剧情简介
机器人编程是小学生非常喜爱的拓展课程主题,有利于培养创造性问题解决能力。这类课程通常采用项目式学习的方式,正是当前教研的热点话题之一。但项目式学习的成效比较难通过知识的掌握程度来衡量,因此对课程内容和教学方式的改进造成了困难,是一个亟须解决的问题。本研究探索机器人编程课程的项目式教学成效,理解机器人编程课对培养学生思维能力的作用,力求对项目式教学有新的启发。
教学设计与实施。以学生生活中的真实场景为载体,基于项目式学习理论进行教学设计,帮助学生在活动过程中提升思维能力。学生运用已有生活经验进行知识构建,在解决项目真实问题的过程中发展创造性问题解决能力。研究构建基于项目式学习的小学机器人课程活动框架。框架包含四个阶段:情景引入→引导实践、结构搭建→调试程序、解决问题→总结反思、知识迁移。
以某单元“游乐场”项目为例,项目分为观察探究、设计搭建、编程调试三个主要阶段。其中,在观察探究阶段,学生借助记录表等工具调查生活中游乐场里的游乐设施,了解游乐设施的外形、结构以及运作原理等。根据运行方式,对游乐设施进行分类。
活动的第二阶段,学生选择感兴趣的游乐设施做进一步观察,收集记录其主体结构、动力装置、控制系统。随后,参照资料提出新的设计并绘制草图,搭建设施模型。在此过程中,学生需要学习机械结构、智能控制等方面的相关知识。
活动的第三阶段,学生使用图形化编程软件对搭建好的“游乐设施”进行控制,在迭代修改的过程中,不但学习了游乐设施的运作原理和设计改造的相关知识,而且以此为媒介促进创造性思维的发展,提高解决问题的能力。
思维训练。根据每个活动阶段的特点,搭建计算思维培养的支架,让学生在发现问题、解决问题的过程中不断进行反思总结。研究团队在设计的时候将一个大的项目分解成几个小的任务,有助于帮助学生整理思路。
三个阶段活动的侧重点不一样,活动步骤也有所不同,但整体上都是以解决问题的思路出发设计的,即从明确问题到指定解决方案,从实施到最后的反思优化。
学习工具设计。研究设计了学习单在活动中为学生提供学习支持,包括具体考察内容、考察计划流程、考察方案制订、考察总结。此外,在分享反思环节也为学生提供评价量表,便于学生对自己的学习过程进行合理评价。
两组量表总分对比分析。将实验组和对照组的量表总分进行对比分析发现,两组的平均分相差 6.38 分,中位数相差 11 分。对两组数值分别进行正态性检验 发现,实验组的分数不满足正态分布,无法进行独立样本 t 检验,因此采用非参数检验中的独立样本 Wilcoxon 检验。结果表明,两组成绩存在显著性差异 (p?0.01),说明实验组学生的计算思维水平优于对照组学生。
两组量表“五维度”对比分析。为进一步探索项目式教学对计算思维能力的提升作用,本研究对计算思维量表中的五个二级指标进行分类统计。正态性检验的结果表明五个维度的数据均不满足独立样本 t 检验的条件,因此均采用独立样本 Wilcoxon 检验。结果表明,实验组在创造力、批判性思维能力、问题解决、算法思维和合作能力上均优于对照组学生,检验结果具有统计学意义。
根据中位数差值推测计算思维的提升幅度,可以看出:项目式学习对学习者的合作能力、算法思维和批判性思维能力具有较大的提升作用,而创造力和问题解决能力的提升幅度较小。
总结反思。项目式教学能有效促进合作能力、算法思维和批判性思维的发展。实验结果表明,基于项目式学习的实验组学生的计算思维的五个维度均显著优于常规授课环境下的对照组学生,由此推断项目式学习能够有效促进小学生计算思维的发展。此外,实验数据也表明,计算思维下的子维度并非同步提升。在本研究中,通过项目式学习,实验组的合作能力、算法思维和批判性思维的发展幅度最大,而创造力和问题解决能力的提升反而较小。真实问题的选择和学习任务设计是关键。本研究以真实问题为依托,以学生思维能力的提升为目标进行项目式学习设计,教学实践结果表明:该教学模式对学生的计算思维水平有显著提高。然而,不同维度的发展幅度却不均衡。其中,学生的创造力和问题解决能力增幅较小;而合作能力、算法思维和批判性思维却有较大的增幅。
对此,可能有两方面的原因:一方面,学生在不同维度的基础水平不同。例如,学生日常生活中已有一定问题解决能力,在问卷填写时自然会选择较高的水平,短期教学实施周期内难以看出较大的增量。而学生在日常生活很少有通过正式的协作解决问题的体验,基础水平低,因此在课程实施后会明确感受到这方面能力的提升。
综上所述,课程内容对特定维度的倾斜也会导致学生能力提升的偏差。例如,本课程的观察探究、设计搭建、编程调试三个主要活动均对学生的批判能力和合作能力有一定的要求。此外,设计和使用计算机对机器人进行编程以完成预设功能要求学生书写数学公式,在将自然语言转化为计算机语言的过程中,学生的抽象能力得到锻炼,其算法思维进而得到了发展。