基于ITIAS的少兒編程在線一對一教學(xué)分析研究

袁東斌,吳征依

（閩南師范大學(xué)教育科學(xué)學(xué)院，福建漳州 363000）

新世紀(jì)以來，人工智能的不斷發(fā)展改變了人類的生活方式，促使世界發(fā)生重大改變，人工智能教育也因此上升到國家發(fā)展戰(zhàn)略高度。2017年7月，國務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知》，提出：“實施全民智能教育項目，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育，鼓勵社會力量參與寓教于樂的編程教學(xué)軟件、游戲的開發(fā)和推廣?！盵1]在此背景下，少兒編程教育受到了空前的重視，編程培訓(xùn)市場勃然興起，影響人群日益擴大。

一、少兒編程在線一對一教學(xué)實驗設(shè)計與實施

國內(nèi)少兒編程教育市場仍然屬于起步階段[2]，主要有線下與線上兩種形式，線下培訓(xùn)主要指學(xué)生在培訓(xùn)點進行集中學(xué)習(xí)，完成學(xué)習(xí)任務(wù)；線上培訓(xùn)則多通過在線直播形式進行教學(xué)。2020年新冠疫情以來，在線一對一教學(xué)成了在線編程教學(xué)的常用教學(xué)模式。因此，在線一對一教學(xué)模式是否適用于少兒編程教育、教學(xué)效果如何、與線下教學(xué)有何差別成了人們關(guān)心的問題。

針對以上問題，本研究擬對少兒編程在線一對一教學(xué)模式進行研究，通過對學(xué)生作品及教學(xué)過程的互動行為兩方面進行評價，檢驗在線一對一教學(xué)模式的有效性。即通過對實驗組（采用線上一對一教學(xué)模式）與對照組（采用線下傳統(tǒng)面授模式）學(xué)生編程作品的分析、比較來檢驗教學(xué)目標(biāo)能否達成；通過教學(xué)互動分析工具，對在線一對一編程教學(xué)及傳統(tǒng)線下面授兩種模式在少兒編程課程中的互動行為進行采樣和分析，從課堂結(jié)構(gòu)、師生情感氛圍、技術(shù)應(yīng)用等維度進行對比研究，對一對一在線教學(xué)模式對少兒編程的適用性和有效性進行驗證。

（一）實驗對象

少兒編程教育的面向群體主要是五至十八歲的青少年[3]，因此本實驗選取某編程培訓(xùn)學(xué)校Scratch編程初級班的學(xué)生作為研究對象。該班級學(xué)生進入培訓(xùn)班前均未接觸過編程，實驗前已完成三次課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)。實驗以學(xué)生前三次學(xué)習(xí)后創(chuàng)作的Scratch作品成績作為前測數(shù)據(jù)，選取了兩名成績相當(dāng)?shù)膶W(xué)生作為實驗對象，以保證實驗的有效性。兩名十歲的小學(xué)生都是三年級，實驗前都在培訓(xùn)學(xué)校進行線下學(xué)習(xí)，沒有線上學(xué)習(xí)的經(jīng)歷，學(xué)習(xí)進度相同，水平相當(dāng)。實驗過程中，一名學(xué)生通過線下面授的方式進行學(xué)習(xí)，另一名學(xué)生通過線上一對一教學(xué)方法進行學(xué)習(xí)。實驗開始前通過抽簽方式確定學(xué)習(xí)方式。

（二）實驗過程

線下教學(xué)與在線教學(xué)兩種教學(xué)模式最主要分別在于師生的空間距離及交流方式。線下教學(xué)師生處于同一空間，師生可通過語言、手勢、眼神等直接進行交流，而線上教學(xué)師生處于不同空間，師生的交流需借助話筒、音箱、攝像頭、顯示器等媒體。因此在實驗過程中，兩種模式采用相同的教學(xué)流程，選用不同的媒體方案。

1.教學(xué)內(nèi)容選擇與教學(xué)過程設(shè)計

（1）教學(xué)內(nèi)容選取

根據(jù)兩位學(xué)生原有學(xué)習(xí)進度，教學(xué)內(nèi)容選取了Scratch教程中的《大魚吃小魚》章節(jié)，內(nèi)容具有一定的趣味性和挑戰(zhàn)度。通過本章節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生可理解并掌握動作模塊“面向”指令、控制模塊判斷指令、偵測模塊區(qū)“碰到角色”指令等的用法，最終完成“大魚吃小魚”游戲的編寫。

