具身学习视域下的小学机器人学习思维的进阶策略

摘要：《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》指出，目前的信息科技课程教学逐渐从知识素养向思维素养转变，更加强调对思维能力的深入培养。当下小学机器人教学存在内容知识化、技能训练化等现象，学生重视竞赛，处于浅表学习层面，缺乏思维深度和创新意识。以“机器人沿线行走”一课教学为例，教师通过创设具身情境、营造具身学习“场”、搭建具身学习支架、践行具身实践、采用具身评价等策略帮助学生实现具身学习，培养学生的计算思维、创新思维等能力，提升学生的核心素养。

关键词：具身学习；机器人教学；思维进阶

随着科技和社会经济的不断发展，机器人已经走入了人们的日常生活，许多学校设置了机器人相关的课程内容。笔者从创设具身情境、营造具身学习“场”、搭建具身学习支架、践行具身实践、采用具身评价等方面出发，尝试探索小学机器人学习思维的进阶策略。

一、审视：小学阶段的机器人教学现状

（一）重比赛，轻素养培养

审视目前我国小学阶段的机器人教学现状，存在以下四种现象：一是从整体上看，机器人教育教学开展得如火如荼，特别是在经济相对发达地区，机器人课程受到了中小学生的热烈欢迎。二是部分机器人实验学校开展的课程只限于几个班级，规模较小。常态化的校本选修课呈现零星状态，覆盖面较小。三是在已开展机器人教学的学校中，很多只是一味追求学生的比赛成绩，功利性较强，导致学生对机器人学习的兴趣不高，不利于培养学生的科技素养。四是在相对落后地区的小学教育中，仍缺乏机器人教育资金的投入、缺少专业机器人教学团队，其机器人教学内容与教法也并不规范，机器人普及教育教学亟待发展和提高。

（二）重结果，轻思维培养

机器人教学需要注重学生的思考与实践，要让学生思考、动手，不断地尝试、修改、实践，坚持在“做中学”“用中学”“创中学”，要让学生通过动手实践把自己的想法呈现出来，以培养其分析和解决真实问题的能力，提升计算思维、合作创新等核心素养，更好地适应未来智能化社会的需要。

在当下机器人课堂教学中，学生往往处于浅表学习状态，缺乏深度思维，仅靠机械记忆、模仿操作，难以掌握机器人的核心原理，这样的学习使学生处于被动的学习状态，渐渐丧失学习兴趣，导致教学思维趋于简单、静态、低阶状态，学生思维能力的培养难以实现，创新更无从谈起。

（三）重训练，轻身心体验

机器人教学倡导以培养学生解决问题的能力为目标。而实际教学中，很多教师更关注引导学生操控机器人完成相应的任务，教学方式单一，主要以讲练结合、模仿训练为主。学生被动地接受机器人任务训练，不能真正弄清楚其中的工作原理，也谈不上发展思维能力。学生收获的只是技能的一味模仿，缺乏真实的身体、心理、情感等多重体验和深刻感悟，久而久之，也会使学生降低学习兴趣。

二、探寻：具身学习对小学机器人教学的意义

党的二十大报告中指出：“教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑。必须坚持科技是第一生产力、人才是第一资源、创新是第一动力”“深入实施科教兴国战略、人才强国战略、创新驱动发展战略”。可见，党和国家高度重视科技创新人才的培养，高品质思维能力才是创新发展的决定性要素。

《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下通称“新课标”）指出，遴选科学原理和实践应用并重的课程理念，提升学生知识迁移能力和学科思维水平，体现“科”与“技”并重。如何在实践性和操作性较强的小学机器人教学中开展思维教育，是当下信息科技教师面临的一个挑战。

具身学习强调身心合一，让学生在身体与环境的有效互动中获得认知体验，注重多感官参与、多途径体验、多渠道经历，进而促进主体思维与情感发生变化，这种学习具有涉身性、情境性和体验性等特征，为当下小学机器人教学提供了新的视角。笔者以“机器人沿线行走”一课教学为例，将学生身心融为一体开展机器人学习，使学生的身体、思维与环境相互融合，在亲身感知、体验中实现思维过程的具体化、可视化，有利于学生建构思维逻辑框架，实现深度学习，提升思维品质。

