基于設(shè)計型學(xué)習(xí)的初中編程課程研究

王崢

摘 要：人工智能時代的到來，社會發(fā)展對創(chuàng)新型變成人才的需求不斷增長，教育部在新時期教育信息化和網(wǎng)絡(luò)安全工作指導(dǎo)中，提出要在中學(xué)、小學(xué)階段開設(shè)相關(guān)課程，推進(jìn)編程教育?，F(xiàn)階段我國初中編程教育仍處于探索階段，設(shè)計型學(xué)習(xí)是一種新的學(xué)習(xí)模式，具有設(shè)計性、整合性等特點(diǎn)，在培養(yǎng)出眾學(xué)生興趣、提升創(chuàng)新能力等方面有積極作用。本文主要探討了初中編程課程中設(shè)計型學(xué)習(xí)的應(yīng)用，并就應(yīng)用效果進(jìn)行了簡要概述。

關(guān)鍵詞：設(shè)計型學(xué)習(xí)；初中編程；課程研究

【中圖分類號】G633? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1005-8877（2023）01-0148-04

教學(xué)改革的不斷推進(jìn)，教師如何教學(xué)和學(xué)生如何學(xué)習(xí)的問題，一直是被研究和關(guān)注的重點(diǎn)。傳統(tǒng)的被動式學(xué)習(xí)方式無法適應(yīng)新時期學(xué)生素養(yǎng)提升的要求，設(shè)計型學(xué)習(xí)是適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)＋的信息化時代背景，將設(shè)計和學(xué)習(xí)有效結(jié)合的學(xué)習(xí)方式，多年的應(yīng)用和研究中在提升教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生信息素養(yǎng)和創(chuàng)新能力，促進(jìn)產(chǎn)教研結(jié)合等方面具有優(yōu)勢。初中編程課程教學(xué)主要是培養(yǎng)學(xué)生對編程學(xué)習(xí)的興趣，了解程序設(shè)計的一般性規(guī)律，提升學(xué)生信息識別能力和計算思維，培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)和實踐操作能力，促進(jìn)初中生的全面發(fā)展。因此，要重視對設(shè)計型學(xué)習(xí)的研究，將其合理應(yīng)用到初中編程課程教學(xué)中。

1.設(shè)計型學(xué)習(xí)與編程教育課程概述

（1）設(shè)計型學(xué)習(xí)

設(shè)計型學(xué)習(xí)也稱基于設(shè)計的學(xué)習(xí)，在研究和發(fā)展初期，主要是通過多次循環(huán)的設(shè)計，再將所學(xué)知識運(yùn)用于實踐，近年來設(shè)計型教學(xué)是多樣性的自主探究式學(xué)習(xí)的重要模式，學(xué)生的教學(xué)活動中以設(shè)計的方式參與，并將所學(xué)的知識應(yīng)用到實際生活中，最終提升解決實際問題的能力?，F(xiàn)階段對設(shè)計型學(xué)習(xí)的研究，主要從以下兩個方面展開。

一是以項目為依托的探究式學(xué)習(xí)方式。主要是將設(shè)計型學(xué)習(xí)看作是在項目探究的過程，也就是在真實的環(huán)境中，結(jié)合課程教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容，給學(xué)生設(shè)計特定的任務(wù)，學(xué)生在完成項目的同時獲得技能和知識。從這個層面來講，“設(shè)計”可以看作學(xué)習(xí)的工具，通過設(shè)計創(chuàng)造一定的背景，將知識和相關(guān)技能融入其中，以項目為目標(biāo)，以探究為主要手段，引導(dǎo)學(xué)生借助已掌握的知識進(jìn)行整合設(shè)計，完成設(shè)計制品，而制品的產(chǎn)生并不是最終的結(jié)果，最終是讓學(xué)生在此過程中掌握技能和知識。

二是將設(shè)計型學(xué)習(xí)看作一種新的教育模式，可理解為學(xué)生在課程和項目學(xué)習(xí)中獲得的設(shè)計能力，學(xué)生通過合作和探究，完成設(shè)計任務(wù)，從而提升自身的創(chuàng)造能力。這里的設(shè)計型學(xué)習(xí)主要是結(jié)合具體的學(xué)習(xí)目標(biāo)，結(jié)合不同環(huán)境背景，借助學(xué)科知識設(shè)計方案解決問題，在此模式下，學(xué)生通過不斷摸索，激發(fā)自身獲取新知識的欲望，同時在解決具體問題時獲得不同的能力。

