基于机器人编程教学的小学生计算思维培养策略研究

【摘要】依托机器人编程教学引领，细化小学生计算思维的培养，是促进学生信息技术学科核心素养发展的基本着力点。计算思维是智能时代下创新人才必备的基本素养。在小学信息科技课程教学中，教师一方面应深度研读新课标，掌握信息化素养的内涵，并结合机器人编程课程教学实践，助力学生计算思维的有序发展；另一方面还需抓实小学生计算思维的概念界定，分析其在学生全面发展中的积极意义，探索其实施的基本策略，促进小学生信息化素养发展，为其终身学习奠定良好基础。

【关键词】机器人编程教学；小学生；信息科技课程；计算思维；培养策略

【基金项目】本文系江苏省“十四五”规划课题“培养小学生计算思维的机器人编程教学区域推进研究”（课题编号：B/2021/02/124）的研究成果。

作者简介：王源（1990—），女，江苏省仪征市实验小学西区校。

张道星（1991—），女，江苏省仪征市实验小学东区校。

在信息技术高速发展的今天，计算思维已是一项不可或缺的能力。在小学生的认知发育过程中，编程教学可以通过可视化的操作与交互的形式，有效地调动他们的学习积极性和创造性。机器人编程是一种将计算机软硬件结合起来的教育方式，它既可以提高学生的逻辑推理、问题解决能力，又可以培养他们的团队精神、项目管理能力等。在我国，关于培养小学生计算思维能力的研究与实践较少，怎样才能更好地指导学生进行编程仍然是个难题。在这一背景下，教师需要深入探索基于机器人编程的计算思维培养策略，以促进学生的全面发展。

一、概念界定

（一）计算思维

计算思维就是利用计算机科学中的一些基础概念去解决问题、设计系统、理解行为。这样的思维模式并不局限于编程与计算机科学，它也被运用到各个学科与日常生活中。在小学信息科技课程教学中，如何培养学生的计算思维，成为当前教育改革的一个重要课题。计算思维由分解问题、模式识别、抽象、算法设计等构成。所谓的“分解问题”，就是把一个比较大的、难以解决的问题分成几个小的、更容易解决的问题；“模式识别”是指通过对问题之间的相似性进行辨识，从而使求解过程简单化；“抽象”是把无关的具体内容忽略，将注意力放在问题的核心；而“算法设计”就是要为求解问题设定清晰的过程与规律。在小学信息科技教学中，通过编写简单的程序与求解实际问题，学生能够逐渐获得基本的计算思维能力。计算思维既可以提高学生的逻辑思维和解题的能力，又可以让他们在遇到一些比较复杂的问题时，用有条理的方式去进行思考［1］。这样的思维对于学生将来的发展是非常重要的。

（二）机器人编程教学

在小学信息科技课程中，机器人编程是一个非常关键的教学内容。在小学阶段，通过学习机器人编程课程，学生既能了解最新科技DxG/fmtGkuDU/UINUjDT/Q==的发展方向，又能得到实际操作与探究的机会。在机器人编程课程中，教师要求学生使用Scratch、Blockly等编程程序，并对其进行操作。比如，学生可以编程，让机器人沿着预先设定的路径前进，躲避障碍，或完成某些运动。通过实际操作，学生对编程中的序列执行、条件判断、循环及变数等基本观念有了更深层次的了解。此外，该课程注重小组协作与项目管理。学生通常需要组成一个团队，一起设计、编写、调试程序，这样既可以锻炼学生的协作意识，又可以提高他们交流与表达的能力。教师通过将抽象的编程概念与实际的操作有机地融合在一起，让学生体会到编程的快乐与成功，进而培养其对信息科技的浓厚兴趣。这样既提高了学生的编程技能水平，又培养了他们的计算思维，促进整体素质的发展。

二、机器人编程教学对培养小学生计算思维的意义

（一）提升逻辑思维和问题解决能力

在小学阶段的信息科技课程中，机器人编程教学的重要性是显而易见的。机器人编程教学要求学生掌握并运用一些基础的编程概念，如变量、循环、条件语句等。这些概念不仅对编程有重要意义，而且有助于培养学生严密的逻辑推理能力。编程的实质就是不断地发现、分析和解决问题。在编程过程中，学生将面临各种困难，他们需要运用逻辑分析、试验论证等方法寻找问题的答案。比如，在机器人不能沿着预定路线行进的情况下，学生要对其进行逻辑上的修正，并进行相应的调整与完善。这个过程既可以训练学生的逻辑推理能力，又可以培养学生处理复杂问题的耐心与毅力。

