面向小學(xué)信息技術(shù)課程的Python游戲化編程教學(xué)研究

【摘 要】信息技術(shù)2.0時代推動了編程教學(xué)的發(fā)展，作為世界三大科學(xué)思維之一的計算思維也逐漸成為計算機教育領(lǐng)域研究的熱點。筆者針對編程教學(xué)培養(yǎng)小學(xué)生計算思維能力這一問題，基于Python語言，設(shè)計出了一款簡單、易操作的游戲，并構(gòu)建了游戲化教學(xué)模式。實踐證明，游戲化編程教學(xué)有利于激發(fā)學(xué)生編程興趣、提升學(xué)生計算思維水平。

【關(guān)鍵詞】編程教學(xué);計算思維;Python語言

2016年被計算機從業(yè)人員稱為“中國少兒編程元年”。在《教育信息化“十三五”規(guī)劃》等一系列相關(guān)政策的出臺后，編程教育日益受到社會的關(guān)注，尤其在中小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)中，更是備受關(guān)注。國家政策的支持、社會的認可，導(dǎo)致越來越多的小學(xué)生參與到編程學(xué)習(xí)中，刮起了一陣強烈的“少兒編程風(fēng)”。

Python語言誕生于1989年，是一款面向?qū)ο蟮慕忉屝途幊陶Z言，具有強大的程序語言庫，方便調(diào)用，簡單易懂。借助Python語言鍛煉學(xué)生的編程學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)他們的計算思維，已成為當今學(xué)校信息技術(shù)教學(xué)的重心之一。計算思維在很多學(xué)科中都有涉及，并與閱讀、寫作、算術(shù)等一起，成為學(xué)生日后突出個人能力的技能之一。換句話說，Python的出現(xiàn)，使學(xué)生能夠更輕松地領(lǐng)悟計算思維。

1? ?Python課程有助于學(xué)生計算思維的培養(yǎng)

在傳統(tǒng)的信息技術(shù)教學(xué)中，教師與學(xué)生之間一般互動較少，教學(xué)過程主要是學(xué)生模仿教師的操作步驟，完成一定的教學(xué)任務(wù)[1]。這樣往往會導(dǎo)致學(xué)生不能獨立地思考問題。實際上，計算思維在信息技術(shù)教學(xué)中的體現(xiàn)是多方面的，將實際問題抽象化，并分解成多個模塊，再通過合理的程序語言實現(xiàn)問題的求解，是培養(yǎng)計算思維、提升解決問題能力的過程。

Python同C、C++、JAVA等都是程序設(shè)計時可以運用的語言，但又有其獨特的一面。Python擁有更加簡單的語法、豐富的語言庫，通俗易懂，容易入門，而且更加注重解決問題的算法實現(xiàn)，也就是對于同一問題，Python能夠用最少的語句實現(xiàn)問題的求解，節(jié)省計算機存儲空間。Python重算法、輕過程的特點，更能讓學(xué)生減少修改語法錯誤的時間，可以多花時間在找尋最便捷、有效的算法上。

2? ?研究方法

2.1? 文獻分析法

筆者在知網(wǎng)上查找了關(guān)于信息技術(shù)教學(xué)、計算思維培養(yǎng)、編程教學(xué)、游戲化教學(xué)的文獻后，梳理出基于計算思維的信息技術(shù)教學(xué)現(xiàn)狀，并總結(jié)出適合本文教學(xué)研究的教學(xué)方法——游戲化編程教學(xué)法。

2.2? 行動研究法

該方法的應(yīng)用以實踐為基礎(chǔ)，以解決問題為導(dǎo)向，注重實踐與行動相結(jié)合。本文依據(jù)K-12標準能力層級和現(xiàn)階段小學(xué)信息技術(shù)的教學(xué)模式，設(shè)計出適合游戲化編程教學(xué)法的教學(xué)模式，并全程記錄了教學(xué)過程，以便及時發(fā)現(xiàn)、分析游戲化編程教學(xué)模式實踐中的問題，并不斷修改、完善教學(xué)模式。

