基于计算思维的协作学习教学研究和实践

杨 松 谢荣桥

（1.南昌市湾里区职工学校，江西 南昌330004；2.安福中学，江西 安福343200）

基于计算思维的协作学习教学研究和实践

杨 松1谢荣桥2

（1.南昌市湾里区职工学校，江西 南昌330004；2.安福中学，江西 安福343200）

针对中学的学生本身基础就差，传统教学中教师往往直接进入教学环节，告诉学生学习任务，当遇到学习困难时，会望而止步，厌恶学习的情况。开展了基于计算思维的协作学习方法的实践，能够更好的利用计算思维方法进行协作学习，拓展所学的知识，并验证了基于计算思维的协作学习方法是一种能有效提高学生计算思维能力的教学方法。

计算思维；协作学习；教学实践；机器人

随着信息技术的不断发展，计算思维已被许多高校逐步引入到教学与培训中，在中小学信息技术课程中对计算思维在教育领域的研究还在探索阶段。我们开展了基于计算思维的协作学习的研究，研究中学教师如何在具体的课堂教学中，培养学生采用计算思维系列方法解决问题的能力；在培训中采用一种以小组活动为主体的协作学习的方法，培养学习者思维能力，培养学生合作学习能力。

《人工智能与机器人》是中学信息技术课的教学内容之一，如何结合计算思维特征及学生的认知情况，成立基于计算思维的协作学习小组，将机器人避障的程序设计任务转化成更为直观形象的方式。《避障机器人》的教学设计实践证明，这样的教学方法不仅能提高学生计算思维能力，更能体会到团队协作学习的好处，通过协作学习小组共同努力，完成搭建机器人和程序编写的能力，实现自己的实践动手能力和创新能力，这充分的满足了新课改对学习者科学素养培养的需求，也充分体现了学生的主体地位和教师的主导作用。

1 教学目标

知识与技能目标：通过了解机器人中各传感器的功能，学会应用红外避障传感器编写程序，从而来提高学生解析问题的能力。

过程与方法目标：将机器人如何躲避障碍这一实际问题与生活中的盲人密切联系，通过协作学习小组共同思考解决的途径和步骤，通过搭建机器人和程序编写的完整过程，理解机器人避障的算法，实现机器人避障的任务。

价值观目标：通过搭建机器人和机器人避障的实现培养学生对机器人特别是对信息技术课程的学习兴趣，充分满足新课改对提高学生实践动手能力、团队协作能力和创新能力培养的需求。

2 教学设计

《避障机器人》的教学设计中，无论是《避障机器人》的课程导入，划分协作学习小组和课堂教学的实施，都按照计算思维和协作学习方法的要求来进行。搭建机器人的教学过程紧密联系生活，就是计算思维的过程；机器人避障的程序设计过程就是通过协作学习小组，共同将问题转化成更为直观形象的方式来完成。从而极大的提高了协作小组学习的主动性，在教学过程中不仅能提高学习个体合作沟通技能，更能提高学习者计算思维能力，使学习者学会运用计算思维方法实现教学目标。

2.1 课程的导入

通过剖析问题与现实生活中的联系，抓住学生的注意力，找出能引发学生感兴趣的更贴近学生对现实生活的了解情况，提出激发学生计算思维的问题。

《避障机器人》的课程导入：

我们自己遇到汽车、树木、栏杆等许多障碍，通过自己的眼睛能够躲避，而对于盲人呢？怎样可以帮助他们躲避障碍物呢？可不可以制作一个机器人来帮助盲人躲避障碍物呢？

这里的导入贴近学生平时的所见，用计算思维的方法把一个在学习中比较困难的问题，用一个直观形象的贴近生活且具有趣味性的方法来解决。区别于传统教学中教师一开始就进入教学环节，不管学生动不动脑筋，接受得了还是接受不了，满堂灌给学生学习知识。因为中学的学生本身基础就差，当遇到学习困难时，这样的结果是使大部分学生不但不会联想如何把所学的信息技术知识运用到实际生活中，而且会望而止步，厌恶学习。在导入新课的过程中，教师以计算思维的思想将相对困难的知识点转化成学生易于接受的问题，教学效果得到了提升。

2.2 划分协作学习小组

在学习“避障机器人的制作”时，教师根据教学任务和学生之间在配合、信息方面的协调等情况，采用计算思维的预置方法，根据学生人数的多少及教学内容，确定划分成六个小组，每个小组5人，其中3人负责机器人程序的设计，2人负责机器人的搭建，促使每个学生都能融入到课堂中，不会产生过去传统教育划分不合理，有部分学生偷懒，不参与小组学习的情况。一方面强调小组成员间的合作互助，另一方面致力于培养学习者合作学习能力，从而提高了课堂教学质量。

2.3 实施教学任务

教师在良好的协作学习环境下，运用计算思维的方法来分解复杂任务。通过我们自己和机器人联想，在协作小组，互相补充，这样在学习机器人过程中更容易理解各部件的联系，可以逐步理解并掌握机器人中红外传感器、微电脑、高速电机等部件的功能和作用。学生也能在学习中触类旁通，以后也能够灵活运用所学的知识解决该类问题，锻炼学生分析问题、思考问题的能力。

2.4 指导协作小组学习

避障机器人制作的难点一是如何知道前方有障碍物，二是知道有障碍物要转向走开，教师就可以根据这两点对协作小组进行机器人控制程序指导。

如同我们人通过眼睛来知道有障碍物一样，机器人看到障碍物，也需要一个眼睛，指导学生在程序中需要添加红外避障传感器模块，这就解决了第一个问题。下一个问题，有障碍要转向，那么没有障碍呢？又有两种情形，引导学生采用计算思维中分解方法来解决问题。

学生在协作学习小组中共同思考、相互补充，避免了传统学习过程中依赖老师被动接受知识的情况，并掌握了计算思维中分解问题的方法，遇到类似问题时就会联想到用此类办法去解决问题。在此过程中，教学效果与学习效果均得到提升。

3 小结

笔者从事信息技术教育教学工作中，把计算思维方法融入到目前已成熟的教学和学习方法中，开展了基于计算思维的协作学习的研究，研究中学教师如何在具体的课堂教学中，培养学生采用计算思维系列方法解决问题的能力；在培训中采用一种以小组活动为主体的协作学习的方法，培养学习者思维能力，培养学生合作学习能力。通过这样的教育和学习方式，协作小组能够更好的利用计算思维方法进行协作学习，拓展所学的知识，并验证了基于计算思维的协作学习方法是一种能有效提高学生计算思维能力的教学方法。

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［责任编辑：朱丽娜］