判斷標(biāo)準(zhǔn)。在任務(wù)拓展環(huán)節(jié)，不少小組都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人小車(chē)沿線(xiàn)行走這一學(xué)習(xí)目標(biāo)。但是仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)，即使到達(dá)終點(diǎn)，機(jī)器人小車(chē)還是一直向前行走。如何才能讓機(jī)器人小車(chē)到達(dá)終點(diǎn)就立刻停下來(lái)呢？這一問(wèn)題引發(fā)全班學(xué)生共同探究、演繹推理。最終，學(xué)生集思廣益，想出采用“重復(fù)執(zhí)行直到”控件來(lái)解決這一問(wèn)題。整個(gè)實(shí)踐過(guò)程中，同伴互助、師生互動(dòng)，思維不斷碰撞、磨合，逐步向?qū)挾取⑸疃?、高度拓展。學(xué)生借助攝影設(shè)備拍攝機(jī)器人小車(chē)的巡線(xiàn)過(guò)程并投屏展示，生生間互相分享，團(tuán)隊(duì)解決新問(wèn)題，體驗(yàn)實(shí)踐樂(lè)趣。教師結(jié)合“小組合作具身學(xué)習(xí)”評(píng)價(jià)量表（見(jiàn)表1），從親自調(diào)試、團(tuán)隊(duì)協(xié)作、分享表達(dá)、展示成果四個(gè)維度，開(kāi)展多元具身評(píng)價(jià)，以評(píng)價(jià)助推學(xué)生知識(shí)遷移應(yīng)用能力的發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、發(fā)散思維。

新課標(biāo)印發(fā)后，如何豐富學(xué)生抽象、分解、建模、算法設(shè)計(jì)等思維活動(dòng)，發(fā)展學(xué)生思維能力，實(shí)現(xiàn)素養(yǎng)目標(biāo)已成為信息科技教師重點(diǎn)關(guān)注的課題。在小學(xué)機(jī)器人課堂教學(xué)中，教師注重具身情境創(chuàng)設(shè)、搭建具身學(xué)習(xí)支架、強(qiáng)調(diào)具身實(shí)踐與評(píng)價(jià)，堅(jiān)持知行合一、學(xué)思結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)地嘗試模擬、仿真、驗(yàn)證解決問(wèn)題過(guò)程，通過(guò)反思、優(yōu)化解決問(wèn)題的方案，并將其遷移運(yùn)用于解決其他問(wèn)題中，在不斷地體驗(yàn)和互動(dòng)中，促進(jìn)了自身的思維進(jìn)階與發(fā)展，從而構(gòu)建高效的機(jī)器人教學(xué)課堂。

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（責(zé)任編輯：趙靜璇）