基于結(jié)對(duì)編程的Scratch教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)

摘要：Scratch是當(dāng)前眾多中小學(xué)教師用來進(jìn)行編程教育的可視化編程教學(xué)軟件。在基于Scratch的中小學(xué)生編程教學(xué)中，如何設(shè)計(jì)課堂教學(xué)活動(dòng)以激發(fā)中小學(xué)生對(duì)編程課堂的興趣、提高學(xué)習(xí)滿意度，并能夠做到在“玩中學(xué)”培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維和編程思維能力成為諸多教育學(xué)者深入思考的問題。因此本研究提出將結(jié)對(duì)編程模式融入Scratch教學(xué)中的原因和方法，并以《裝飾畫藝術(shù)創(chuàng)作》游戲?yàn)槔M(jìn)行課堂實(shí)例設(shè)計(jì)，以期為開展編程教育的工作者提供借鑒和參考，為編程課堂改革提供新思路。

關(guān)鍵詞：結(jié)對(duì)編程;Scratch教學(xué);教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì);教學(xué)實(shí)踐;藝術(shù)創(chuàng)作

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）27-0079-03

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

人工智能時(shí)代的來臨讓我們意識(shí)到了編程教育的重要性，編程能力已成了智能時(shí)代一項(xiàng)重要的技能，而如何有效培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維和提高學(xué)生編程能力成了諸多國家和學(xué)者關(guān)注的問題。近年來，國務(wù)院和教育部發(fā)布有關(guān)于人工智能時(shí)代發(fā)展規(guī)劃和教育信息化發(fā)展的相關(guān)通知中，要求在中小學(xué)階段開設(shè)人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育[1]。隨之各地政府積極地響應(yīng)，將編程教育納入教學(xué)體系中，全國掀起編程教育大潮。在國內(nèi)，諸多城市都在嘗試在學(xué)校開設(shè)編程教育課程和人工智能相關(guān)課程，例如，2017年，山東省不僅在使用的信息技術(shù)課程教材中加入了編程的相關(guān)知識(shí)，還將Python編程基礎(chǔ)納入高考的內(nèi)容體系中。從2018年至今，中國還出版了諸多關(guān)于中小學(xué)人工智能的相關(guān)教材，并且在上海嘉定等區(qū)域進(jìn)行試點(diǎn)教學(xué)，對(duì)有關(guān)授課教師進(jìn)行相關(guān)的培訓(xùn)。智能時(shí)代要求學(xué)生具備計(jì)算思維、批判性思維和解決問題的能力，無論是國家還是各省一系列的相關(guān)政策，都表明未來推廣中小學(xué)生的編程教育是教育工作者一項(xiàng)重要的任務(wù)。

Scratch作為一種可視化的編程工具，對(duì)于中小學(xué)的編程初學(xué)者來說，它操作簡(jiǎn)單并且可以很直觀地看到作品效果，學(xué)生可以通過拖曳拼接積木的方式實(shí)現(xiàn)自己創(chuàng)新的想法，激發(fā)了學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣。在中小學(xué)進(jìn)行編程教學(xué)的目的并不是要讓學(xué)生學(xué)會(huì)敲代碼或者只是為了考試，而是要通過學(xué)習(xí)編程培養(yǎng)學(xué)生分解問題和解決問題的能力。因此，傳統(tǒng)的教學(xué)方法只是灌輸式的傳授給學(xué)生知識(shí)不利于發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，而且更容易引起學(xué)生的抵觸編程的心理，這樣的教學(xué)方式不適合用于編程教學(xué)課程。結(jié)對(duì)編程是一種編程模式，是學(xué)生兩兩合作，學(xué)生通過合作能夠互相發(fā)現(xiàn)各自程序的錯(cuò)誤，并且能夠提出改進(jìn)的建議，在交流的過程中，學(xué)生不僅能夠提升自己的表達(dá)能力，還能夠?qū)⑼榈闹R(shí)與自己所學(xué)的知識(shí)融合。在獲得知識(shí)的前提下，結(jié)對(duì)編程還能夠提升學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)編程的滿意度。