（2）編程教育

初中編程教育主要是落實新課程教育理念，結(jié)合時代發(fā)展對青年學(xué)生信息素養(yǎng)的要求，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步了解編程與信息技術(shù)，提升初中生的計算機(jī)思維，培養(yǎng)創(chuàng)新和創(chuàng)造能力。初中生編程教育的目的，并非讓學(xué)生可以即刻學(xué)會代碼和程序，其關(guān)鍵在于通過相關(guān)學(xué)科知識的學(xué)習(xí)，領(lǐng)悟編程思想，從思維方面轉(zhuǎn)變認(rèn)識，根據(jù)初中生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，采用實踐性、探究性等多種教學(xué)方式，突出編程及信息教育在技術(shù)應(yīng)用能力中的價值和作用。

2.設(shè)計型學(xué)習(xí)在初中編程課程中的教學(xué)應(yīng)用

（1）設(shè)計型學(xué)習(xí)的原則

一是遵循設(shè)計性原則。這一原則需要貫穿整個初中編程課程教學(xué)，學(xué)生在各個教學(xué)環(huán)節(jié)中，都要遵循設(shè)計性原則，發(fā)揮教師的引導(dǎo)和組織作用，并尊重學(xué)生的能動性，根據(jù)自己的理解和思路，完成設(shè)計與構(gòu)建，通過多次迭代和優(yōu)化，得到最終設(shè)計產(chǎn)品。二是問題導(dǎo)向原則。編程課程與計算機(jī)信息技術(shù)等密不可分，初中編程課程教學(xué)內(nèi)容，多是與生活相關(guān)在智能軟件、電子元器件等的使用，對學(xué)生來講，單一的編程內(nèi)容講解相對枯燥，且內(nèi)容抽象性較強(qiáng)，學(xué)生理解難度較大，設(shè)計型學(xué)習(xí)要求從學(xué)生的生活實際出發(fā)，構(gòu)建設(shè)計模型，提出具體問題，并尋找解決問題的方法，在此過程中引發(fā)學(xué)生思考，提升探究的興趣。三是主體性原則。設(shè)計型學(xué)習(xí)作為新型的學(xué)習(xí)方式，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為本，充分尊重學(xué)生的主體作用，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自己對知識的理解動手實踐，從而培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識，學(xué)生可自主選擇、實踐、創(chuàng)新，采用獨(dú)立探究與合作學(xué)習(xí)結(jié)合的形式，從設(shè)計方案的構(gòu)思、設(shè)計作品交流反思等，在教師的引導(dǎo)下開展分工合作，加深對編程的進(jìn)一步理解。四是遵循合作學(xué)習(xí)的原則。初中編程教學(xué)中，可以采取小組合作的設(shè)計型學(xué)習(xí)模式，以小組合作的形式完成設(shè)計、分享、評價等環(huán)節(jié)，根據(jù)不同任務(wù)明確分工，加深學(xué)生對知識的理解。在具體的編程課程教學(xué)中，教師要立足學(xué)生的基本學(xué)情，充分體現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)主體地位，讓學(xué)生有更多的學(xué)習(xí)自主權(quán)，讓編程課堂成為學(xué)生自主學(xué)習(xí)探究的課堂，讓學(xué)生通過有效的探索實踐，切實提升課程學(xué)習(xí)成效。對此，教師可以借助信息技術(shù)支持，優(yōu)化課堂設(shè)計，在課程設(shè)計中，盡可能增加互動環(huán)節(jié)，讓編程課堂中的教學(xué)互動增多，活躍課堂氛圍，激發(fā)學(xué)生的編程學(xué)習(xí)興趣。例如，在初中編程課堂中，借助信息技術(shù)支持，為學(xué)生呈現(xiàn)幾分鐘的微課視頻，讓學(xué)生看到如何在短時間內(nèi)，完成一個知識點(diǎn)的講授，要求學(xué)生在課余時間，以自己對編程課程的把握和理解，錄制一段教學(xué)微視頻，為微課教學(xué)提供資源。這樣的編程課程教學(xué)模式中，學(xué)生能夠更好地把握信息化操作技巧，鍛煉學(xué)生的信息化素養(yǎng)，且他們通過自己錄制相關(guān)教學(xué)視頻，對編程知識點(diǎn)的掌握也會更加深刻，他們需要解決教學(xué)設(shè)計中的一些問題，這對鍛煉學(xué)生的課堂組織能力也有重要作用，也充分體現(xiàn)了學(xué)生在編程課程學(xué)習(xí)中的主體地位。

