基于计算思维培养的小学编程项目式学习

王庆祥

小学信息科技教学注重培养学生的计算思维。笔者依托“机器人汽车倒车雷达”项目式学习，引导学生探究雷达的操作过程与控制器的计算模式，达成以下教学目标：会用选择结构算法描述问题，理解双分支选择结构；感知问题的仿真模拟的解决方案，编写倒车雷达程序验证的算法；通过实践探究活动感知选择结构算法的作用和意义，提高用计算思维解决问题的能力。

基于实物场景，确定问题。课堂上，教师先呈现实物，让学生观察真实的倒车雷达显示屏和提示音的变化情况。在此基础上，师生共同确定研究的问题：汽车倒车雷达是怎样测量车与障碍物之间的距离，并根据距离数值发出不同指令的？研究中，教师先引导学生观看微视频，了解相关结构原理，并基于此将问题分解成多个子问题，如超声波传感器如何测距、汽车控制器如何计算并发送执行指令等。然后，教师引导学生将各个子问题与人的思考过程进行类比。为便于学生理解，教师将机器人引入课堂，使用机器人控制器和超声波传感器搭建一个简易的测距装置，让学生改变传感器与障碍物之间的距离，观察控制器显示屏上距离数值的变化，体验超声波测距的过程，感受倒车雷达“输入—计算—输出”的计算模式。通过此环节的学习，学生将问题分解成了多个子问题，并借助实物场景梳理了子问题之间的关系。

尝试仿真模拟，抽象问题。教师结合学校机器人教学资源，让学生使用“积木”机器人模拟一台智能小车，并在车上安装超声波传感器。学生在搭建的过程中明确了汽车倒车雷达的结构模式。为明确智能小车的算法，教师引导学生观看智能小车演示视频，学生发现小车与障碍物之间的距离小于安全距离时会发出报警提示音。教师给出双分支程序“如果—那么—否则”的描述模式，引导学生描述智能小车的算法：如果智能小车与障碍物之间的距离小于安全距离，则发出报警提示音；否则，智能小车继续行驶。学生描述算法后，教师引导学生尝试画出算法流程图，进一步抽象出算法。经过此环节的学习，学生完成了借助机器人硬件搭建智能小车以及仿真模拟倒车雷达的学习任务。

借助可视化编程软件，验证算法。学生学会了用“如果—那么—否则”描述问题后，教师可使用可视化编程软件Scratch搭建积木脚本，模拟倒车雷达功能。智能小车算法分为输入指令、计算判断、输出指令三个程序模块。首先是輸入指令，即模拟汽车上超声波传感器获取汽车与障碍物的距离值，并将其传送给控制器的过程。学生使用“ ”功能模块感受数字信号到模拟信号的转换，体会指令的输入过程。其次是计算判断。学生将抽象出的倒车雷达算法用Scratch软件进行编程，先用“ ”模块实现逻辑判断功能，再借助逻辑判断和读取超声波模块设计出判断条件“ ”。最后是输出指令。此程序模块需要先设计输出指令的内容，再用“ ”模块实现数据输出。大部分学生能较快完成并创新设计指令，如改变小车行走速度，让小车发出蜂鸣声等，并设定：当小车马达速度为0时表示小车停止，当小车马达速度为20时表示小车向前行驶。这样，学生就得到了相应的脚本设计。在脚本编写的过程中，学生需要不断调试，才能实现智能小车倒车雷达的功能。

（作者单位：宜昌市伍家岗区伍家岗小学）

责任编辑  张敏