人工智能、大数据等技术正在改变人类社会活动,从小培养年轻一代的计算思维成为信息技术时代新的要求。计算思维的培养受到了国内外学术界的重视,但由于存在内容抽象化、学习门槛高、不易理解等难点,长期困扰众多一线教育工作者。由于市面上针对3～6岁儿童计算思维教育的教学工具较少,启蒙该年龄段儿童的计算思维教育时,如何设计循序渐进的学习路径、降低学习门槛,成为教学者们亟待解决的问题。本文以实物机器人编程为依托,为教师设计一款可视化、动态化的编程教学工具。首先总结计算思维的培养方法,依据计算思维教学软件的整体框架与可视化特点,设计教学软件的资源库;然后基于点击、拖拽等交互方式,设计教学任务中动态化的互动形式,并结合过程性评价指标,实现教学过程的评价功能;最后以“拔萝卜”为案例,讨论并分析了该软件在计算思维教学中的成效。具体研究内容主要包括:(1)以幼儿计算思维的培养为目的,调研实物机器人编程套件,并分析其计算思维培养方法。针对实物机器人授课过程中存在的演示与讲解困难,设计一款可视化教学软件,支持教学场景搭建,动态过程展示及个性化评价。(2)可视化编程场景设计。首先根据绘本故事库设计场景地图,并实现地图数据的组织方法;然后依据符号分类及设计原则,分析符号的位置、图元、尺寸等要素特征及动态化特征,构建具有动态特性的符号库;最后通过在场景地图中布设起点、终点、障碍物等地图符号,帮助教师完成可视化编程教学场景的搭建。(3)教学软件的动态交互设计与过程性评价。首先设计机器人符号的内部结构,详细地分析指令编码,构建了基于场景地图的运动规则;然后使用Dijkstra算法、DFS算法及指令简化算法完成教学任务中最优指令计算;最后,设计过程性评价方法,依据过程信息及最优指令信息给出学习者任务完成得分。(4)完成原型系统的设计与实现,并选取3～6岁年龄段的幼儿作为测试对象,以“拔萝卜”场景地图为实验场景,检验教学软件在学前儿童计算思维教育中的实际成效。结果表明,本教学软件能够降低学前儿童对编程教学的理解门槛,激发学前儿童的学习热情,提高计算思维培养效果。