指向计算思维培养的小学机器人“SAD+BPOS”教学模式

吴双双 浙江省杭州市南肖埠小学

美国卡内基·梅隆大学周以真教授认为，“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的涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动”。从信息技术课程的育人角度来看，计算思维作为信息素养的基础部分，是指学生在系统的学科学习过程中形成的，通过判断、分析与综合各种信息资源，运用合理的算法形成问题解决的方案；总结利用计算机解决问题的过程与方法，并迁移到与之相关的其他问题解决中的思维品质。

● 小学信息技术传统课题的问题

1.缺乏系统课程，学习难度大

机器人目前没有统一的系统化课程，很多学生学习没有系统性引导，有的编程能力较强，有的搭建能力较强，但在机器人学习中还有较大难度，需要搭建和编程等能力的综合。

2.课堂时间较短，学习不充分

机器人学习需要更多的动手实践时间，可教师在课堂上常花费大量时间讲解新知，而课后又缺少学习资料和教师答疑的保障，使得多数学生很难完成任务挑战，相应地，搭建、编程、优化、分享的能力也就大打折扣。

3.教学模式陈旧，计算思维较弱

为了更好地培养学生的计算思维，了解学生计算思维现状，笔者对138位六年级学生进行了调查，其中男生68人，女生70人。只有39.13%的学生对图形化编程掌握相对比较好，大部分学生都觉得学习编程有难度。因此，笔者认为在教学机器人单元时，需要探索一种混合式机器人的教学模式，以拓展学生学习的空间和效率，提升其计算思维能力。

● 培养小学生计算思维的教学模式构建与实践运用

针对机器人日常教学中的问题，笔者建构了在线学习和线下研究相结合的“SAD+BPOS”混合式教学模式，在此模式基础上开发课程，探索教学的应用策略。

1.教学模式构建

此模式有助于学生充分利用在线资源，拓展学习的空间，提高课堂效率以及学生的计算思维和小组合作等综合应用能力。

①在线学习：自学(Selfstudy)、任务分析（Analyse）、方案设计（Design）。课前将微课和任务导学案共享在“双双伴里”平台，学生在线学习并进行任务分析和方案设计，课前完成对基础知识的学习。在线平台的课程资源使得学习方式和学习时间更加灵活，学生自主学习可将零碎时间有效利用起来。

②线下研究：搭建（Built）、编程（Programme）、优化运行（Optimize）、分享(Share)。在在线学习后，明确了任务，课堂上教师组织学生讨论、答疑。面对不同学段的学生分层教学，面对1～3年级重在培养学生的积木搭建能力，4～5年级重在培养学生的基础编程和优化运行能力，6年级重在培养学生挑战难度项目和分享学习经验的能力。在线下搭建、编程、调试运行和分享展示的过程中，学生的计算思维逐渐形成。

2.教学策略应用

笔者以VJC为编程手段，以WER机器人为载体，借助线上自学和线下合作探究相结合的方式，探索了旨在培养学生计算思维的教学应用，具体内容如上图所示。

在“SAD+BPOS”混合式教学模式实施中，开发适合自主学习的课程资源，实施途径分为四个板块：小灵感大创意、跟我学编程、WER机器人项目挑战赛、WER创客作品展。围绕每个板块内容进行微视频、导学案、微练习等共享资源的设计开发。

（1）在线学习设计

在线学习围绕任务引导单自主学习并进行任务分析、三视图构思设计。

①在线学习内容分类。面对不同学段的学生分别设计机器人搭建、VJC编程、WER挑战和作品展，学生可以在线自主学习视频，具体学习内容如表1所示。

表1

②任务学习导学单。学生课下自主学习并进行任务分析和方案设计（如表2），记录疑惑点并在课堂进行讨论。

表2

（2）线下合作实践

面对不同学段学生分别培养其动手搭建、编程调试、创作分享的能力。

①小灵感大创意——低段重搭建。此板块主要培养1～3年级初学者动手搭建的能力，通过展示学生的作品、学生制作作品的过程和感悟，帮助学生学习搭建机器人的一般步骤和流程，经历设计、搭建、改进和展示分享总结几个过程，调动并激发学生创作的兴趣。

