基于RoboExp的面向计算思维的初中信息技术机器人教学设计研究

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随着计算机科学技术的发展,计算机相关技术的应用已渗透到人们生活的方方面面,为人类生活带来了极大便利,人们的衣、食、住、行都与计算机技术紧密相关,以计算机科学理论与方法为基础的计算思维逐渐受到相关专家与学者的关注,他们指出计算思维能够帮助人们产生对事物的客观认识,使人们的认知活动更加系统、科学,从而有效地进行问题解决活动。同时,计算机科学的发展带动了人工智能技术的进步,近年来人工智能技术的应用迅速向各行各业扩大,机器人教育的兴起就是人工智能向教育领域扩展的体现。各国对人工智能与机器人教育予以高度重视并出台了相关政策,在国家号召下,各地纷纷以竞赛、机器人学科教学、机器人辅助教学等形式展开机器人教育实践。有学者发现机器人教学能够培养学生的计算思维,但这方面的实践研究不多,通过机器人教学培养计算思维的有效策略仍是一个需要深入研究的领域。本研究的目的是通过基于RoboExp的机器人教学总结出在机器人教学过程中培养计算思维的有效策略,通过收集计算思维与机器人教育的相关文献对这一部分的研究与发展进行梳理,总结计算思维与机器人教育在国内外的发展现状,并就其概念和要素内涵进行整理,确定本研究计算思维的维度。在此基础上以5E教学模式为依据,以初中信息技术拓展课程——《创意机器人》为载体,从创造性思维、算法思维、批判性思维、和问题解决5个维度出发进行计算思维培养教学设计与实践活动,并根据课程内容以《简易计算器》、《智能道闸》和《迷你风扇》为例进行详细阐述和说明;同时在参考相关文献基础上,选取Korkmaz等人开发的计算思维评价量表检验《创意机器人》教学前后学生的计算思维水平,同时设计计算思维迁移应用测试卷来考察学生应用计算思维解决日常生活相关问题的能力,并结合访谈对检验结果进行解释;计算思维量表与计算思维迁移应用测试卷(A、B卷)在《创意机器人》教学前后分别发放一次,对量表与测试卷获取的数据进行威尔科克森检验,结果表明经过《创意机器人》课程学习,学生的计算思维水平(尤其是创造性思维、批判性思维、算法思维和交流协作能力)和运用计算思维解决实际问题的能力均得到了显著提升,表明在机器人教学中运用5E教学模式能有效培养学生的计算思维,对初中阶段计算思维发展与培养研究具有一定参考意义。
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