（2）教學(xué)過程設(shè)計

經(jīng)過學(xué)習(xí)內(nèi)容及學(xué)習(xí)者的特點，對教學(xué)過程進行了設(shè)計，編寫了教案，線上線下教學(xué)內(nèi)容相同，教學(xué)流程（如圖1）基本一致，以確保實驗的有效性。

圖1 《大魚吃小魚》教學(xué)流程圖

2.教學(xué)媒體選擇

（1）線下教學(xué)媒體

線下教學(xué)媒體主要包括教學(xué)用電腦（師生共用），攝像機（記錄教學(xué)過程）及PPT軟件，編程教學(xué)網(wǎng)站等。

外觀，乳劑需為均一、透明的流動液體；乳液穩(wěn)定性(5和20倍稀釋穩(wěn)定性)，按GB3776.3.83農(nóng)藥乳化劑乳化性能測定方法進行；pH值，按GB/T1600-93農(nóng)藥pH值測定方法進行；高溫及低溫穩(wěn)定性，按 GB/T 19137-2003測定方法進行；抗凍性[4]，將樣品密封后于0～10 ℃冷藏12 h，然后取出，在室溫下結(jié)塊或渾濁現(xiàn)象可漸漸消失，能恢復(fù)到均一的透明狀態(tài)，并且無析水和析油現(xiàn)象發(fā)生，反復(fù)試驗3次，確保重復(fù)性好．

（2）線上一對一教學(xué)媒體

遠程教學(xué)過程中，除完成教學(xué)任務(wù)外，教學(xué)媒體還需完成實驗過程記錄，師生遠程交互，作品展示等工作，因此選用的器材及軟件較多，如圖2所示：

圖2 線上一對一編程教學(xué)媒體

首先，需要進行硬件的選擇，Scratch在線編程的學(xué)習(xí)一般通過網(wǎng)站進行，教師及學(xué)生終端都不需安裝專門的軟件，因此對教師與學(xué)生所用計算機的性能沒有特殊需求，整機可正常運行、不卡頓即可。選用帶收音功能的攝像頭，對教師及學(xué)生的上課過程進行全程錄制。為保障在線授課過程中網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定及通暢，教師及學(xué)生端均選用網(wǎng)線接入網(wǎng)絡(luò)。

其次，需要進行軟件的選擇，本研究選用騰訊會議軟件作為在線一對一教學(xué)的通訊軟件，完成教學(xué)中的語音、視頻交流及屏幕共享功能，同時采用微信作為備選交流工具。利用EV錄屏軟件對在線教學(xué)全程進行錄制（如圖2）。利用PowerPoint、Word軟件進行教學(xué)內(nèi)容展示、學(xué)習(xí)作品點評。

最后，選用教學(xué)平臺，實驗選用“樂在程中”在線教學(xué)網(wǎng)站，該網(wǎng)站可提供Scratch在線編程平臺，同時能對學(xué)生作品進行收集與分析。

二、評價工具與評價方法

課堂互動是影響教學(xué)效果的關(guān)鍵。因此實驗過程中，用攝像機及對線下教學(xué)全程錄像，利用EV錄屏軟件對線上教學(xué)全程進行記錄（如圖3），再運用課堂分析系統(tǒng)對兩部教學(xué)實錄進行分析對比。

圖3 線上一對一編程教學(xué)實錄截圖

本實驗采用顧小清[4]等人提出的ITIAS系統(tǒng)作為在線教學(xué)互動分析工具，其主要包括教師語言、學(xué)生語言、沉寂和技術(shù)四大類編碼，具體編碼含義如表1。

表1 基于信息技術(shù)的互動分析編碼系統(tǒng)（ITIAS）

矩陣中每一列的頻數(shù)總和代表每種行為出現(xiàn)的次數(shù)，據(jù)此可以得到行為統(tǒng)計表。根據(jù)行為統(tǒng)計表來分析線下及線上一對一教學(xué)的課堂結(jié)構(gòu)、課堂氛圍和技術(shù)應(yīng)用。因在線一對一教學(xué)整個過程都是基于技術(shù)進行教學(xué)，因此本文中學(xué)生共享屏幕和操作實踐都記為編碼17(學(xué)生操作技術(shù))，教師共享屏幕記為編碼18（技術(shù)作用學(xué)生），教師操作演示或播放PPT記為編碼16（教師操作技術(shù)）。

