小學“圖形化編程 + 輪式機器人校本課程開發與教學實踐的研究

【基金項目】本文系廣西教育科學“十四五”規劃2024年度專項課題“小學‘圖形化編程 + 輪式機器人’校本課程開發與教學實踐的研究”（立項課題編號：2024ZJY411）的研究成果。

隨著《教育信息化2.0行動計劃》的推行，編程教育成為教育的重要組成部分。小學利用“圖形化編程 + 輪式機器人”校本課程來鍛煉學生的創新思維及動手能力，符合我國對創新型人才的培養需求。該課程整合了編程與機器人模塊，能夠提高學生的編程能力，發展學生解決問題的能力，對推動小學信息化教育和素質教育的發展具有重要的意義。

一、小學“圖形化編程 + 輪式機器人”校本課程開發

（一）“圖形化編程”與“輪式機器人”的基本概念

“圖形化編程”指通過圖形化的編程界面將編程代碼用圖形表示，讓學生使用拖拽加連接的方式來完成程序編寫。該方式降低了編程語句的復雜度，能讓小學低年段學生輕松地學習編程的基本內容[]。在小學課堂中，圖形化編程不僅可以引導學生理解編程的基本理論，同時也能鍛煉他們分析、解決問題的能力和思維方式。

“輪式機器人”指通過構建和控制機器人，使學生成為一名工程理論、電腦程序編程以及機械設計等知識的掌握者。該方式旨在通過搭建并進行編程、調試的過程，增強學生動手能力，培養學生的創新精神和團隊協作能力，使其更加直接地感受理論與實踐之間的關系，增強實操技巧。

將圖形化編程和輪式機器人的教育模式結合起來，能夠使學生在完成實際操作的過程中掌握基礎的編程知識和機械工程知識，提高學生的創新思維及問題解決能力[2]。

（二）“圖形化編程 + 輪式機器人”校本課程對學生能力培養的作用

“圖形化編程 + 輪式機器人”校本課程最大的優勢就是可結合學校教育特點、學生需求進行個性化改造。在該課程中，學生不僅能學習編程基礎知識、機器人搭建，還可提升諸多技能。

首先，課程能夠有效提升學生的計算思維能力。通過圖形化編程，學生能夠更加深刻地理解計算機程序設計中的基本原理，如順序執行、條件判斷、循環結構等，為后續學習奠定基礎。其次，在搭建并操控輪式機器人的過程中，通過處理構建時出現的問題，學生能夠提高動手能力和解決問題的能力，提升創新思維及團隊協作能力。最后，課程有利于培養學生的主觀能動性，鍛煉學生自我學習的能力，使之更好地滿足未來社會發展對人才創新與實踐能力的要求。

（三）“圖形化編程 + 輪式機器人”校本課程對教育教學模式的影響

“圖形化編程 + 輪式機器人”校本課程以學生為主體，教師更多地充當學生學習中的指導者與協助者，鼓勵學生積極探索和實踐。基于以做為主、注重動手的實踐課程，學生能夠更好地發揮自身的主觀能動性，主動展開對課程的探索。

首先，課程強調學科融合，將計算機科學、工程學、數學等學科知識融入圖形化編程與輪式機器人教學中，促進學生綜合素質的提高[3]。這種多元化的教學模式能夠培養學生用不同學科的角度和方式解決問題的能力，培養跨學科能力及綜合能力。其次，課程不僅能促進教學多樣化的發展，還能根據學校特色及學生所需調整內容，滿足不同學生的學習需求，從而推動個性化教育的落實。

二、小學“圖形化編程 + 輪式機器人”校本課程開發中的問題

（一）小學編程教育資源匱乏

現階段，雖然小學開始普及編程學習，但一些偏遠地區或資源不足的小學，發展還比較緩慢，部分學校缺少編程教育的相關教材、設備和優秀教學資源。對此，教育部門及各個學校應加大對編程教育的扶持，促進編程教學的普及和發展。