三、尝试：小学机器人具身学习促进思维进阶的具体策略

（一）确立适宜目标——创设具身情境，唤醒思维“动机”

华东师范大学钟启泉教授说过：“真实性是核心素养的精髓。”教师教学要围绕解决现实世界的真实问题，创设一个真实的具身情境，让学生的身心融入环境，产生共鸣，以激发学生的好奇心、求知欲，唤醒学生的思维动机，使之在与情境的交互体验中获得认知经验。

教学“机器人沿线行走”一课时，笔者先通过一段校园人工消毒视频创设情境，引发学生积极思考、发现问题。然后让学生主动发现“高效安全地解决校园内的消毒问题”这一真实需要，营造启发学生深入思考的具身学习“场”，唤醒学生在教学情境中积极的思维动机，让学生形成强烈的探究欲。最后，自然地引入该课主题：校园智能消毒机器人小车沿线行走。

（二）提出真实问题——聚焦问题引领，激活思维“动力”

一个富有挑战性的问题能够将核心内容贯穿整个学习过程，盘活学生的思维动力，促使学生全力以赴地思考探索，提升其学习的主动性，进而主动建构知识图谱，让学习富有意义、真实发生。

传感器巡线原理是本课的教学难点。为了更好地突破这一难点，笔者基于真实问题的解决，先出示校园平面图，紧紧围绕“机器人小车从校门口到教学楼的消毒路线行走”这根问题主线，让学生产生认知冲突，促使学生的学习热情逐渐高涨，使其思维活动处于最佳状态，体验以问题为载体的思维过程，实现师生、生生间的思维碰撞，为后续实现机器人小车的沿线行走奠定基础。

（三）板贴思路演绎——搭建具身支架，促进思维“可视”

北京师范大学顾明远教授提出，教学的本质是培养学生的思维，学生只有经过深刻的思考，才能将所学内容内化为自己的知识，建构属于自己的知识图谱。六年级的学生正处于从形象思维向抽象思维过渡的关键时期，本节课涉及的机器人巡线原理对学生来说有一定难度。如果学生对于原理理解得不到位，就会影响后续的编程学习。具身认知理论强调学生的学习要通过亲身体验、经历、思考，丰富其体验和认知。教师应为学生的具身学习和自主建构知识图谱搭建支架，将抽象化的内容用具有可见性、条理性和组织性的简单图示表现出来，以促进学生思维的“可视化”。

笔者为学生搭建具身学习支架，让学生三人一小组，以小组合作的形式亲身试验，运用乐高卡片充当机器人小车，体验机器人小车行走过程中颜色传感器与轨迹线的位置关系。每个小组中选出一名学生代表，运用语言描述，借助生动形象的板贴演绎表述乐高小车的行进路径和设计思路，把颜色传感器与轨迹线三种位置关系呈现出来：左白、右白，小车直行；左黑、右白，小车左转；左白、右黑，小车右转（如图1）。

巡线原理思维过程直观可视，能促使学生厘清思路，快速建立起抽象的思维框架。这样不仅实现了学生从形象思维到抽象思维的转化，形成了抽象的学科知识，还能在合作探究中增强学生的学习自信，提高主体的自我效能感，最终指向“知识+思维+能力”的综合素养提升。

（四）实行知行合一——践行具身实践，助推思维“进阶”