三、研究結(jié)果與分析

（一）學(xué)生作品分析

在上課過程中，線上及線下教學(xué)學(xué)生都在老師的指導(dǎo)下完成了“大魚吃小魚”游戲的編程，也都在老師對作品點評結(jié)束后，對作品進行了優(yōu)化，如圖4和圖5。

圖4 線下教學(xué)學(xué)生編程作品

圖5 在線一對一教學(xué)學(xué)生編程作品

通過對線下教學(xué)學(xué)生作品（圖4）進行分析，可以發(fā)現(xiàn)，線下教學(xué)學(xué)生在經(jīng)過教師指導(dǎo)后，“鯊魚吃掉小魚變大”這一動作由原來的九塊指令塊變成了六塊，用“下一個造型”一個指令代替了原來三個“換為…造型”指令。說明通過教學(xué)后學(xué)生的作品得到優(yōu)化，程序指令更加簡潔明了。

從圖5可以看出，在線學(xué)習(xí)學(xué)生對作品進行修改后，指令命令塊減少了四塊以上，原先兩個“當(dāng)小綠旗被點擊”指令，減少為一個，程序冗余性減小、條理性增強，反映學(xué)生能較好地完成學(xué)習(xí)任務(wù)，并能對程序進行優(yōu)化。

通過作品分析，可得出結(jié)論：線上一對一教學(xué)模式與線下面授教學(xué)都能較好地完成教學(xué)任務(wù)，達到教學(xué)目標(biāo)，師生空間分離的授課形式并不影響教學(xué)進程與成效。

（二）線下及線上一對一編程教學(xué)互動統(tǒng)計

線下面授教學(xué)《大魚吃小魚》視頻時長為44分36秒，每隔3秒對視頻進行切片，共生成892個視頻切片。遠程直播教學(xué)《大魚吃小魚》視頻時長為44分鐘，每隔3秒對視頻進行切片，共生成880個視頻切片。根據(jù)ITIAS編碼含義表對每個視頻進行編碼，最終線下面授教學(xué)視頻生成2105個編碼，其中1-15列共894個編碼，16-18列共1211個編碼，所記錄的課堂行為編碼按照時間先后結(jié)成有序數(shù)對并統(tǒng)計形成互動遷移矩陣，如表2所示。

表2 線下教學(xué)互動遷移矩陣

遠程直播教學(xué)視頻生成2084個編碼，其中1-15列900個編碼，16-18列1184個編碼，編碼按照時間先后結(jié)成有序數(shù)對并統(tǒng)計形成互動遷移矩陣，如表3所示。

表3 在線一對一教學(xué)互動遷移矩陣

（三）數(shù)據(jù)分析

根據(jù)編碼矩陣進行數(shù)據(jù)數(shù)量統(tǒng)計，得到課堂教學(xué)交互行為比率統(tǒng)計表（如表4），利用統(tǒng)計表從課堂結(jié)構(gòu)、師生情感氛圍、技術(shù)應(yīng)用三方面對編程教學(xué)互行為進行分析。在矩陣中1-3行與1-3列的交叉區(qū)域為積極整合區(qū)，在此區(qū)域里記錄的頻次密集，說明教師和學(xué)生的情感氣氛比較融洽，教師對學(xué)生的積極強化更多，表達了對學(xué)生的期望、鼓勵和贊同。8-9行與7-8列的交叉區(qū)域為缺陷區(qū)，該區(qū)域記錄的頻次較多則說明教師與學(xué)生的情感交流有隔閡，課堂較沉默[5]。