（二）課程內容設計的局限性

現如今小學“圖形化編程 + 輪式機器人”校本課程內容設計仍存在局限性。首先，部分課程內容僅僅為掌握簡單的編程技能與初級機器人操作，缺乏深度學習，學生缺少理解、運用編程邏輯去解決實際問題的機會。其次，部分課程以技術操作為主，而忽視了多元化技能的整合，從而未能充分發揮其在促進學生創新思維和實踐能力發展方面的潛力。單調的教學內容、窄小的教學范疇，使得課程教學價值未能得到充分發揮，難以滿足學生多方面、多元化的學習需求。

（三）學生學習興趣低

學習興趣是影響課程實施的重要原因。大部分小學生對于編程和機器人還不熟悉，特別是在沒有高水平教師的指導和豐富資源的支持下，他們對于學習編程和機器人的興趣不高。同時，現在的編程和機器人課程模式較為單一，教師常常以傳統的講解式教學手段授課，導致學生缺少足夠的互動和交流體驗，進而影響學生對課程的興趣和參與度。

（四）教師專業能力不足

部分編程教師的知識儲備與實際操作能力還有待提升[4]。一些學校雖然為教師安排了編程培訓，但部分教師缺少系統的編程知識與機器人應用技術，不能充分掌握圖形化編程及機器人操作的主要概念和技能，難以有效地對課堂教學進行部署，無法滿足學生個性化的學習需求。此外，不少教師在教學中過于依賴已有的教材和資源，缺少自我設計與創造的能力。而編程及機器人技術的發展速度較快，教師如果不能及時掌握新技術的使用，可能會導致教學內容陳舊，進而難以真正提高學生的創新能力。

三、小學“圖形化編程 + 輪式機器人”校本課程實踐與優化策略

（一）加強校內外協同合作，提升學生編程能力

“圖形化編程 + 輪式機器人”校本課程教學過程中的重要策略就是校內外協同合作。校內外協同合作能夠為學生學習帶來更優質的教育設備、新技術和經驗，同時也能豐富實踐活動，進一步開闊學生視野、提升學生實踐能力。

例如，學校可與高新技術企業建立長期合作關系，讓他們提供最新的編程工具和機器人部件，在學校開展由企業指導的“機器人編程夏令營”，讓學生體驗親自動手操作機器人的奇妙。在“機器人編程夏令營”中，學生自發組成團隊，通過編程讓機器人完成各種不同的任務，如躲避障礙、拾取物品等。在遇到問題時，學生可以向企業中的專業人士請教，獲取關于編程技術問題的答案。此外，學校還可以與大學的計算機科學和技術學院合作，給教師提供專門的編程和機器人教育培訓。大學教師定期對小學教師進行課程設計和教學方式的指導，幫助他們提高對圖形化編程與機器人教育的理解和應用水平。這一系列合作使得教師的教學質量與授課能力大幅提升。

通過以上合作，學校能夠更好地利用社會資源，優化教學方式，確保課程的實踐性和實效性。這不僅對學生的編程學習起到了積極的促進作用，同時也為教師編程能力的提升和發展提供了一個良好的平臺，從而為課程教學奠定了堅實的基礎。

（二）優化課程設計，確保內容與學生發展階段匹配

教師應根據學生各個年齡階段的理解能力來制訂課程內容，以此達到難度適中又能激發學生學習興趣的目的。比如，低年段的學生可以借助簡單的圖像型編程軟件（如Scratch）來學習簡單的編程知識，而高年段的學生則可以對更復雜的編程問題、機器人的操作項目等進行探究。科學合理的課程設計能夠有效地提高學生的學習興趣和積極性。