创意搭建：智能生活。

主题设计：现在生活越来越智能化，请围绕这个主题进行创意搭建，先构思进行作品的分析和设计。

主题搭建：根据设计，进行搭建，个别提问并指导，及时调整。

作品展评：分享自己作品的亮点，其他组同学可以提问和打分。

教师需要承担的角色是指导者，学生创意搭建一系列机器人，应关注学生学习的能力、解决问题的能力、纠错能力、表达能力及合作能力等。小组在“创意搭建”任务挑战中，学会分析路线、设计结构、展示分享。

②跟我学编程——中段重编程。此板块主要面对4～5年级的学生，先让学生观看视频，了解编程软件使用的基础知识，了解环境采集、出基地、马达设置、走直线、走十字路口的程序设计，提供学习材料，供学生进行随时随地学习。

编程课程：巡线转弯。

分析路线：出基地—十字路口—右侧T行路口—十字路口—右转弯—按时巡线—到达套环任务路口。

路口巡线：左侧路口和右侧路口类型选择；巡线速度、左转差速和右转差速的设置；循环次数、冲过路口时间。

转弯模块：过线条数、左马达速度、右马达速度、结束位置。

按时巡线模块：巡线速度、左转差速和右转差速的设置，巡线时间。

通过课前学习，学生在课堂上有更多的时间实践和思考，教师需要给予及时的引导和疑惑解答。通过编程，学生学会用软件控制机器人的动作运行，经历了路线分析、程序编写、程序调试的过程，逐渐培养计算思维能力。

③WER创客作品展——高段重分享。此板块主要是6年级的学生，结合生活中遇到的各种问题，进行作品的设计、搭建和编程的过程创作。平台发布学生参加比赛获奖的作品的视频并进行分析，激发学生创作的欲望。

WER创客作品：电子钢琴。

生活难题：在生活中，钢琴并不是每家都买得起。利用机器人硬件搭建一个钢琴，通过编程控制钢琴发声，让没有钢琴的孩子也能弹出乐曲。

创意特色：用材简单（琴身由WER材料和泡沫制作，琴键由传感器制作）；初学者可弹出简单的曲子；具备防盗功能。

创客展：琴键由传感器制作，琴身由WER材料和泡沫制作；初学者也可弹出简单的曲子。

结合学生已有的生活经验，模拟钢琴的发声，激发学生学习的积极性。学生在参与创客作品的创设中经历作品的设计、分析、搭建和展示分享的过程，提升计算思维和综合应用能力。

● 培养学生计算思维的成效

笔者运用问卷调查法、观察法、访谈法等多种研究方法，对小学机器人“SAD+BPOS”混合式教学模式下的计算思维成效进行了研究。

1.打破学习难题，增强学习主动性

计算思维是学生终身发展不可缺少的思维形式，更是适应信息时代的重要技能。笔者结合学生学情，制订初段、中段、高段的差异化教学内容，通过线上线下相结合的教学方式破解了学习难题，培养了学生分析问题、解决问题能力，提升了学习的主动性，同时提高了信息技术教学质量，为学生终身发展做好铺垫。

2.创新教学模式，提升学生综合能力

机器人教学的重点在于通过实践探索，使学生在身心自由中，自己建构忘不了、能活学活用的知识，该教学模式下的机器人课程的教学目标是培养动手能力、创新能力、计算思维能力、团队合作等综合素养。调查显示，70.29%的学生比较喜欢这种教学模式，还有7.97%的学生表示喜欢自己搭建编程，喜欢小组合作分享。“SAD+BPOS”混合式教学模式，打破时间空间限制，指向计算思维培养的小学机器人教学实践。

3.机器人教学仍需持续发展研究

通过初步探究可知，采用“SAD+BPOS”混合式教学模式使得教育教学成效有所改进，但仍有很多挑战需要面对，如如何探索更好的方式帮助计算思维较弱的学生更好地实践和理解、如何在每周一节课的时间里保障学生的小组合作参与率等都是接下来需要继续研究的方向。