2.3? 訪談研究法

該方法是以訪談?wù)吆褪茉L者面對面口頭交流的方式，對某一問題或者某些問題進行探討和研究。這一過程中，訪談?wù)咝柙敿氂涗浭茉L者對問題的見解，考慮受訪者的心理活動和行為狀態(tài)。就本文涉及的研究方向而言，筆者需要在教學(xué)開始前和結(jié)束后與任課教師交流，一方面是提前了解計算思維在課程中的運用程度，為制定相關(guān)教學(xué)模式做準備，另一方面是通過教師對教學(xué)實踐活動的評價，及時改進教學(xué)方法，以便更好地開展信息技術(shù)教學(xué)，提升學(xué)生的計算思維能力[2]。

3? ?研究過程

采用游戲化編程的教學(xué)方法，可以在娛樂過程中提高學(xué)生的計算思維能力。研究的整體過程分為文獻內(nèi)容的整合階段、教學(xué)實踐籌備階段、教學(xué)規(guī)劃實施階段、教學(xué)實踐分析階段、總結(jié)歸納結(jié)論階段。

第一是文獻內(nèi)容的整合階段，即通過對與研究內(nèi)容相關(guān)的國內(nèi)外文獻進行搜集和研究，對現(xiàn)階段教學(xué)中存在的問題進行總結(jié)，找出關(guān)鍵的幾個問題點，從而確定研究課題。

第二是教學(xué)實踐籌備階段，筆者調(diào)查了揚州地區(qū)近幾年中小學(xué)開展編程教育的情況以及存在的問題。通過問卷調(diào)查和與當?shù)亟逃ぷ髡叩臏贤ń涣?，得出現(xiàn)在編程教育的發(fā)展現(xiàn)狀及存在問題。

第三是教學(xué)規(guī)劃實施階段，筆者在實地調(diào)查的基礎(chǔ)上，選取一所比較適合開展編程教學(xué)的學(xué)校，對學(xué)校編程教學(xué)基礎(chǔ)設(shè)施及學(xué)生學(xué)情進行了解。教學(xué)規(guī)劃的實施為整個教學(xué)實踐研究最重要的步驟之一，教學(xué)規(guī)劃的實施分為六個步驟，即引起問題、情境角色分析、思維導(dǎo)圖分析、拖拽搭建程序、問題與調(diào)試和分享挑戰(zhàn)，以此設(shè)計游戲化編程教學(xué)方式的教學(xué)案例，并對班級進行分析，把班級分為教學(xué)班和普通班。

第四是教學(xué)實踐分析階段，先在教學(xué)班和普通班進行對比實踐教學(xué)，在不同的學(xué)習(xí)階段對學(xué)生的計算思維能力進行測試。測試過程中筆者采用計算思維挑戰(zhàn)賽的模式對學(xué)生進行循序漸進的能力維度測試，測試主要考驗學(xué)生的思維能力、抽象能力和分解能力。教學(xué)前，筆者對兩個班進行測試對比，分析兩個班學(xué)生的計算思維能力是否存在較大差異，然后將每一次測試后的結(jié)果與前一次的結(jié)果對比，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計軟件SPSS對四次計算思維能力測試的成績進行數(shù)據(jù)分析。通過對比，研究采用游戲化編程教學(xué)方法的教學(xué)班和采用啟發(fā)式教學(xué)的普通班在通過教學(xué)實踐后是否產(chǎn)生差異，并在每一次測試后對本次教學(xué)實踐的過程與結(jié)果進行分析總結(jié)，針對問題優(yōu)化教學(xué)設(shè)計，然后進行下一次的課程教學(xué)實踐。

第五是總結(jié)歸納結(jié)論階段，完成教學(xué)實踐過程模塊之后，發(fā)現(xiàn)設(shè)計的游戲化編程教學(xué)模式的問題，并進行修改，使教學(xué)流程與內(nèi)容更加完善。通過SPSS軟件進行數(shù)據(jù)分析，根據(jù)分析結(jié)果對教學(xué)效果進行對比總結(jié)，找出教學(xué)實踐的不足。

