基于机器人教学培养初中生计算思维的作用探究

【摘要】教育的本质是人的发展，而人的发展需要高品质的思维，作为“涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动”的计算思维以发现问题和解决问题为立足点，其“思维教学的核心理念是培养聪明的学习者，提高学习者解决问题的能力。教师不仅要教会学生如何解决问题，也要教会他们发现值得解决的问题”，这与机器人教学的理念、目的是一致的完全吻合的，从这意义上说，计算思维教育是机器人教学的一种载体，通过教学能让学生品味计算思维、提高计算思维、享用计算思维，“计算思维将成为每一个人的技能组合成分，而不仅仅限于科学家”，计算思维教育和机器人教学的融合是创新人的行为方式和生活方式的一种状态。为了进一步推进中学机器人教学的发展创新，探究机器人教学培养初中生计算思维的作用，就显得尤为重要。本论文旨在研究机器人教学对培养初中生计算思维的思考，在这过程中探索新的方法路径。

【关键词】计算思维  编程  机器人教学

【中图分类号】G633.67  【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2019）30-0159-02

一、计算思维的核心定义

思维是人脑对客观事物的本质以及内在见解联系或者概括总结的一种脑内反应，是一种自我认知成长的心理活动。计算思维最早是周以真教授在美国计算机权威期刊 Communi？鄄cations of the ACM上提出的， 周教授认为计算思维就是计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计、以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。 周教授针对计算思维的核心概念做了详细的解释，她认为计算思维就是通过简略、融入、转换和仿真的方法把一个看起来比较困难的问题重新解释成一个人们知道用什么方法解决的问题，计算思维对人们的日常生活以及创新发展有着极其重要的作用，它能够帮助人们将复杂的问题简单化，并最终以高效快捷的方式去解决问题，帮助人们不断地发展进步。计算思维并非是对计算机的一种简单的思考，因为计算机属于运算的程序代码，其本身并没有思维能力，而计算思维则代表着人思维，是人类利用计算机运算方式解决日常生活中所面临的问题，计算思维与人们的生活息息相关，它可以将复杂的问题通过计算方式得出最有效的解决方式，因此，计算思维应当是人类不可或缺的一种思维能力，更应当从小便培养学生计算思维的能力发展，对今后的学习生活都有着极大的帮助。

二、机器人教学对培养初中生计算思维的实践研究

通过研究计算思维可得，计算思维对学生学习生活有着极大的帮助，进一步研究如何培养学生的计算思维，笔者通过阅读大量的计算思维教育相关的文献资料，通过实践调查研究出机器人教学与计算思维培养之间存在着很大的切合性。因此，笔者决定通过以机器人教学作为切入点，探索机器人教学对培养初中生计算思维的价值和作用。

（一）研究准备

机器人教学的实践研究从2015年11月到2016年8月的准备阶段，最终决定将实验的时间定在2017年3月份開始，学生可以通过在新的教学实践来检查出自己通过机器人教学培养计算思维之后的变化，主要是学习成绩的变化以及学习心态的变化，通过这样的方式可以直观的看出机器人教学的自主学习能否起到良好的作用。

（二）实验过程

本次研究主要以乐高机器人模型实验室为主要阵地，以培养学生的计算思维为主要教学目的，通过设计生活中的场景来设计问题，并进一步的解决问题。本文就以机器人教学课程其中之一的案例来进行法分析，进而阐明机器人教学对培养初中生计算思维的实际作用。

1.教学主题

模拟生活中汽车运行的环境，利用乐高机器人的零件来让学生设计双马达驱动小车，进一步利用LEGO MINDSTORMS Education EV3编程软件来进行来设计简单的程序，让小车动起来。

2.教学重点

让学生能够通过设计双马达驱动小车来充分认识马达的工作原理，也能够进一步认识乐高机器人零件，在结合简单的程序设计来了解编程的思想和常用的工具，进一步学会程序设计的基本方法。

3.教学过程

首先让学生观察日常生活中长剑的马达驱动的汽车教学视频，引起学生的兴趣，进而引出课堂主题，让学生以汽车设计师的角度来设计属于自己的驱动小车。鼓励学生充分发挥想象力，利用平时所学到的知识，通过团队合作激发创造力，并最终完成双马达驱动小车的基本搭建任务，然后结合LEGO MINDSTORMS Education EV3编程软件重点讲解顺序结构的编程方法，进一步指导学生自己进行搭建小车的编写程序，最终做到让小车动起来。

（三）实验目的

在全国提倡科技发展的大环境下，以人为本注重学生思维发展的成为了教育改革的新方向，如何利用机器人教学来培养学生计算思维，进一步提高逻辑思维能力，为国家培养优秀的编程人才，就成为了每一个信息技术教师所需要思考的问题。兴趣是个体在研究某一样事物时所展现出来积极态度，并通过研究的过程中产生出愉悦兴奋的心理情绪，这正是学生学习成长的起点。一旦学生对计算机产生兴趣，就会充分发挥自己的积极主动的情绪，将其带入编程的学习中去，并以刻苦钻研、攻克难关为乐。机器人教学是打破传统的学习方式，不在是简单的通过教师讲课、黑板板书、学生笔记的形式进行知识的传授，而是将固有的课堂转变成以游戏娱乐为方式的机器人教学，进一步的丰富知识的传输途径，由学生自主的通过自己的兴趣爱好方式进行学习，起到积极的作用。