（2）編程課程設(shè)計型學(xué)習(xí)應(yīng)用與實踐

選擇初中編程課程教學(xué)內(nèi)容，將知識點(diǎn)講解和教師的示范操作有效結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計型思維，提升解決問題的能力，因此，可以以實際問題為依托，開展設(shè)計型學(xué)習(xí)。

第一，明晰設(shè)計問題。

以編程設(shè)計型學(xué)習(xí)活動中以超聲波為主題的教學(xué)為例，結(jié)合初中生思維活躍，好奇心較濃厚，自主探究意識較強(qiáng)等特點(diǎn)，愿意對有現(xiàn)實意義的問題進(jìn)行探索，同時喜歡設(shè)計性和實踐性較強(qiáng)的學(xué)習(xí)方式，經(jīng)過了小學(xué)階段的學(xué)習(xí)和知識積累，對系統(tǒng)、模塊及作品拼裝等有一定的了解，可以選擇初中生生活中相對熟悉的問題，例如，可以設(shè)計普通拐杖智能避障功能的問題，提升初中生對電子模塊作品的興趣。先要明確問題設(shè)計的目的，主要是引導(dǎo)學(xué)生理解超聲波模塊的工作方式，采用小組合作、項目設(shè)計等方式，加深對互聯(lián)網(wǎng)和信息技術(shù)的了解，在拼裝數(shù)字的基礎(chǔ)上，設(shè)計智能拐杖設(shè)計圖紙，在此過程中培養(yǎng)學(xué)生探究和實踐能力。

首先要引導(dǎo)學(xué)生分析問題。教師給學(xué)生講解具體的生活案例，引導(dǎo)學(xué)生明確老人出行不便，普通拐杖無法明確提醒道路狀況的問題，從而提出設(shè)計具有檢測障礙功能的拐杖的思路。與此同時，引導(dǎo)學(xué)生明確設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)則。根據(jù)評價規(guī)則，明確設(shè)計作品的可行性、實用性和科學(xué)性等要求。編程教師根據(jù)超聲波編程內(nèi)容，對智能拐杖的樣式、功能及使用方法進(jìn)行講解和說明。最后，根據(jù)具體問題，在了解設(shè)計目標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，教師與學(xué)生開展討論，針對不清楚的問題進(jìn)行提問，教師進(jìn)行詳細(xì)的講解。例如，學(xué)習(xí)“初識智能交互式硬件編程”編程課程中，設(shè)計主題引導(dǎo)學(xué)生探究軟件與硬件結(jié)合的編程，學(xué)生體驗到軟件與硬件交互的樂趣。課上，通過完成讓風(fēng)扇轉(zhuǎn)起來的任務(wù)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望，學(xué)生通過學(xué)習(xí)幾種傳感器的作用，能夠結(jié)合生活實際進(jìn)行創(chuàng)意編程。通過引導(dǎo)學(xué)生思考把人工智能技術(shù)運(yùn)用到生活中，學(xué)生想到通過人工智能技術(shù)為環(huán)境保護(hù)，智能交通，盲人生活等方面進(jìn)行發(fā)明創(chuàng)造，在信息技術(shù)課上恰當(dāng)融入學(xué)生品格教育中，切實促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)和探究積極性，讓他們能夠在教師的設(shè)計中提出問題、探究問題和解決問題，在這一過程中，實現(xiàn)編程知識的學(xué)習(xí)和掌握，切實提升課程學(xué)習(xí)效能。