1.并列结构，实现算法

具身认知理念认为，大部分抽象概念是具有隐喻性的，抽象概念的形成和高阶思维过程都发生在身体感知经验的基础之上，强调认知对身体的依赖，离开身体经验，认知就难以发生，更谈不上思维的发展。在机器人小车沿线行走的操作过程中，教师采用具身体验和游戏式学习相结合的方式，让学生展开一系列活动：一是学生眼、耳、手、脑等多种感官共同参与认知，注重身体的体验、感受和经历。二是身体力行、知行合一，构建人、车、认知在内的学习共同体。三是形成全员具身学习参与，促进基于体验的认知建构。这样，学生在一遍遍的程序搭建、调试机器人小车巡线过程中，将感性经验上升为理性思维，形成较好的解决方案。四是学生利用EV3Classroom软件编写三种并列的“如果…那么…”语句，实现小车的沿线行走，提升学生运用算法来解决问题的能力。五是师生、生生在沟通合作、程序编写、调试运行中不断分析、比较、归纳问题，促进学生抽象思维和计算思维的融合发展。

2.嵌套结构，优化算法

算法指的是解决问题的方法和步骤，同一个问题有不同的解决方法。在机器人教学中，教师要鼓励学生多思考、多交流，不断优化升级问题解决的方法。本项目中，并列语句是学生都能想到的方法，但是在机器人小车调试运行实验过程中，学生观察发现机器人小车巡线不稳定，出现摇晃现象，这引发了学生的质疑。通过深入地分析与观察，学生的决策思维和批判性思维得到提升。学生小组共同协作实践，寻找核心证据，发现程序中三种并列语句出现重复执行现象，于是调整方法，将算法升级优化为“如果—那么—否则”的嵌套语句。通过程序建模升级，学生再次亲身实验，调试后的机器人小车巡线平稳而流畅，实现了优化。

严谨的思维和算法设计，是程序编写的前提。学生通过不断试错、调试，优化算法，从并列结构转化成嵌套结构，减少循环运行次数，提高算法执行效率。学生在探究、优化算法中不断内化经验，使思维由浅入深、由表及里，助推计算思维拾级而上，不断进阶，促进了问题解决等高阶思维的形成，提升了思维品质，实现了深度学习。

（五）拓展应用迁移——采用具身评价，思维实现“发散”

应用迁移是指学生将学习过程中获得的知识、方法等用于解决真实问题。实现应用迁移是学生核心素养培养目标落实的判断标准。在任务拓展环节，不少小组都已经实现了机器人小车沿线行走这一学习目标。但是仔细观察发现，即使到达终点，机器人小车还是一直向前行走。如何才能让机器人小车到达终点就立刻停下来呢？这一问题引发全班学生共同探究、演绎推理。最终，学生集思广益，想出采用“重复执行直到”控件来解决这一问题。整个实践过程中，同伴互助、师生互动，思维不断碰撞、磨合，逐步向宽度、深度、高度拓展。学生借助摄影设备拍摄机器人小车的巡线过程并投屏展示，生生间互相分享，团队解决新问题，体验实践乐趣。教师结合“小组合作具身学习”评价量表（见表1），从亲自调试、团队协作、分享表达、展示成果四个维度，开展多元具身评价，以评价助推学生知识迁移应用能力的发展，培养学生的创新思维、发散思维。

新课标印发后，如何丰富学生抽象、分解、建模、算法设计等思维活动，发展学生思维能力，实现素养目标已成为信息科技教师重点关注的课题。在小学机器人课堂教学中，教师注重具身情境创设、搭建具身学习支架、强调具身实践与评价，坚持知行合一、学思结合，引导学生科学地尝试模拟、仿真、验证解决问题过程，通过反思、优化解决问题的方案，并将其迁移运用于解决其他问题中，在不断地体验和互动中，促进了自身的思维进阶与发展，从而构建高效的机器人教学课堂。

参考文献：

［1］中华人民共和国教育部.义务教育信息科技课程标准（2022年版）［M］.北京：北京师范大学出版社，2022.

［2］常国将，李宣.教育元宇宙赋能信息科技算法具身性学习［J］.电脑知识与技术，2023（32）.

［3］黎清万.深度学习视域下的信息科技项目教学三维三阶模型［J］.计算机教育，2024（12）.

（责任编辑：赵静璇）