1 文獻(xiàn)綜述

1.1概念界定

Laurie Williams認(rèn)為結(jié)對(duì)編程（Pair Programming）是一個(gè)編程模式，是指兩個(gè)程序員肩并肩地坐在一起共用一臺(tái)電腦，面對(duì)同一個(gè)顯示器，使用同一個(gè)鍵盤，同一個(gè)鼠標(biāo)一起工作[2]。結(jié)對(duì)編程可以說是最小單位的團(tuán)隊(duì)合作，是兩個(gè)人的共同合作，其中一個(gè)人稱為“駕駛員”，“駕駛員”負(fù)責(zé)編寫代碼，控制電腦和鍵盤，另一個(gè)人稱為“導(dǎo)航員”，“導(dǎo)航員”不需要控制電腦、鍵盤和鼠標(biāo)，而是負(fù)責(zé)坐在旁邊審查“駕駛員”編寫的程序，并能夠提出相應(yīng)的建議來與“駕駛員”進(jìn)行討論。在這個(gè)結(jié)對(duì)的過程中，“駕駛員”和“導(dǎo)航員”必須在規(guī)定的時(shí)間或節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換角色，這是結(jié)對(duì)編程中必不可少的環(huán)節(jié)。

Scratch是由美國麻省理工學(xué)院開發(fā)的一款可視化編程工具，它主要面向7-12歲的青少年。諸多研究表明，Scratch工具在降低學(xué)生認(rèn)知負(fù)荷、提升學(xué)習(xí)興趣以及提高編程思維等方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，更適合中小學(xué)生的認(rèn)知水平[3]。傳統(tǒng)的編程語言，例如，C、JAVA、Python等需要在腳本區(qū)逐行地編寫代碼，而Scratch中的程序是用一塊塊積木的方式呈現(xiàn)的，學(xué)生可以直接通過拖拽的方式在積木區(qū)找到已定義的模塊拖至腳本區(qū)即可將它們拼接完整。Scratch擺脫了命令復(fù)雜、邏輯思維十分抽象的傳統(tǒng)編程工具，并通過圖形化編程的方式幫助中小學(xué)生從具體形象思維慢慢轉(zhuǎn)向邏輯抽象思維。

1.2結(jié)對(duì)編程研究現(xiàn)狀

1996年，Kent Beck.Ward Cunningham和Ron Jeffries -起提出了極限編程，其中包含了結(jié)對(duì)編程，極限編程能夠成功進(jìn)行的一個(gè)關(guān)鍵實(shí)踐是結(jié)對(duì)編程，結(jié)對(duì)編程保證了程序的高質(zhì)量[4]。極限編程在軟件開發(fā)領(lǐng)域的廣泛使用，促使了教育工作者發(fā)現(xiàn)了結(jié)對(duì)編程，并開始進(jìn)行了研究，例如，在2001年LaurieWilliams開展的教育實(shí)驗(yàn)表明了運(yùn)用結(jié)對(duì)編程學(xué)習(xí)不僅能夠增加學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)編程的滿意度和自信心還可以減少教師的工作量[2]。

國外有諸多教育學(xué)者將結(jié)對(duì)編程的編程模式融入計(jì)算機(jī)科學(xué)的程序教學(xué)中，研究表明，結(jié)對(duì)編程對(duì)編程教學(xué)有以下意義：1）結(jié)對(duì)的學(xué)生會(huì)擔(dān)心和自己一組的小伙伴失望，所以更加專注地做任務(wù);2）在合作伙伴的幫助下，程序員能夠編寫更高質(zhì)量的代碼;3）結(jié)對(duì)的學(xué)生對(duì)完成任務(wù)更有信心，并減少了學(xué)習(xí)編程的挫敗感;4）結(jié)對(duì)編程能夠減少教師的工作量;5）與單獨(dú)編程的學(xué)生相比，結(jié)對(duì)的學(xué)生交作品的速度快且質(zhì)量高[5]。

2 基于結(jié)對(duì)編程的Scratch教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)

