計(jì)算思維作為信息科技課要培養(yǎng)的核心素養(yǎng)之一，是用科學(xué)的基本理念對(duì)問(wèn)題進(jìn)行求解，系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及理解人類行為，是一種解決問(wèn)題的思考方式，強(qiáng)調(diào)通過(guò)邏輯推理、分析和抽象思維來(lái)處理復(fù)雜的情況和數(shù)據(jù)。計(jì)算思維將大的問(wèn)題分解為更小的部分，設(shè)計(jì)算法和模型來(lái)解決問(wèn)題。這種以計(jì)算機(jī)科學(xué)為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方法強(qiáng)調(diào)對(duì)問(wèn)題的系統(tǒng)性和結(jié)構(gòu)性思考，能夠幫助人們更有效地解決各種問(wèn)題。

本文以“虛擬機(jī)器人”教學(xué)為例，深入分析信息科技課程在培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維、問(wèn)題解決能力等方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，并展示如何通過(guò)高效、有價(jià)值的教學(xué)活動(dòng)達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。同時(shí)反思信息科技課程實(shí)施過(guò)程中的問(wèn)題與挑戰(zhàn)，并提出相應(yīng)的解決策略。

一、虛擬機(jī)器人平臺(tái)和計(jì)算思維

虛擬機(jī)器人平臺(tái)提供了一個(gè)仿真的環(huán)境，讓學(xué)生在沒(méi)有實(shí)體機(jī)器人的情況下進(jìn)行機(jī)器人搭建、編程和測(cè)試。通過(guò)平臺(tái)，學(xué)生可以學(xué)習(xí)機(jī)器人的基本原理，掌握機(jī)器人的控制方法，并在虛擬環(huán)境中進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)和探索；通過(guò)拖拽3D零件的方式，搭建出各種各樣的機(jī)器人模型。平臺(tái)通過(guò)組合圖形化的程序積木塊，降低程序編寫難度，讓學(xué)生掌握基本編程原理后，可以輕松控制機(jī)器人在虛擬環(huán)境中做出各種動(dòng)作和完成各項(xiàng)任務(wù)。教師在課程的實(shí)施過(guò)程中，用項(xiàng)目式教學(xué)、探究式學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)等多種教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

抽象與建模。學(xué)生使用平臺(tái)搭建機(jī)器人和編程的過(guò)程，需要將現(xiàn)實(shí)生活中的問(wèn)題抽象為計(jì)算機(jī)可理解的模型。這種抽象和建模的過(guò)程，是計(jì)算思維的核心之一。

算法設(shè)計(jì)。程序控制機(jī)器人完成任務(wù)，學(xué)生需要設(shè)計(jì)合適的算法。算法設(shè)計(jì)的過(guò)程需要學(xué)生運(yùn)用邏輯思維和數(shù)學(xué)方法，這也是計(jì)算思維的重要組成部分。

問(wèn)題分解。復(fù)雜的機(jī)器人任務(wù)需要被分解為多個(gè)子任務(wù)。教師以問(wèn)題解決為導(dǎo)向，引導(dǎo)學(xué)生將問(wèn)題分解為更小的部分，然后逐個(gè)解決，讓學(xué)生可以更好地理解和解決問(wèn)題。這種“分而治之”的策略是計(jì)算思維中常用的方法。

迭代與優(yōu)化。在機(jī)器人編程和調(diào)試過(guò)程中，學(xué)生需要多次修改方可達(dá)到最佳的效果。通過(guò)反思和優(yōu)化過(guò)程，學(xué)生逐漸培養(yǎng)了解決問(wèn)題的能力，提高了問(wèn)題解決的效率和準(zhǔn)確性。優(yōu)化思想是計(jì)算思維最重要的一環(huán)。

綜上所述，虛擬機(jī)器人平臺(tái)為培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維提供了有力支持。通過(guò)實(shí)際操作和體驗(yàn)，學(xué)生能夠更深刻地認(rèn)識(shí)到計(jì)算思維在解決實(shí)際問(wèn)題中的重要性和實(shí)用性，進(jìn)而更好地掌握問(wèn)題處理和解決的基本方法。

二、課程實(shí)施與教學(xué)策略

例如，教師以《智能物流》視頻為切入點(diǎn)，讓學(xué)生了解各類智能小車的應(yīng)用。隨后將視頻中的機(jī)器人巡線技術(shù)遷移至虛擬機(jī)器人平臺(tái)中，學(xué)生的任務(wù)是搭建機(jī)器人并編寫程序，使機(jī)器人能夠成功走出迷宮。綜合運(yùn)用課堂講解、提問(wèn)、實(shí)踐操作、小組討論等多種教學(xué)策略提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。此外，教師可以通過(guò)課堂實(shí)踐的反饋改進(jìn)教學(xué)環(huán)節(jié)，促進(jìn)學(xué)生高效參與教學(xué)活動(dòng)，達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。

1.觀察與引領(lǐng)，歸納與總結(jié)

在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，觀看視頻《智能機(jī)器人走迷宮》，圍繞該場(chǎng)景建構(gòu)解決問(wèn)題的方法：①安裝聲波傳感器，讓機(jī)器人感知距離；②設(shè)計(jì)算法；③編寫程序，控制機(jī)器人根據(jù)傳感信號(hào)調(diào)整行進(jìn)動(dòng)作。

