机器人教学中计算思维的培养分析

郑 珂 王 堃

（山东省淄博第四中学 ，山东淄博 255100）

引 言

随着科学技术的进步与发展，人工智能同机器人实现了有机整合，机器人被广泛应用于教学领域中。机器人教学能够提升学生参与信息技术课程的兴趣与热情，培养学生个体的计算思维，为人工智能知识的普及、应用等奠定基础。

一、在比较的过程中激发学生的计算思维认知与意识

激发学生的计算思维认知与意识是培养学生个体计算思维的基础。所以，在实际教学中，教师一定要有针对性地引导学生使用计算思维对相关问题进行求解，让其感知到计算思维存在的优势，以激发学生积极使用计算思维解决相关问题的认知与意识[1]。例如，当讲解到机器人赛车的相关内容时，教师要求机器人赛车沿着赛道向前行驶，有大小要求的机器人赛车在行驶过程中要尽量获取路边设置的得分物。最初，学生未对怎样获取路边的得分物进行系统思考，而是更加关注机器人小车的行驶过程，希望基于小车自身的宽度来获得更多的得分物，结果导致机器人小车出现重心不稳的状况，行驶状态也非常不稳定，有时还无法得到得分物，影响了后面的成绩。所以，教师可为学生提供一些方式，如为小车安装两个手臂，这样小车在沿着赛道行驶的过程中，就能够将路边的得分物直接捡起来了，这时学生会有眼前一亮的感觉，也会对这种方式感到新奇，教师可在这个时候引导学生使用计算思维去思索怎样才能够完成这个任务。

（一）细化问题

在实际教学中，教师可以引导学生把上述工作任务细化分解成多个子问题，如怎样判断机器人已经行驶到了得分物的附近，机器人怎样才能够获得路边的得分物，机器人在获取得分物的过程中行驶状态会不会受影响，有哪些因素会对机器人的行驶状态产生影响等。将其细致划分成多个子问题后，教师应让学生思考，这样就会使学生有清晰的解答思路。

（二）合并问题解决的方案

对已经获得的子问题解决方案进行融合与完善，是获得整个问题解决方案的必要条件。但是一定要注意，在这里需要重视的并不是解决方案之间是否存在冲突，是否能够进行处理，而是要思考怎样的协调方式才是最为优质的，并且积极进行对比实践，这样很多学生就能够探究出最佳的方案。例如，有的学生会使用两个伺服，在机器人两侧安装上活动的手臂，一旦红外传感器监测到有得分物存在，手臂就会动起来去捡取得分物；有的学生会使用一个伺服，在机器人前面安装上一个活动的手臂，一旦红外传感器监测到有得分物存在，就会将手臂伸过去，等等。在这个过程中，学生会感知到探索的乐趣，实际操作也会更加协调，操作效率也更高。由此可见，这样的教学方式，能够切实激发学生积极使用计算思维解决问题的意识。

二、在问题解答的过程中提升学生应用计算思维的能力

学生个体具备的计算思维能力，也体现在问题求解的整个过程中。一般情况下，学生经过思考，能找到其中存在的问题，并且可以提出最为优质的解决方案。所以，教师在实际教学中，一定要给予学生足够的时间与机会，让学生基于计算思维解决机器人实际运行中出现的问题，以此来培养学生使用计算思维进行实践的能力。

（一）精心创设问题内容

高中的信息技术教师在实际教学中，要由浅入深地向学生提出适合机器人项目的问题，并且要把握问题的难易程度，使问题具有良好的层次性与启发性。同时，教师所提出的问题应能切实培养和挖掘学生个体的计算思维能力，使学生养成独立获取知识的能力。教师可在实际教学中设置一些机器人进入加油站的基本问题。例如，当机器人小车在高速行驶时，很容易越过加油站，因此，机器人小车需要重新倒入加油站中，那么要怎样才能让机器人直接进入加油站中呢？这个问题对于学生来讲有一定难度，能够引导学生探究操控机器人实施转弯的幅度，并且这个问题也与机器人转弯幅度改变过程中所涉及的空间与时间上的复杂性有关。

（二）对问题内容进行时间求解

在与机器人相关的实际教学中，学生可能会遇到不同种类的现实问题，所以，教师一定要鼓励学生对不同的问题进行练习。在练习机器人小车转弯的项目过程中，小车转弯速度取一个固定的值，容易使小车无法实现高速行驶，对到达终点成功率产生严重影响。最开始的时候，学生对机器人设定不同的速度数值，效果不甚理想。这个时候教师要给予学生及时有效的引导，让学生针对路段的不同实施实践探究，使用计算思维合理有效地解决机器人实际运行过程中存在的问题，最终把控制机器人转弯过程的行驶转变成动态的转弯，如右侧的电机速度=基准速度-（左侧距-右侧距）/转换比例，左侧的电机速度=基准速度+（左侧距-右侧距）/转换比例。也就是说，机器人在不同路段中的基准速度是不同的，转换比例就是把机器人同小车两侧栏杆的距离差转变成为速度差的比例，这个数值基于机器人的构造设置，转换比例小，转弯的幅度就会越大。基于这样的方式，学生就能够使用计算思维进行问题求解，及时有效地进行梳理归纳，培养使用计算思维进行实践的能力。

三、在梳理归纳中提升学生计算思维能力的广度与精准度

（一）记录问题，及时反思

每次完成练习之后，学生都会对很多问题形成自己独有的解答思路，鉴于此，教师一定要积极组织学生进行反思梳理与归纳记录，将整个问题求解过程中产生的解答思路及有待解决的疑难问题都记录下来。这样学生不但能够及时总结归纳成功的经验或者失败的教训，而且能够厘清整个解题思路，对练习的整个过程进行回忆，从而深化对相关知识内容、练习过程的记忆，反思、创新与改进操作方式，切实提升自身求解问题的能力与水平。

（二）教师与学生之间互相评价、逐步完善

对学生提出的解决方案，教师可组织学生进行互相评价，对其优点进行学习，对其存在的不足进行改进，鼓励学生进行大胆的尝试，让学生对新问题的求解练习充满兴趣与热情，以促进学生个体参与学习的主观能动性的发展，使其探究出最优的问题解决方案。

结 语

总之，作为高中的信息技术教师，在实际教学中一定要尊重学生的主体地位，并且基于相关教学内容、教学目标、教学要求等，对学生进行及时有效地引导，以培养并提升学生的计算思维能力，促进学生综合能力的全面提升，更为其将来更为深入的学习奠定基础。