2.1 教學(xué)對(duì)象分析

課程教學(xué)的對(duì)象是小學(xué)4年級(jí)的學(xué)生，在計(jì)算機(jī)的操作方面，他們能夠使用計(jì)算機(jī)在Scratch軟件上進(jìn)行創(chuàng)作。在認(rèn)知能力上，7-12歲的學(xué)生處于具體運(yùn)算階段，這個(gè)階段的學(xué)生只能通過一些具體的事物或物體來進(jìn)行運(yùn)算，從而使他們逐步從具體轉(zhuǎn)向抽象思維，所以在教學(xué)內(nèi)容的選擇上不僅僅要滿足他們好奇心強(qiáng)，樂于接受新奇、趣味性強(qiáng)的事物的特點(diǎn)，還必須能夠激發(fā)他們潛在的能力。如果只是單純的學(xué)習(xí)編程知識(shí)然后模仿教師的操作會(huì)比較枯燥無味，可以通過結(jié)對(duì)的方式來讓學(xué)生協(xié)作動(dòng)手完成作品，提高學(xué)生知識(shí)交流的能力，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，培養(yǎng)他們合作的意識(shí)。

2.2 教學(xué)目標(biāo)分析

1）知識(shí)與技能：掌握“圖章”程序的功能;掌握案例編程思路并能夠表述清楚;能夠熟悉運(yùn)用“繪制”工具繪制角色。

2）過程與方法：能夠發(fā)揮自己的想法并結(jié)合同伴的想法制作作品;在合作的過程中，能夠靈活運(yùn)用同伴提供的建議，做到舉一反三。

3）情感態(tài)度與價(jià)值觀：激發(fā)想象能力，培養(yǎng)創(chuàng)新思維;能夠體驗(yàn)到使用結(jié)對(duì)編程進(jìn)行協(xié)作的樂趣，增強(qiáng)學(xué)習(xí)編程的熱情。

2.3 教學(xué)過程設(shè)計(jì)

裝飾畫藝術(shù)創(chuàng)作這節(jié)課無論是對(duì)編程初學(xué)者還是有編程基礎(chǔ)的學(xué)生都有很大的吸引力，學(xué)生可以通過自己繪制一個(gè)角色并不斷地修改參數(shù)值都會(huì)看到不一樣的效果。教學(xué)目標(biāo)主要是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)編程的興趣、提高學(xué)習(xí)滿意度和促進(jìn)學(xué)生之間的合作交流。對(duì)于此課程，我將采用結(jié)對(duì)編程的模式進(jìn)行教學(xué)，教學(xué)過程分為了以下七個(gè)環(huán)節(jié)：

1）進(jìn)行結(jié)對(duì)分組

學(xué)生可以選擇自己想要一起合作的伙伴進(jìn)行結(jié)對(duì)，有助于他們之間的交流，而對(duì)于找不到合作伙伴的學(xué)生，教師需進(jìn)行干預(yù)，根據(jù)學(xué)生的性格、成績(jī)等進(jìn)行結(jié)對(duì)。這一環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)意圖是為了讓學(xué)生掌握結(jié)對(duì)編程的原則，并在整節(jié)課中這樣的結(jié)對(duì)關(guān)系一直保持不變。

教師活動(dòng)：教師組織學(xué)生結(jié)對(duì)就座，講解結(jié)對(duì)編程的規(guī)則，并給予5分鐘的時(shí)間讓學(xué)生找到結(jié)對(duì)的同伴和想好團(tuán)隊(duì)的名字。

學(xué)生活動(dòng)：選擇自己想要一起合作的伙伴進(jìn)行結(jié)對(duì)，結(jié)對(duì)之后兩人一起討論團(tuán)隊(duì)的名字。

2）案例導(dǎo)人

通過幻燈片的方式展示作品最終實(shí)現(xiàn)的效果，這一環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)意圖是為了引起學(xué)生的思考，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，同時(shí)能夠讓學(xué)生明確本節(jié)課的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

教師活動(dòng)：教師展示自己做好的裝飾畫圖片，詢問學(xué)生“這些圖片看起來有什么奇特的地方”，并告知學(xué)生，今天這節(jié)課他們需要發(fā)揮他們的想象力制作不一樣的作品。展示作品如圖1所示。

學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生思考并回答問題，即同一個(gè)圖形顏色變化、圖形大小變化等，并大概了解這節(jié)課的任務(wù)。

3）針對(duì)案例.提出問題

通過這個(gè)案例，向?qū)W生提出問題，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)深入思考案例作品的設(shè)計(jì)和通過畫思維導(dǎo)圖展示編程思路，并給學(xué)生提供和同伴交流的時(shí)間，之后分享他們要實(shí)現(xiàn)作品效果的解決方法。這一環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)意圖是提升學(xué)生解決問題的能力、與同伴溝通交流的能力。

