徐士杰

【摘要】小学机器人教学中面临着优质师资缺乏、学生参与度低及存在明显的学习差异性等问题，这些“痛点”问题需要引起一线信息技术教师的重视。文章针对小学机器人教学的特点，设计了基于计算思维培养的微课程，运用微课程进行课内翻转教学，让学生从“旁观者”变成“参与者”，培养学生的学科核心素养。

【关键词】微课程;机器人教学;计算思维;课内翻转

一、问题提出

在小学机器人教学中，师生的“痛点”在哪里？从教师层面看，目前普遍存在优质机器人师资短缺，缺少对小学机器人教育教学的深入研究，教师在机器人教学中照本宣科，学生参与度低，学科核心素养更是难以培养;从学生层面看，学生之间存在明显的学习差异性，极少部分有条件或家长重视的学生在社会教育机构中有过机器人学习经历，而其他大部分学生变成了课堂的“旁观者”。

义务教育阶段信息技术学科核心素养包括信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任等方面[1]。因此，信息技术教学要从关注知识和技能教育转变到关注培养学生的学科核心素养，其中重点之一便是计算思维的培养。

针对上述师生的“痛点”，如何在机器人教学中让师生从“旁观者”变成“参与者”，是每一位信息技术教师需要解决的问题。

微课具有主题突出、短小精悍、资源类型多样、交互性强、使用方便、应用情景真实、半结构化、动态生成等特点[2]。在小学机器人教学中，教师可以设计基于计算思維培养的微课程来解决当前小学机器人教学中的“痛点”问题。那如何设计制作这样的微课程呢？微课程如何在机器人教学中应用呢？本文把微课程引入到小学机器人教学中，基于微课程教学研究不断优化教学流程，改进教学策略，达成培养学生计算思维的目标。

二、小学机器人教学分析及特点

在小学机器人教学中，教师通过机器人教学平台设计系列化、生活化及包含丰富科学创造知识的项目，强调在项目化学习中解决实际问题与完成任务，进而培养学生的计算思维和创新精神。小学机器人教学既有信息技术学科教学的共性，即关注学生的实践操作，注重学科操作技能学习，也有其自身的特点，在解决问题时要考虑硬件搭建与软件编程之间的配合，在其间寻找最佳平衡与搭配。

三、小学机器人教学微课程的设计

小学机器人教学的对象是高年级学生，他们正在从具象思维过渡到抽象思维，已经具备了初步的抽象概括能力，可以按照“抽象→分解→解决”的过程处理问题。

计算思维关注问题解决过程，Angeli、Fluck等人提出了小学生的计算思维培养包含抽象、问题分解、算法、调试、迁移等五种思维要素。因此，教师可以在小学机器人微课程设计中关注上述五种思维要素的培养，在设计中融合一种或多种要素，在问题解决过程中培养学生的计算思维。

（一）抽象思维的微课设计

计算思维的抽象能力是指在对待具体的问题时，逐渐简化问题，抽象模型，解决问题。小学机器人教学，以项目化学习为主线，教师根据教学内容提出驱动性问题，学生根据问题设计机器人来完成相应的项目。在项目化学习过程中，教师要借助抽象思维引导学生抽象出机器人的关键结构，简化结构模型。

如“机器人机械手”微课中，教师首先提出本课的任务：设计一个机械手臂，这个手臂可以抬起和放下，并具有自动识别前方物体并将其搬走的功能。这节微课主要是引导学生根据项目任务设计机器人结构，运用计算思维中的抽象思维抽象出机器人的关键结构：可以抬起和放下的机械手臂、连接手臂可以打开和闭合的夹具、红外传感器、控制器。本节微课可以培养学生的抽象能力。

（二）问题分解思维的微课设计

问题分解是把复杂的计算机问题进行有效分解的思维方式。问题分解的思路是将一个复杂的问题分解成一系列可以解决的简单问题。问题分解一般是在抽象后进行，从而避免细节对问题分解的干扰，以免造成问题复杂度增加。

学生在抽象出机器人主要结构后，就可以将一个复杂的问题进行分解，分解出能够解决的子问题，然后再将这些子问题的解决方案整合起来，从而形成复杂问题的解决方案。问题分解必须遵循具体问题具体分析的原则，这正是培养问题分解能力的关键。

如“扫地机器人”微课中，学生已经抽象出了关键结构为清扫机构，那么如何搭建清扫机构？教师在微课中逐步引导学生将清扫机构分解为舵机和插在舵机上的模拟扫帚的积木件以及连接它们的梁、销等积木件，在微课中逐步分解机器人结构，从而逐渐简化问题，达到培养学生分解思维的目标。