（二）激发创造力和创新能力

机器人编程教学可以提高学生的创造力与创新能力。在信息科技课程教学中，教师往往采用项目教学法，让学生依据个人喜好及想象力，自行完成不同用途的机器人编程。例如，学生可以设计一种可以自主躲避障碍物的机器人，也可以设计一种可以与人交互的智能机器人。在机器人编程课程中，学生可以尽情地发挥自己的创意，把自己的想法变成实在的编程程序。同时，通过小组活动，学生也可以学会在集体活动中发挥自己的创造力。以创意为导向的教学模式，不仅让编程教学充满趣味与挑战性，还能为学生日后的发展打下良好的基础。

（三）培养团队合作和沟通能力

机器人编程教学对提高小学生的团队精神与交流能力也起到积极的作用。机器人编程项目往往要求学生以小组为单位，分工进行合作。在这个学习过程中，学生除了要合作完成任务，还要与他人进行良好的交流。比如，当面对一个比较复杂的机器人项目时，编程师要跟设计者探讨软件与程序的整合，而测试者则要将程序执行过程中出现的问题记录下来，并提出修正意见。通过这样的小组活动，学生可以更好地发挥自己的优势，在交流与探讨中提升自己的语言表达与交流能力。教师让学生亲历机器人编程项目的全过程，可以培养学生的集体观念及协作能力，并为其日后融入社会奠定良好的基础。

三、基于机器人编程教学的小学生计算思维培养策略

（一）设计项目，解决问题

在现代科学技术飞速发展的今天，提高学生的问题解决能力显得尤其重要。计算思维就是把一个复杂的问题分成更小、更容易处理的模块，然后用一种合理的、系统的思路去解决。在机器人编程教学中培养学生的计算思维，不仅对学生的学习有很大的帮

助，而且对于学生解决现实中的种种困难也是非常有益的［2］。

比如，在“即时的交流与分享”这节课的教学中，教师以“即时通信”为项目课题，引导学生通过编程，让机器人具备即时通信功能，能够自动回复信息。首先，教师带领学生了解即时通信机器人的基本原理与功能，并通过一系列循序渐进的小任务模块，让学生逐步地解决原本比较困难的编程问题。例如，学生要想办法先让机器人识别出一些关键字词，然后做出适当的回答，这就包括了模式识别与抽象思维的运用。在此期间，学生必须持续地进行逻辑推理与检验，以求出最佳方案。学生也许会在一些案例中发现，机器人不能正确地辨认关键字，从而做出错误的回答。此时，教师要让学生自己去剖析根本原因，然后用各种方式来进行修正。课程结束时，学生展示自己设计的机器人程序，并与同学交流在编程过程中遇到的问题与解决办法。教师利用机器人编程项目，让学生学习编程，培养学生分析与处理问题的能力，对学生今后的学业、人生发展起到重要作用。

（二）创意实验，激发想象

机器人编程可以培养学生的创新能力，在此过程中，学生可以把自己的想法转换成真实的程序和作品，这既可以提升他们的计算思维能力，又可以发展他们的创新与实践技能。编程的整个过程就是一个不断地求解和获得最优解的过程，这就需要学yNtUuHnX3olZhq1dP0puVw==生不断地尝试，不断地调整，进而完善自己的程序，提高创新思考能力［3］。

比如，在“创作数字作品”这一课中，教师可以指导学生进行一个简易的机器人动画程序的设计与编写。首先，教师讲解数字作品制作的基础知识与程序，让学生理解数字作品的制作方法。其次，教师结合实例，说明怎样利用计算机程序来完成一个机器人动画的基本动作，比如走路、挥手、跳跃等。再次，教师鼓励学生大胆实验，充分利用自己的想象和创意，进行一些独特的设计。比如，学生可以设计能够变化形状的机器人，或是能唱又能跳的机器人。最后，教师让学生演示自己制作的机器人动画程序，彼此交流设计心得。这个活动不仅给予了学生展现自己成果的机会，同时也为学生相互交流提供了平台。在此过程中，学生既能掌握编程相关的理论知识，又能锻炼自身的创新能力。