教師活動(dòng)：教師展示其中一個(gè)作品，詢問學(xué)生“在角色面板中有幾個(gè)角色？”“如何將一個(gè)圖形變成這么多個(gè)相同的圖形？”“如何讓他們?cè)诓煌奈恢蔑@示出來？”“如何實(shí)現(xiàn)舞臺(tái)上的效果？”通過設(shè)計(jì)問題，引導(dǎo)學(xué)生分解問題，最終能夠獲得解決問題的方案。教師展示作品如圖2所示。

學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生積極與自己結(jié)對(duì)的伙伴進(jìn)行討論，思考提出的問題并合作畫出思維導(dǎo)圖，最后分享他們解決問題的方案。

4）講授新知，分解問題

結(jié)合學(xué)生分享的解決方案，講授案例作品核心知識(shí)點(diǎn)，通過電子教室廣播功能的方式向?qū)W生展示編程的過程。這一環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)意圖是為了讓學(xué)生學(xué)習(xí)新的知識(shí)，并且能夠發(fā)現(xiàn)自己解決方案中的問題，及時(shí)的進(jìn)一步完善。

教師活動(dòng)：教師在提出之前的問題“如何將一個(gè)菱形變成六個(gè)菱形”時(shí)，學(xué)生很容易想到的是“對(duì)菱形進(jìn)行復(fù)制、粘貼”，接著教師引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)“圖章”指令，并詳細(xì)講解“圖章”的概念，通過電腦廣播的功能向?qū)W生展示“圖章”指令的效果，先將“圖章”程序拖曳到腳本區(qū)，點(diǎn)擊“圖章”積木，詢問學(xué)生“發(fā)現(xiàn)舞臺(tái)上有什么變化嗎？”這時(shí)候在舞臺(tái)區(qū)拖動(dòng)圖形，就可以看到了一個(gè)一模一樣的圖形，引導(dǎo)學(xué)生理解“圖章”程序的作用。

學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生思考問題，在這個(gè)過程中需要理解“圖章”指令的作用，并指導(dǎo)如何應(yīng)用它實(shí)現(xiàn)作品的效果。

5）基于案例，結(jié)對(duì)練習(xí)

學(xué)生需要按照結(jié)對(duì)編程的方式進(jìn)行角色扮演，一個(gè)作為“駕駛員”，一個(gè)作為“導(dǎo)航員”，并在一定的時(shí)間內(nèi)互換角色。在結(jié)對(duì)編程的過程中，“駕駛員”需要按照老師的要求編寫程序，“導(dǎo)航員”負(fù)責(zé)坐在“駕駛員”的旁邊審查“駕駛員”的操作。這一環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)意圖是讓學(xué)生之間能夠交流，不僅鍛煉他們問題解決能力，而且他們的溝通技巧也會(huì)有所進(jìn)步。

教師活動(dòng)：在學(xué)生進(jìn)行結(jié)對(duì)練習(xí)的過程中，教師需要引導(dǎo)他們和同伴進(jìn)行交流，觀察學(xué)生學(xué)習(xí)的情況，并且對(duì)學(xué)生經(jīng)過交流但是未解決的問題給予引導(dǎo)式的幫助。

學(xué)生活動(dòng)：進(jìn)行結(jié)對(duì)練習(xí)，與同伴交流討論。兩人之間需要溝通互換角色的條件，是完成某個(gè)任務(wù)節(jié)點(diǎn)互換，還是在一定的時(shí)間內(nèi)互換。

6）結(jié)對(duì)自主探究

結(jié)合給定的教學(xué)內(nèi)容，給已經(jīng)完成封閉式任務(wù)的小組布置半開放性的任務(wù)，鼓勵(lì)學(xué)生能夠在完成模仿教師編程的基礎(chǔ)上發(fā)揮自己的想象力進(jìn)行再次修改和創(chuàng)作。這一環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)意圖是為了發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造力，引發(fā)學(xué)生主動(dòng)思考。

教師活動(dòng)：教師再一次展示自己的作品（如圖2），詢問學(xué)生“從老師展示的圖案中，你獲得了什么靈感嗎？”“觀察這些圖案，哪位同學(xué)可以找到他們身上的特點(diǎn)？”，并告知學(xué)生，可以結(jié)合同伴和自己的想象力，制作屬于他們的作品。

