(一)搭建支架
在教学前教师以计算思维为指导,从当教学的设计者和学生学习的指引者出发,根据教学目标,结合学科特点、学生学情以及教学内容对教学目标当中的任务加以分解,形成整个任务的概念框架、并设计可实施的驱动任务及相关子任务的过程。教师需对教学目标中所规定的、学生习得能力及层次关系进行详细分析,以确定学生学习的顺序、应提供的教学条件等,并以此选择合适的支架类型。学习支架类型从表现形式上可分为范例、问题、建议、向导、图表等类型;从手段上划分,可以分为媒介支架(借助于图示、案例、影象资料提供支持)、任务支架(以任务为目标导向)、材料支架(提供可以供学生操作、练习的作业和实物)等。结合机器人教学的特点,可以选择的支架有:任务清单、真实案例、知识背景、教师、学习伙伴、流程图、协作工具、小组竞赛、评价标准、学习单。设置正确合适的支架可以促进学生思维能力的发展、创造力及批判精神的发展,最终使学生成为独立自主的学习者。
(二)进入情境
进入课堂教学,教师创设情境,将学生引入一定的真实问题情境,使学生的已有经验与新的问题情景产生矛盾冲突,达到学生主动建构知识意义的目的。一个好的问题情境首先可以向学生揭示未知的事物,开阔学生的眼界,打开学生的思路;其次问题能够引发学生的认知需要、兴趣和动机,激发学生对未知的探索欲;最后问题情境是处在学生“最近发展区”内,有实际操作性的,具备让学生在外部支持下得以解决的条件,解决这些问题就构成了学习活动。小学生机器人教学的情境式支架可利用真实的案例故事为学生创设一个进入学习的情境。
在此阶段,学生进入问题情境,理解任务,通过抽象的方式概括目标,将复杂的真实问题转化为更具体的学科问题,初步规划活动步骤。概括思维是处理复杂问题时的一种简化方式,问题情境以一种特定的学习任务呈现在学生的面前,学生通过对客观事物的感知或者思考去理解任务,提炼目标,而这种提炼或者简化的过程就是概括思维的最佳体现。
(三)独立探索
独立探索阶段并不是让学生完全自己学,在此过程中,教师提供支架,循序渐进引导学生将机器人整体任务拆分成小的具体可实施的子任务,促进学生完成知识的自我建构。与此同时子任务的解决方案不是简单的答案,而是通过多次、多角度思考,想出符合规定的步骤来进行问题解决。引导学生对问题解决的多种算法的各个方面进行综合衡量和判断,选择出最优方案。教师可从以下几方面的学习支架引导学生进行独立探索:问题清单、先行知识、流程图、提问演示。将复杂的问题拆分成一个个小问题,列出表格或者在关键步骤处让学生填空,如:“记录机器人在不同色带上地面监测的值”可以让学生填空检测到什么颜色的数值最大,颜色越怎么样,数值越大等;教师对基础知识进行讲授和辅导,让学生明确与此相关的一些基本概念及相关的理论,如:机械零件如何搭配使用来组装合适的机器人,目标功能的机器人如何选择对应传感器等;流程图需要学生自己把即将要做的步骤依次写下来,尤其在编程算法时让学生了解各种图形的含义,了解顺序、条件、循环等基本结构,知道矩形表示行动方案(用于表示机器人的动作)、平行四边形表示输入输出(用于读取传感器的数据)、菱形表示问题判断或判定(用于判断传感器数据)、箭头代表工作流方向等,懂得绘制流程图,代码的编写就变得容易了;教师的提问演示可以起到启发引导作用,为学生提供问题解决的原型,如:“我们要机器人实现什么功能?机器人要沿黑色的线行进,需要识别什么颜色,用到什么传感器呢?”通过这些学习可以加深学生对机器人原理的认识,完成机器人任务,激发思维的创新。