（三）分配任务，团队协作

在小学信息科技课程中，机器人编程能够培养小学生的团队合作精神。在编程项目中，学生需要分配任务，展开协作。这样既可以锻炼学生的合作能力，又可以增强学生的集体观念，培养学生的责任心和领导才能，对于学生今后的发展十分重要。通过团队合作，学生能够认识到自己的优点与缺点，在团体中充分地利用自己的长处，并从中吸取经验，使整个队伍的工作效率与质量得到提高［4］。此外，在小组合作中，学生也能加强彼此间的信任，这对他们以后参加学

校活动、工作以及社会上的各类团体活动都是很有帮助的。

比如，在“在线协作学习”这一课的教学中，教师可以为学生布置一次小组合作式的机器人编程任务。在课程之初，教师将3～4个学生分为一组，以保证小组成员各有专长，能够取长补短。接着，教师介绍在线协作学习工具的用法，例如分享文件、即时消息及项目管理等，并演示利用此工具执行作业及追踪作业进度的方式。学生小组对编程、设计、测试、文档编写等方面进行具体的工作安排。课程期间，教师安排在线会议，协助学生解决遇到的难题，并与学生交流学习进度及体会。这样，学生不仅可以学到在线协作学习的相关知识，还可以体会到真正的团体合作。在项目研究的后期，各小组要汇报自己的研究成果，并交流各自的合作经验。通过交流与合作，学生可以学到各种处理问题的方式与技能，进而培养合作精神。这一活动既能让学生在实际操作中掌握编程方面的理论，又能增强他们的集体观念与责任心，为学生今后的学业与工作奠定良好的基础。

（四）自主学习，增强信心

机器人编程可以提高学生的自主学习能力，通过编写程序，学生能够独立地探究、学习，并获得新的知识与技能。这样的教学方法可以提高学生的自我约束力，增强学生的自主意识，提高学生的学习信心与自立能力［5］。

以“自主可控技术”这节课的教学为例。首先，教师讲解有关“自主可控技术”的理论与运用，使学生能够对此有一个大致的认识。接着，教师给学生安排一个开放式的编程任务，比如，通过程序编写让机器人做一项特殊的工作。该任务要求学生自行查阅有关文献，掌握必要的专业知识，并自行设计有关程序。在此期间，学生要自行设计自己的学习路线，并逐渐地获得所需的技巧与知识，如编程技巧、逻辑思维、问题解决、工程管理等多种技能。在学生编程过程中，教师除了给予必要的引导与协助，还应注重培养学生独立思考、发现问题的能力。这样，学生既能体会到自主学习的成就感与快乐，又能在遇到不熟悉的问题时，学会主动地去探究。课程结束后，学生逐一介绍自己的研究成果，并与同学展开经验交流与分享。

结语

综上所述，在小学信息科技课程中，机器人编程对于小学生计算思维的培养具有重要的意义。研究表明，该教学方式既可以提高学生的学习积极性，又可以提高他们的逻辑思维、问题解决和自主学习能力。科技的发展、教育观念的革新，使机器人编程在基础教育中扮演越来越重要的角色。教师要重视小学信息科技课程中机器人编程的教学，为培养学生的综合素质奠定良好的基础。

【参考文献】

［1］田辉，朱春莺.面向计算思维培养的小学机器人教学研究：基于扎根理论的算法教学设计案例

［J］.中小学信息技术教育，2021（11）：59-63.

［2］杨玉芹，龙彦文，孙钰峰.小学生计算思维培养的过程和策略研究：基于对武汉市从事机器人教育的26位教师的深度访谈［J］.电化教育研究，2019，40（12）：115-121.

［3］郁晓华，肖敏，王美玲，等.基于可视化编程的计算思维培养模式研究：兼论信息技术课堂中计算思维的培养［J］.远程教育杂志，2017，35（6）：12-20.

［4］周进，安涛，韩雪婧.国际机器人教育研究前沿与热点：基于Web of Science文献的可视化分析［J］.开放教育研究，2018，24（4）：43-52.

［5］梁挺林.基于计算思维培养的初中项目式教学探究：以机器人项目“饮水思源”为例［J］.教育信息技术，2021（9）：75-77.