計算思維與課堂活動實例#1

來自專欄 K-12信息技術

Computational Thinking and the Examples of Class Activity #1

計算思維與課堂活動實例#1

近年來，計算思維在K-12教育中越來越流行，家長們甚至投入巨大的金錢時間和精力送孩子們去學習機器人編程，以鍛煉孩子們的計算思維。作者將在這一系列博客中例舉一些鍛煉計算思維的課堂實例，作者按照活動需求將課堂活動實例分為無電活動和有電活動兩類，無插件活動是指整個活動不需要電腦，iPad，機器人的支持，以滿足教師對成本的要求。有插件活動是指整個活動需要電腦，iPad或者機器人的支持，同時作者也將在這一系列博客中介紹多種可用於教學活動的機器人，教師可以按照條件進行選擇。

什麼是計算思維 Computational Thinking？

計算思維的基本元素包括： 分解，識別規律，抽象，設計運演算法則

分解：是指將數據，過程或者問題分成更小的也更容易管理的部分

Decomposition: Breaking down data, processes, or problems into smaller, manageable parts

識別規律：是指觀察數據中出現的規律，趨勢和規則

Pattern Recognition: Observing patterns, trends, and regularities in data

抽象：是指從識別出的規律中確定普遍的規則

Abstraction: Identifying the general principles that generate these patterns

設計運演算法則：是指設計詳細的解決這類問題的步驟

Algorithm Design: Developing the step by step instructions for solving this and similar problems

在教學中融入計算思維並不意味著所有活動都要完全體現計算思維的四個元素，根據課堂內容和活動的設計，教師可以靈活發揮。

無插件活動課堂實例#1： 紙杯活動

計算思維並非必須依賴電腦，iPad和機器人， 通過簡單的材料和活動設計也可以達到計算思維的訓練。以下活動均通過在職教師，師範生和K-5學生測試，在操作和運行上相對比較成熟，通過觀察我們發現學生們的參與性也很好。

材料：紙杯，紙，筆

活動可以從複習長度距離開始，學生練習運用尺子測量杯子高度，杯子直徑。然後在紙上畫出定位地圖，方便機器人掌控移動距離。 定位地圖需要包括一個起始位置，用於放置紙杯，根據紙杯直徑和移動距離在紙上設置四個定點位置。

然後教師對編程規則進行講解，並進行演示。或者讓學生扮演程序員，教師扮演機器人，同時強調可能出現的失誤和問題，例如編程中不含放下，機器人應該抓著杯子繼續移動；移動距離沒有計算得當的話，可能會把已經搭好的杯子碰倒；再次拿紙杯的時候，學生可能忘記讓機器手臂恢復到起始位置。

• 將學生分成3人小組，一人做「機器人」，一人做「程序員」，一人做「裁判員」，三人輪流扮演不同角色至少一次。學生須知道基本的距離，上下，左右，前後概念。
• 機器人任務：只能執行規定動作，不能按照自己的想法自由發揮。
• 程序員任務：需要按照規定寫出機器人的執行命令，不能自己創造新的命令。
• 裁判員任務：監督程序員和機器人的任務執行，確保機器人嚴格執行規定動作，程序員的程序編寫也沒有加入自己的創造。
• 手臂規定動作包括：移動10CM，移動5CM，向上，向下，向左，向右，向前，向後，抓起，放下。移動距離根據紙杯直徑大小可進行調整。
• 紙杯起始狀態為10隻倒扣放為一摞。紙杯數量根據目標狀態進行調整。
• 紙杯目標狀態為將紙杯疊放為四層，一層4個，二層3個，三層2個，一層1個；錯位擺放以便增加層數。

最後教師可以讓學生以小組為單位設計紙杯目標狀態，然後小組之間進行編程挑戰。

這個活動集中練習計算思維的分解和運演算法則的設計，分解主要體現在將一系列活動分解成為小步驟，設計運演算法則主要體現在程序編寫方面。附上幾張師範生在課堂上的練習照片。

Reference：

https://csedweek.org/files/CSEDrobotics.pdf