第二，制定完善的設(shè)計方案。

根據(jù)學(xué)生的興趣愛好，綜合水平等進(jìn)行分組，確保各族整體水平相對平衡，并選擇探究能力強(qiáng)、協(xié)調(diào)能力相對較好的學(xué)生作為小組負(fù)責(zé)人，在完成小組分工后，組織各小組制作設(shè)計圖，就智能拐杖的特點(diǎn)、外形、功能，設(shè)計難點(diǎn)等加以確定，在后續(xù)的設(shè)計中，可以根據(jù)這些內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計。在小組制定設(shè)計方案后，可以就本小組所設(shè)計的智能拐杖的特點(diǎn)、功能等進(jìn)行分析，討論實現(xiàn)設(shè)計的可能性和需要解決的難點(diǎn)問題。如智能測距儀的搭建、安裝位置的選擇等，需要經(jīng)過多次分析和討論，確保設(shè)計方案更加科學(xué)合理。例如，在“猜數(shù)小游戲——if語句”的教學(xué)中，教師要提前做好教學(xué)設(shè)計工作，用富有親和力的語言，與學(xué)生通過“猜數(shù)”實現(xiàn)跨越時空在線交流，將編程教育與輕松愉快的游戲體驗融于一體，培養(yǎng)孩子編程興趣。同時輔助網(wǎng)絡(luò)教學(xué)微課資源，復(fù)習(xí)鞏固已學(xué)課程，適當(dāng)進(jìn)行新課學(xué)習(xí)，拓展特色課程資源，充分用好線上互動答疑，線上練習(xí)實時反饋，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。在這一過程中，教師要做好充分的教學(xué)準(zhǔn)備、教案設(shè)計、課件制作等，對授課情況等進(jìn)行認(rèn)真的討論和評審，尤其注重教師的基本教學(xué)素養(yǎng)，包括教學(xué)觀念與知識功底、教學(xué)組織實施能力，特別是教學(xué)語言、教學(xué)板書、教學(xué)儀態(tài)、教學(xué)示范和實驗操作等方面，通過優(yōu)化設(shè)計，讓編程教學(xué)充滿趣味，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，讓他們積極主動地融入探索實踐，在實踐中把握編程的相關(guān)知識和技能。

（3）設(shè)計方案的實施

首先，學(xué)習(xí)編程內(nèi)容。初中生在設(shè)計智能拐杖的過程中，會面臨多種多樣的問題，包括超聲波距離感應(yīng)器等問題，因此，教師需要搜集信息數(shù)據(jù)等相關(guān)資料，準(zhǔn)備編程、微課等資源，組織學(xué)生可以根據(jù)小組設(shè)計中遇到的問題有針對性地學(xué)習(xí)，教師所選用的教學(xué)資源，需要包含超聲波測距儀的搭建、程序編程等內(nèi)容，同時小組討論過程中，教師需要在側(cè)進(jìn)行及時的了解和現(xiàn)場指導(dǎo)。其次是編程搭建。初中學(xué)生在完成編程內(nèi)容學(xué)習(xí)后，需要做好設(shè)備的搭建工作，各小組可以采取分工合作的形式協(xié)助開展實驗，當(dāng)操作遇到問題時可以反復(fù)觀看微視頻操作步驟，遇到難題及時向教師進(jìn)行求助。再次是程序檢測。小組在搭建實驗完成后，還需要對超聲波測距儀等不斷調(diào)試，監(jiān)測設(shè)備是否可以正常運(yùn)行，并對設(shè)備的牢固程度、便捷性等進(jìn)行測試，例如，可以監(jiān)測與書本進(jìn)行距離測試，測距完成后，將所顯示的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對分析，確保設(shè)計作品的準(zhǔn)確性。初中生在設(shè)計作品的過程中會遇到一些知識性問題，通過合作探討和資料查閱的形式，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，掌握重難點(diǎn)內(nèi)容，不斷迭代優(yōu)化設(shè)計作品，實現(xiàn)知識遷移與實際應(yīng)用。最后是修改和完善。對實施過程中所遇到的問題進(jìn)行多次的修改，并在合作反思的基礎(chǔ)上，思考設(shè)計中問題產(chǎn)生的原因，從而進(jìn)一步鞏固完善，獲取新知識的同時不斷完善設(shè)計作品。

（4）反思總結(jié)

首先，各小組對自己所設(shè)計的作品進(jìn)行展示和講解，包括設(shè)計目的、具體的功能特點(diǎn)，方法等進(jìn)行介紹，在此基礎(chǔ)上，教師對所設(shè)計的智能拐杖進(jìn)行評價，及時總結(jié)小組設(shè)計和討論中的問題，針對一些重難點(diǎn)再次進(jìn)行強(qiáng)調(diào)，加深學(xué)生的印象，并將設(shè)計原理進(jìn)行延伸，引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)想到未來智能汽車、機(jī)器人等。同時，學(xué)生可以根據(jù)教師的評價進(jìn)行反思和修改。