（三）算法思维的微课设计

算法是一套有序指令的集合，能够在有限时间内按指令序列解决问题。计算思维中算法思维就是利用一系列有序指令准确且完整地描述解决方案。

机器人编程环节中，流程图可以让学生的算法图形化，思维可视化。在编程正式开始前，教师引导学生绘制流程图，引导学生通过定义一系列有序、明确的步骤，根据设计的步骤编写程序解决问题，从而让学生逐渐明白算法的含义，逐渐形成算法思想。

如“机器人循光”微课，在学生初步认识了流程图各种符号含义的基础上，引导他们根据循光的过程绘制流程图。通过流程图学生能够直观地明确机器人循光的具体步骤，将头脑里面的思维进行可视化的表达。学生能够依据流程图厘清机器人循光需要完成的一系列有序的动作，再将自己的想法编写成出一系列有序的指令完成循光的任务。

（四）调试思维的微课设计

计算思维中的调试是指发现程序指令与执行动作不一致时能够分析错误原因，提出解决方案并完成修复错误的过程。一件完整的作品都是从不完善开始的，期间经历多次反复修改、调试才能完成，这个过程正是计算思维中调试思想的体现。

在项目化学习中，教师可以设计针对不同项目在调试中易发问题进行复现、分析、修复的微课，在微课中运用技术手段，通过慢动作、多角度等方式复现错误，引导学生观看微课，发现错误，分析成因，修复错误，从而完成该项目机器人。

如“机器人沿线走”一课，微课播放机器人与黑线五种位置关系的动画，让学生直观感受到机器人沿线行走的过程。接下来，微课重点引导学生观察左右两个灰度传感器与黑线的位置关系，从而决定左右两侧电机的转速控制。这两段如果在教室进行现场讲解，由于场地及人数的原因，学生不易观察。沿线走程序编写完成后，学生进行调试，部分学生会发现机器人沿线刚开始走时就会偏离到线外。针对这种情况，微课播放机器人沿线走的慢动作，引导学生同步对照代码分析问题，修改代码完成沿线走任务。

四、微课程在小学机器人教学中的应用

小学生求知欲望强烈，并且愿意主动探究，但自主学习能力和自我控制能力偏弱。信息技术课一周一课时，小学机器人教学围绕项目开展，在项目进行的每个阶段都可以应用微课来呈现。机器人教学应当满足每个学生个性化的学习需求。因此，基于微课程进行课内翻轉教学非常适用于小学机器人教学。

（一）项目学习单引领，制作各阶段微课

教师在课前设计“项目学习单”，提出学生感兴趣、真实的驱动性问题，采用项目驱动和问题导向的方式引导学生理清本课项目化学习的目标，明确项目任务、项目成果。再根据学生完成项目所要用到的新知识，针对机器人搭建、程序编写、调试完善等内容分别录制微课视频，并在微课中有效渗透计算思维培养。

（二）学生自主学习，记录心得和困惑

学生借助“项目学习单”自主观看微课视频，在自主学习的基础上，小组成员合理分工，发挥不同成员的特长，对项目任务进行分解，达到优势互补、彰显个性、效率最佳的目的。小组成员在尝试完成项目任务的过程中将心得和困惑记录在“项目学习单”上，教师在这个过程中发挥组织、激励和指导的作用。

在这个阶段，微课程的作用也得到显现。学生会碰到各式各样的问题，教师难以对一个班级几十名学生指导到位，学生遇到问题时可以观看微课寻找解决问题的方案，可以根据不同的需求反复播放，还可以快进、慢放等等。

（三）小组展示成果，反馈收获和问题

小组展示项目化学习成果，对项目机器人进行说明和演示，分享自己在完成项目机器人过程中的心得体会，并提出组内不能解决的疑难问题。小组展示成果后，将不能解决的问题集中到一起进行解决，学生不能解决的，则由教师在课堂上解决，或补充解决问题需要的知识并录制成微课，让学生课后解决。展示成果结束后，对每个小组的项目作品进行评价，项目化学习的评价不仅要评价结果，而且要对学习过程进行评价。评价标准在项目正式开启前确定，并且进行量化，让学生在项目开展过程中目标明确，对要完成的项目任务有明晰的要求。

（四）适度拓展延伸，提升能力和思维

根据学生当堂课学习实际情况，教师对项目机器人任务进行适度拓展，学生根据“项目学习单”拓展任务并进行针对性改进、优化，在这个过程中巩固和深化本课所学知识。最后，师生进行反思总结，归纳知识，梳理方法，提升综合能力和思维品质。

五、结语

在小学机器人教学中，基于微课程解决“痛点”问题，引导学生从“旁观者”转变为“参与者”。微课程既是学生学习的支架，又是培养学生学科核心素养的载体，在基于微课程的课内翻转教学中有效培养了学生的计算思维。

【参考文献】

江苏省教育厅.江苏省义务教育信息技术课程纲要（2017年修订）[Z].2018-03-13.

胡铁生，詹春青.中小学优质“微课”资源开发的区域实践与启示[J].中国电化教育，2012（22）：65-69.