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利用机器人开发计算思维

在当今数字驱动的世界中,在不断发展的技术环境中导航和发展的能力至关重要。随着技术创新不断重塑教育格局,教师必须为后代提供必要的技能,以便在数字环境中适应、创新和脱颖而出。在日益数据驱动的世界中,计算思维已成为解决复杂问题和做出明智决策的方法之一。这篇博客探讨了计算思维的概念,并强调了它在中小学教育中的关键作用。


定义计算思维


计算思维是一种解决问题的方法,其灵感来自计算机科学家几十年来使用的过程。它的核心是将复杂的问题分解为更小、更易于管理的组件、识别模式、设计算法以及采用逻辑思维来达成解决方案。计算思维鼓励一种结构化和系统化的问题解决方法,这在从科学和工程到日常生活的各个领域都很有价值。


学生编程 Misty II

斯德哥尔摩国际学校的迷雾机器人课程


计算思维的关键组成部分


  • 分解:将问题分解为更小、更易于管理的子问题。

  • 模式识别:识别问题中的相似之处和反复出现的主题。

  • 算法思维:制定解决问题的分步计划。

  • 抽象:从问题中删除不必要的细节,专注于基本组件。

  • 逻辑推理:采用逻辑过程和规则来达成解决方案。


计算思维在机器人技术中的重要性


利用机器人技术在教育中引入计算思维的主要好处之一是,它能提高解决问题的能力。学生在练习分解和算法思维的过程中,会变得更善于剖析复杂的问题,并设计出结构化的解决方案。这些技能可用于工程、数学、物理等多个学科,使学生能够有效、有条不紊地应对挑战。有几种模式探讨了如何发展 其中一些专门针对机器人技术,例如下图所示的创造性计算问题解决(CCPS)模式。


计算思维模型

资料来源 Chevalier, M., Giang, C., Piatti, A. et al. 通过教育机器人培养计算思维:创造性计算问题解决模式。IJ STEM Ed 7, 39 (2020). CCPS 等模式非常强调解决问题过程中的创造性。这在机器人教育中至关重要,因为机器人教育往往需要创新的解决方案来应对复杂的挑战。通过培养创造力,机器人实践活动使学生能够更好地发散思维,开发出编程和设计机器人互动的新方法。

Blockly 的计算思维

市面上有许多编程语言和工具,但对于年轻学生来说,掌握它们可能非常具有挑战性,因为它们需要坚实的基础,而这通常需要数年时间才能开发。而那些没有编程经验的人,往往认为这是一个巨大的障碍。然而,使用像 Blockly 这样的工具,一个可视化的拖放界面,用户可以通过堆叠代表代码结构的块来创建程序。每个模块对应一个编程命令或逻辑,用户可以连接这些模块以创建机器人指令序列,使编程经验很少或没有编程经验的个人也可以构建机器人交互。

Blockly Misty 机器人

Blockly 和类似工具(如 Scratch)广泛用于教育环境中,用于教授编码概念,而无需关注基于语法的传统编程。通过亲身参与 Blockly,用户可以无缝掌握基本的编程概念,例如排序、循环和条件,这些概念对于机器人编程至关重要。



学生用 blockly 编程 misty II

学生使用 Blockly 对 Misty II 进行编程


职业准备

随着就业市场的不断发展,许多职业现在需要一定程度的计算素养。在教育中引入计算思维和机器人技术使学生具有竞争优势,使他们为各种职业做好更好的准备,尤其是软件开发、信息技术、工程等 STEM 领域的职业。


结论


计算思维是一项基本技能,对于培养学生在数字世界中脱颖而出至关重要。通过培养解决问题的能力、提高数字素养、促进逻辑推理和提高职业准备,它为学生提供了在 21 世纪取得成功所需的工具。虽然将计算思维融入中小学教育存在挑战,但好处远远大于障碍,因此教育工作者和政策制定者必须优先考虑将其纳入课程。通过这样做,我们可以使子孙后代能够在数字时代茁壮成长,并以自信和能力为技术进步做出贡献。

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