在小學實施“圖形化編程 + 輪式機器人”校本課程時，對于基礎學習者如二年級的學生，教師可以易于理解的圖形化編程模塊為教學內容，如以Scratch軟件來進行編程入門知識教學。學生通過拖動代碼塊完成簡單動畫或小游戲的設計，學習和使用基礎的編程規則和邏輯思維。在學生升入高年級后，教師便可以教學較高級別的機器人編程活動。對于高年級如六年級的學生而言，他們需要運用機器人控制系統完成指定任務，如躲避障礙、拾取物體等，進一步增強自己的動手實踐能力和問題解決能力。具體設計見表1。

表1小學不同學段的課程內容及目標設計

教師通過分學段的教學設計，可以確保教學內容由易到難、逐層遞進，如此既保證了教學的有效性，又避免了學生因學習壓力大、內容復雜而導致學習困難的問題。

（三）采用互動式教學法，提高學生課堂參與度

在“圖形化編程 + 輪式機器人”校本課程開展過程中，為了激發學生的學習熱情與創造力，教師可以引入互動式教學法，通過小組合作、實踐操作和互動交流等形式來提高學生的參與度，從而達到提高其知識能力與實踐水平的目的。

例如，學校可以組織開展“編程接力賽”，要求學生分組參加編程挑戰，每個學生完成一部分的程序編寫工作，然后將各自編寫的程序整合起來，形成一個完整的編程。通過“編程接力賽”，學生不僅增強了編程能力，還在互動中進一步提高了團隊協作、溝通能力。

又如，學校可以定期舉辦“機器人大戰”，讓學生在規定的最短時間內用所學的編程知識以及控制機器人的知識來完成要求的任務。如在學校的“機器人繪畫比賽”中，學生要通過編程讓機器人繪制出復雜的幾何圖形，同時還要解決機器人運行中出現的障礙，用最短的時間完成任務。在比賽中，學生的積極性得到了極大的提高。學生可利用團隊合作的方式，互相學習，交流彼此的編程思維與求解方法。

（四）完善教師培訓體系，提高教師教學水平

教師是實施“圖形化編程+輪式機器人”校本課程的主體，其能力水平高低對于課程教學效果具有決定性作用。因此，為教師提供專業的培訓尤為重要。學校要構建教師培訓體系，確保其掌握最新的編程技術以及與機器人相關的教學方法與工具。此外，學校還要搭建完善的課程支持體系，為教師提供豐富的教學資源及技術支持，確保教師在課堂上能夠順利進行

授課。

例如，學校在開展“圖形化編程+輪式機器人”校本課程時，提前安排學校內的相關教師進行系統的培訓，使其學會使用編程語言、控制機器人的技術，以及如何將編程應用于教學中，同時給每個教師配備智能教學助手，以幫助其解決課堂上遇到的各類問題。學校還可以組建幫扶小組，組織教師定期交流教學經驗、成功的范例及教學方法等。持續的培訓、輔導，可以及時更新教師的教學理念和方式，不斷提高其課堂教學水平。

結語

綜上所述，小學“圖形化編程 + 輪式機器人”校本課程可以培養和有效提升學生的編程思維、動手能力和團隊協作能力。為此，學校要加強校內外協同合作、優化課程設計、采用互動式教學法、完善教師培訓體系，促進課程的優化和發展，為學生提供多種學習方式和豐富的學習體驗，培養他們的創新能力。

【參考文獻】

[1］劉其政.小學“開源硬件 + 圖形化編程”校本課程設計與實踐：以“智慧田園”為例［J］.中國信息技術教育，2023（15）：53-55.

[2」趙凱.面向課后服務的區域圖形化編程校本課程體系設計[J」.中國信息技術教育，2022（22）：63-65.

[3」殷立新，賀曙明.基于計算思維培養的中小學編程教育校本課程開發與實踐研究［J」.中小學電教（教學），2023（11）：49-51.

[4」張青，黃艷，楊予平.基于情境模式與網絡跨校協作的小學編程校本課程開發［J］.教育信息技術，2022（12）：41-44.