學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生紛紛和教師分享自己的靈感以及觀察到的現(xiàn)象，并與同伴結(jié)對(duì)進(jìn)行二次創(chuàng)作。

7）作品分享與評(píng)價(jià)

教師組織開展評(píng)價(jià)活動(dòng)，學(xué)生分別展示他們結(jié)對(duì)的作品，分享編程思路，教師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。這一環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)意圖是為了讓學(xué)生表達(dá)他們這節(jié)課的收獲，讓學(xué)生對(duì)自己的小組成員進(jìn)行評(píng)價(jià)，在這個(gè)分享的過程中，其他同學(xué)也可以從中學(xué)習(xí)一些優(yōu)秀作品的設(shè)計(jì)，也可以改善自己與同伴溝通交流的方式。

教師活動(dòng)：教師組織開展評(píng)價(jià)活動(dòng)，并指出學(xué)生作品的優(yōu)缺點(diǎn)以及在哪些方面還可以繼續(xù)去加工和完善。

學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生分享結(jié)對(duì)完成的作品，并分享自己作品的設(shè)計(jì)思路。

3 使用結(jié)對(duì)編程模式在課堂教學(xué)中的建議

1）在使用結(jié)對(duì)編程模式進(jìn)行教學(xué)時(shí)，可以先向?qū)W生介紹什么是結(jié)對(duì)編程，以及為什么要這么做，并向他們說明結(jié)對(duì)編程的規(guī)則。采用自由結(jié)對(duì)或半自由結(jié)對(duì)的策略配對(duì)好之后，可以給學(xué)生3分鐘的時(shí)間想出他們的隊(duì)名，讓他們感覺自己像一個(gè)團(tuán)隊(duì)。

2）制定一個(gè)相互尊重的規(guī)則

①尊重同伴的想法。當(dāng)“駕駛員”聽到了“導(dǎo)航員”的建議時(shí)，可以先完成自己的想法或者任務(wù)，之后會(huì)對(duì)“導(dǎo)航員”的建議進(jìn)行討論或采納同伴的建議。

②尊重同伴的個(gè)人空間。讓學(xué)生知道在“駕駛員”在進(jìn)行程序編寫時(shí)，“導(dǎo)航員”是不能操控電腦和鼠標(biāo)的，這樣是違反結(jié)對(duì)編程規(guī)則的，“導(dǎo)航員”應(yīng)該用口頭的方式與“駕駛員”討論交流，這能夠讓“導(dǎo)航員”再次建構(gòu)自己的知識(shí)。

③尊重自己的角色。每個(gè)學(xué)生都應(yīng)該尊重自己所扮演的角色，“駕駛員”就是“駕駛員”，“導(dǎo)航員”就是“導(dǎo)航員”，除非到了正式交換角色的時(shí)間，否則學(xué)生不應(yīng)該放棄自己角色的工作，如果遇到問題與同伴討論后沒法解決，可以詢問教師或者助教。

④尊重自己的班級(jí)。同伴之間在進(jìn)行討論時(shí)，只允許在自己的組內(nèi)進(jìn)行討論，以免干擾其他的團(tuán)隊(duì)，如果有爭(zhēng)議需要大量的討論時(shí)，他們可以通過寫在紙上梳理之后進(jìn)行交流。

4 結(jié)束語

通過將結(jié)對(duì)編程融人編程課堂教學(xué)中，可以促進(jìn)學(xué)生之間的交流，提高學(xué)生對(duì)課堂的滿意度，學(xué)生可以通過組織表達(dá)語言的過程再次建構(gòu)自己的知識(shí)，獲取知識(shí)的學(xué)生可以加深對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)課堂教學(xué)中學(xué)生被動(dòng)接受知識(shí)的缺陷。

當(dāng)前，國內(nèi)外越來越重視在中小學(xué)階段培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。本研究通過將結(jié)對(duì)編程與Scratch課程結(jié)合，以培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維和激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)為核心設(shè)計(jì)課堂教學(xué)活動(dòng)，為中小學(xué)信息技術(shù)教師開展編程教學(xué)活動(dòng)提供了新思路。

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[通聯(lián)編輯：王力]

作者簡(jiǎn)介：黃瓊梅（1995-），女，海南儋州人，碩士，主要研究為中小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)。