（四）实验反馈

根据在学生中走访调查可以看出，学生对于机器人教学这一载体有着很高的评价。在计算思维的培养方面，根据双马达驱动小车的设计不难发现，大部分学生都可以根据实际的情况设计出富有创意的独特作品，这种创意并非有着优秀的案例得以借鉴，而是学生通过计算思维自我设计的独一无二的创意作品，是一种思维的真实表达，这就是机器人教学培养计算思维的最直接作用，在创造作品的过程中，学生联系实际不断的尝试新的方法，并大胆的提出设想更改方案创意，不论对错都与同学之间积极的进行交流，并运用严谨的头脑编写出完整的程序，在用实际情况去进行验证，这种分析解决问题的思维方式正是计算思维所体现出来的现实性和集成性，即逻辑性与非逻辑性的集成，可靠性与容错性的结合，运用机器人培养学生的计算思维，正是运用科学的方法去解决所遇到的问题，在实践的过程中不断优化方案，得出最有效科学的方法途径，由此可见，机器人教学可以在一定程度上为学生的计算思维发展创造条件，促进计算思维的养成。

三、机器人教学对培养初中生计算思维的优势

1.增强学生的个体主动性

计算思维是学生通过自己的意识进行主动学习的过程，它与传统的课堂教学模式不同，在传统的课堂模式环境下，教师在课堂上进行单一的授课和板书，而学生则被动的接受着学到的知识，很少积极主动的去思考学到的知识内容，授课的结果大多都不尽人意。但是，新型的机器人教学则正是打破了这种固定的传统模式，通过机器人教学所建立的娱乐互动的教学模式，学生能够从原来的被动学习转化为积极主动的学习，学习环境也从原来的课堂转化为实践操作和知识竞赛的模式。机器人教学更能够帮助学生进行实践学习，提高动手操作能力，培养计算思维和逻辑思维能力，从而将编程知识更深层次的理解和掌握，将学到的内容转化为自己的内容从而实现计算思维的全面提高。

2.培养学生的目标明确性

计算机教学的竞赛目的在于为学生产生了一个明确的目标，并且愿意为了该目标进行奋斗，积极主动的进行学习探索。所以，学生的学习并非一味的埋头苦读，而是必须清楚的知道自己的兴趣爱好，并为之而积极探索努力奋斗，最终在一定的阶段中获得自己想要的价值。只有激发学生真正的自我潜能，才能够在达到预期效果的同时，接受来自目标实现的学习乐趣。同样，学生只有清楚的知道了自己的学习目标，才能够为此有所行动，向着目标刻苦学习，不断的进行钻研和探索，将编程學习的难点重点都一一攻克，最终才能够将学习的后续环节顺利的开展下去，将编程熟练的运用和掌握，最终转化为实践操作能力，成为编程的优秀人才。

3.建立学生的独立自主性

学生计算思维具有很强的独立性，它是不通过教师的监督独立自主的创新性学习，在独立思考的过程中，学生就是思维的主体，是通过自我意志所进行的知识的探索，在摆脱了教师的控制以及其他学生的打扰的不良因素时，学生通过机器人教学形成了自己的想法和见解，进而能够产生独特的思维，从而形成创新。优秀的创新都是经历了一段独立自主的思考过程，机器人教学中的计算思维正是培养了学生独立自主思考的本能，让学生不需要准备死读课本书籍，在实践操作中完成知识的学习和体验，并且培养学生科学计算与理解能力。

四、结语

机器人教学的最根本目的就是帮助学生发掘计算思维从而能够有效的进行编程学习。学生在进行机器人教学的过程中，根据自己的兴趣爱好进行实践操作并学习知识，还能够及时调整自己的学习心态，按照自己所喜欢的方式和技巧进行有效的学习，最终能够做到事半功倍。只有在机器人教学的基础上，学生才能够充分的理解和认识到编程操作的重点和难点，并最终结合理论知识，将实践操作中所遇到的问题与自己所理解的内容融汇贯通，还能够提高沟通交流能力，在解决问题的过程中帮助其他学生，一同找到适合自己的学习方法，做到共同进步。现如今，机器人教学伴随着计算机的发展正逐渐渗透在经济社会当中，编程工作作为科技行业发展重要的组成部分，在未来愈加受到人们的关注。培养计算思维人才，运用机器人教学积极的发展新技术、新思路，是国内编程行业发展的必经之路。计算思维人才的培养战略还需要很长的发展阶段，只有越来越多的人投身到编程行业，关注机器人教学发展的趋势，贡献自己的力量，才能够更好的为科技发展做出贡献。

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作者简介：

张伟（1986.10-），女，汉族，江苏南京人，本科，中学一级教师，研究方向：初中信息技术教学。