表4 線下教學(xué)交互行為比例統(tǒng)計對比表

1.課堂結(jié)構(gòu)分析

從表4可知，本節(jié)課中，線下面授教學(xué)模式與線上一對一教學(xué)模式教師行為與學(xué)生行為比例基本一致。其中線下教學(xué)教師言語占比為55.37%，學(xué)生言語占比為13.76%，沉寂比例為30.87%，學(xué)生用技術(shù)做練習(xí)比例27.85%。遠程直播教學(xué)模式下教師言語比例為49.89%，學(xué)生言語比例為14.67%，沉寂比例為35.44%，學(xué)生用技術(shù)做練習(xí)比例31.67%。數(shù)據(jù)反映兩種模式的課堂結(jié)構(gòu)相似，都是教師主導(dǎo)課堂教學(xué)，學(xué)生能積極與教師進行交流討論，在沉寂中，學(xué)生做練習(xí)的行為占主要部分。實驗證明在線一對一教學(xué)沒有因為師生空間分離而影響教學(xué)，能達到線下教學(xué)的教學(xué)效果。

2.師生情感氛圍

從表2、表3和表4可發(fā)現(xiàn)，線下面授教學(xué)模式下積極整合區(qū)比例為6.15%,缺陷區(qū)比例為0.34%，間接言語和直接言語分別占教師言語的41.41%和58.59%。遠程直播教學(xué)模式下積極整合區(qū)比例為5.67%,缺陷區(qū)比例為0.22%，間接言語比例為49.44%，直接言語比例為50.56%。兩個模式落在積極整合格區(qū)的比例比落在缺陷區(qū)的比例高，教師直接言語高于間接言語但相差不大，說明在編程教學(xué)中，主要是以教師講授和指令行為為主，同時教師通過對學(xué)生提問、表揚來引起學(xué)生積極應(yīng)答。其中教師的指令行為多為讓學(xué)生共享視頻和進行實踐操作。兩個模式在整個教學(xué)過程中能整體呈現(xiàn)出一個良好的學(xué)習(xí)氛圍，但在線一對一教學(xué)與線下面授教學(xué)相比，師生的情感交互氛圍要略差一些，這也客觀反映了遠程教育在情感支持上存在缺失的特點。

3.技術(shù)運用

從表4可知，線下面授教學(xué)模式下學(xué)生操作技術(shù)占總技術(shù)的44.18%，教師操作技術(shù)比率為36.05%。在線上一對一教學(xué)模式下學(xué)生操作技術(shù)占總技術(shù)的47.80%，教師操作技術(shù)比率為24.24%。二者在教師操作技術(shù)比例上有較大的差別。結(jié)合視頻分析可知，教師對技術(shù)的操作多是演示PPT和演示操作，學(xué)生多是完成實踐任務(wù)和展示作品。在線上一對一教學(xué)模式與線下面授模式相比，學(xué)生共享屏幕的時間更長，教師演示時間更少，學(xué)生自主學(xué)習(xí)時間更長。在線教學(xué)時，教師能在不影響學(xué)生操作的情況下，通過在線編程網(wǎng)站，實時了解學(xué)生的操作過程及存在問題。教師可通過提問引導(dǎo)學(xué)生發(fā)言，讓其提出自己的想法并發(fā)現(xiàn)存在問題。因此，一對一在線教學(xué)模式更便于學(xué)生的技術(shù)運用，也更利于教師對學(xué)生學(xué)習(xí)行為的觀察與判斷。

通過學(xué)生作品分析與教學(xué)過程的互動行為分析，可以發(fā)現(xiàn)少兒編程在線一對一教學(xué)模式與線下教學(xué)模式在教學(xué)目標(biāo)達成、課堂結(jié)構(gòu)、師生情感氛圍、技術(shù)運用等方面差別不大，在線教學(xué)可基本達到線下面授教學(xué)效果。在學(xué)習(xí)過程監(jiān)控記錄和學(xué)習(xí)行為分析方面，在線教學(xué)甚至優(yōu)于線下教學(xué)。通過實驗，我們也可以發(fā)現(xiàn)，在保證網(wǎng)絡(luò)通暢、軟硬件正常運行的情況下，線上一對一教學(xué)模式的教學(xué)效果已接近線下教學(xué)。此模式也可在更多的學(xué)科及領(lǐng)域中推廣，如少兒外語學(xué)習(xí)、書畫學(xué)習(xí)、遠程作業(yè)答疑及輔導(dǎo)等。同時線上教學(xué)還能突破時空限制，向教育欠發(fā)達的農(nóng)村地區(qū)輸出課程，促進鄉(xiāng)村振興，實現(xiàn)教育均衡發(fā)展。