4? ?教學(xué)模式構(gòu)建

根據(jù)Python語言的特點，結(jié)合國內(nèi)小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)實際情況，本文設(shè)計與構(gòu)建了基于計算思維的Python游戲化編程教學(xué)模式，主要包括教師活動、教學(xué)活動和學(xué)生活動三部分。本課題將教學(xué)活動部分細分為八個步驟，即確定游戲選題、提出游戲設(shè)計主題、協(xié)作探究、知識構(gòu)建、解決問題、Python作品創(chuàng)作、展示與交流、總結(jié)與評價。整個教學(xué)模式采用計算思維的方法進行系統(tǒng)監(jiān)督。

5? ?教學(xué)活動分析

5.1? 成績對比分析

在對兩個班同時進行教學(xué)的過程中，筆者做了四次計算思維測試，并對兩個班的四次計算思維水平成績進行匯總分析。通過分析與解讀數(shù)據(jù)，以兩個班在三個教學(xué)模塊的成績變化來觀察教學(xué)效果。

兩個班的成績進步幅度都較大，但是教學(xué)班的總體成績明顯高于普通班，教學(xué)班的最高成績在5分左右，處于計算思維評分標準中“給出結(jié)果，結(jié)果正確，有解析，與計算思維無關(guān)”階段;普通班的最高成績在4.3分左右，處于“給出結(jié)果，結(jié)果正確，無解析”階段。

對比實驗的正向增長數(shù)據(jù)可知，采用游戲化編程教學(xué)法的教學(xué)班學(xué)生計算思維水平的提高優(yōu)于應(yīng)用傳統(tǒng)教學(xué)法的普通班。

5.2? 訪談分析

本研究在開展實踐教學(xué)過程中，擔任G小學(xué)信息技術(shù)部主任的教師H一直參與其中，筆者對其進行了兩次訪談。從第一次訪談中了解到，作為任課教師，H對計算思維培養(yǎng)工作以及游戲化編程教學(xué)活動有一定理解，并基于此分析出了Python游戲化編程教學(xué)模式的利與弊，有利于今后推廣該教學(xué)方法。第二次訪談是在教學(xué)結(jié)束后，H在觀察了全部教學(xué)活動后給出了三點建議。一是授課教師應(yīng)更多地關(guān)注學(xué)生完成任務(wù)后的總結(jié)工作，這樣不僅有利于提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)作熱情，還能擴展教學(xué)內(nèi)容，加深知識的深度。二是在進行任務(wù)演示時，不要只局限在游戲中，也可以借助多媒體設(shè)備，更加生動形象地將過程與結(jié)果展現(xiàn)給學(xué)生。三是課后教師應(yīng)該幫助并引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)作，這樣有利于學(xué)生對下一個知識點的預(yù)習(xí)和掌握。

近年來，國內(nèi)外對計算思維的關(guān)注度越來越高，引發(fā)了一系列研究。但這些關(guān)于計算思維的研究主要集中在高等教育階段，對基礎(chǔ)教育階段的研究比較少，計算思維的培養(yǎng)應(yīng)從基礎(chǔ)教育階段開始，是一個長期過程。隨著Python程序設(shè)計軟件的出現(xiàn)，對學(xué)生從小進行計算思維的培養(yǎng)成為了可能。本研究從Python程序設(shè)計軟件本身出發(fā)，設(shè)計并構(gòu)建了基于計算思維培養(yǎng)的Python游戲化編程教學(xué)模式，同時設(shè)計了相應(yīng)的課程案例，通過教學(xué)實踐驗證了游戲化編程教學(xué)有助于學(xué)生計算思維能力的提升。

【參考文獻】

[1]黃威榮，曾云雪，王軍，等.基于編程思維的小學(xué)生Python課程內(nèi)容體系研究[J].中國教育技術(shù)裝備，2019（7）.

[2]陳秋燕.高中Python程序教學(xué)的實踐與思考——以《趣味小游戲程序設(shè)計》為例[J].教育信息技術(shù)，2019（Z1）.

【作者簡介】

趙雪（1993～），女，漢族，江蘇揚州人，揚州大學(xué)教育學(xué)院小學(xué)教育專業(yè)2018級碩士研究生。研究方向：小學(xué)教育。