教師使用教具和板書(shū)，再次演示機(jī)器人在迷宮中行走的過(guò)程。小組討論后，學(xué)生歸納出機(jī)器人動(dòng)作可分解為“前進(jìn)”“左轉(zhuǎn)90°”“右轉(zhuǎn)90°”三種。接下來(lái)，教師要求學(xué)生在任務(wù)單上繪制算法流程圖，設(shè)計(jì)算法，通過(guò)生動(dòng)的演示過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生逐步從抽象到具體地認(rèn)識(shí)問(wèn)題，將現(xiàn)實(shí)問(wèn)題抽象出模型，輕松設(shè)計(jì)算法。在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，學(xué)生將通過(guò)觀察機(jī)器人的活動(dòng)過(guò)程，分析機(jī)器人的動(dòng)作規(guī)律，并以目標(biāo)為導(dǎo)向的思考方式來(lái)解決問(wèn)題。

2.提問(wèn)與討論，交流與思考

高質(zhì)量的提問(wèn)既能幫助學(xué)生建構(gòu)知識(shí)體系，又能啟發(fā)學(xué)生深度思考，拓展學(xué)習(xí)的深度和廣度。在演示機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，教師可以向?qū)W生提問(wèn)：“機(jī)器人為什么知道到了拐彎的時(shí)刻呢？機(jī)器人怎么找到自己的目的地？小組之間討論?！贬槍?duì)學(xué)生的回答，不論對(duì)錯(cuò)，教師都應(yīng)給予肯定，同時(shí)，積極鼓勵(lì)其他學(xué)生補(bǔ)充回答。最后，教師梳理相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，以此結(jié)束該環(huán)節(jié)。

靈活運(yùn)用各種類型的問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考和學(xué)習(xí)，不僅是有效檢測(cè)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的手段，也是促進(jìn)學(xué)生之間交流的重要途徑，是提高教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。提問(wèn)可以包括開(kāi)放性問(wèn)題和封閉性問(wèn)題，通過(guò)不同的提問(wèn)技巧，如追問(wèn)、比較、歸納、引導(dǎo)等，來(lái)促進(jìn)學(xué)生思考。在問(wèn)題回答過(guò)程中，教師可以組織學(xué)生分組討論，促進(jìn)他們拓展思維和交流。對(duì)學(xué)生的回答進(jìn)行正向反饋和引導(dǎo)，有助于幫助他們梳理知識(shí)，提高思維能力。

3.活動(dòng)與匯報(bào)，反思與優(yōu)化

在活動(dòng)中，學(xué)生被要求在規(guī)定時(shí)間內(nèi)搭建和測(cè)試自己的機(jī)器人。教師鼓勵(lì)學(xué)生以小組的形式進(jìn)行討論和交流，以提高任務(wù)完成效率。例如，一些小組發(fā)現(xiàn)部分程序代碼被重復(fù)使用，從而會(huì)通過(guò)復(fù)制粘貼來(lái)加快編碼速度。因此，教師在表?yè)P(yáng)學(xué)生的同時(shí)，還可以向他們介紹新概念“自定義函數(shù)”，進(jìn)一步優(yōu)化他們的代碼。

再如，空調(diào)遙控器上有“制冷”和“取暖”兩個(gè)按鈕，當(dāng)需要調(diào)節(jié)溫度時(shí)，只需按下相應(yīng)按鈕，而無(wú)需關(guān)注空調(diào)內(nèi)部的運(yùn)作原理。類似地，機(jī)器人在走出迷宮的過(guò)程中只需要使用“前進(jìn)”“左轉(zhuǎn)90°”“右轉(zhuǎn)90°”和“感知離墻太近”這四個(gè)模塊，將它們想象成空調(diào)按鈕，需要時(shí)按下即可。教師接著演示如何以類似“自定義函數(shù)”的方式定義和調(diào)用這四個(gè)模塊。學(xué)生通過(guò)體驗(yàn)自定義函數(shù)在程序編寫中的優(yōu)勢(shì)，激發(fā)了求知欲和創(chuàng)作意愿，通過(guò)知識(shí)遷移，改進(jìn)程序，以控制機(jī)器人在迷宮中“吃星星”。在優(yōu)化過(guò)程中，學(xué)生需要進(jìn)行邏輯推理和思考，找出最優(yōu)解決方案；需要深入理解算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，找出效率更高的實(shí)現(xiàn)方式；需要關(guān)注代碼的細(xì)節(jié)和執(zhí)行效率，提高編程質(zhì)量；需要尋找更好的解決方案，激發(fā)創(chuàng)造力和創(chuàng)新意識(shí)；需要綜合考慮代碼性能、可讀性、可維護(hù)性等方面。這一環(huán)節(jié)通過(guò)設(shè)置任務(wù)的形式促使學(xué)生反思，培養(yǎng)學(xué)生的優(yōu)化意識(shí)，激發(fā)其學(xué)習(xí)熱情。

三、教學(xué)反思

該課程在提升學(xué)生信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)方面表現(xiàn)出顯著的成效。該課程摒棄了復(fù)雜的語(yǔ)法和昂貴的機(jī)器人設(shè)備，讓學(xué)生在3D環(huán)境中搭建虛擬機(jī)器人，通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的動(dòng)作控制，同時(shí)利用圖形化操作界面進(jìn)行交互式學(xué)習(xí)。這種實(shí)踐性教學(xué)模式有助于學(xué)生理解抽象概念，培養(yǎng)邏輯思維和創(chuàng)造力，提升計(jì)算思維水平。虛擬機(jī)器人是使用鼠標(biāo)拖拽的方式搭建的，雖然解決了人工智能活動(dòng)課的資金問(wèn)題，但是非常耗時(shí)。未來(lái)的課程優(yōu)化方向包括提高課堂效率、解決課程局限性。在開(kāi)發(fā)新課例時(shí)，教師應(yīng)緊密貼合初中生的信息水平，同時(shí)關(guān)注新技術(shù)和理論的融合，這也是未來(lái)需要深入探討的問(wèn)題。

（作者單位：江蘇省南京市第二十七初級(jí)中學(xué)）