在具體的課程實踐中，需要對這些流程進(jìn)行多次循環(huán)，最終找到適合初中生編程課程學(xué)習(xí)的方式。教師在編程的設(shè)計型教學(xué)中，要確保課程設(shè)計有效性，切實提升課程設(shè)計教學(xué)效果，必須尊重學(xué)生，體現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)主體地位，不斷以學(xué)生的興趣愛好為出發(fā)點(diǎn)和依據(jù)，在設(shè)計中注重激發(fā)學(xué)生的探索欲望和學(xué)習(xí)積極性，合理設(shè)計問題情境，引導(dǎo)學(xué)生一步步深入開展問題探究和學(xué)習(xí)，提升課程學(xué)習(xí)成效。此外，教師也要切實提升自身的課程設(shè)計和優(yōu)化技能，不斷把握課程設(shè)計要點(diǎn)，把握學(xué)生學(xué)情，為他們設(shè)計多樣化的編程課程教學(xué)方案，滿足不同學(xué)生對編程學(xué)習(xí)的需要，體現(xiàn)對每個學(xué)生個體的關(guān)注，讓學(xué)生都能通過課程學(xué)習(xí)，提升自身的編程知識理解和應(yīng)用能力，推動初中編程課程教學(xué)質(zhì)量再上一個臺階。

3.應(yīng)用效果評價

根據(jù)初中生編程課程成績，實驗活動記錄及信息反饋，并分析學(xué)生所設(shè)計的作品的質(zhì)量等，分析設(shè)計型學(xué)習(xí)在初中編程課程應(yīng)用中的效果。

（1）初中生編程學(xué)習(xí)的積極性提高

在具體的課程教學(xué)中，主要是以具體的項目和情境為導(dǎo)向，針對實際生活中的一些問題，教師提出問題，引導(dǎo)學(xué)生利用自身掌握的編程知識解決實際問題，這種從學(xué)生實際生活角度出發(fā)，有助于加強(qiáng)學(xué)生與外界世界的聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會觀察和理解世界，并在利用程序設(shè)計語言解決實際問題中獲得自身的價值，培養(yǎng)初中生計算機(jī)思維的同時，也能激發(fā)學(xué)生的興趣。通過課堂學(xué)習(xí)記錄現(xiàn)實，所有學(xué)生都能積極參與編程課程的討論和學(xué)習(xí)，在小組合作探究中能明確分工，很多初中生表示自己更愿意接受設(shè)計型學(xué)習(xí)方式，雖然涉及過程比較復(fù)雜，需要查閱相關(guān)資料，但在此過程中能體會到作品創(chuàng)作的樂趣，同時可以根據(jù)自己所掌握的知識、興趣愛好等設(shè)計作品，而在設(shè)計過程中，會涉及到科學(xué)、數(shù)學(xué)等相關(guān)知識，并與學(xué)生的生活實際相關(guān)，學(xué)生本身興趣較大，加上設(shè)計型學(xué)習(xí)是以學(xué)生為主體，將抽象的編程問題進(jìn)行分解和方案設(shè)計，降低了編程課程的難度，學(xué)生更愿意接受。

（2）有助于提升學(xué)生的設(shè)計和計算機(jī)思維

通過課程實踐得知，設(shè)計型學(xué)習(xí)的應(yīng)用具有一定的綜合性，在初中編程課程的應(yīng)用，其中除了計算機(jī)知識，還涉及其他多個學(xué)科的內(nèi)容，是多學(xué)科課程基礎(chǔ)的拓展，通過小組成員合作設(shè)計和交流、評價等，在此過程中能培養(yǎng)學(xué)生的合作意識，溝通交流能力，也能推進(jìn)教學(xué)活動的順利進(jìn)行。同時，在設(shè)計和編程過程中，能培養(yǎng)初中生的創(chuàng)造力和動手能力，其中會涉及算法設(shè)計和基礎(chǔ)程序語言等，為后續(xù)學(xué)生高階編程學(xué)習(xí)奠定良好的基礎(chǔ)。設(shè)計型學(xué)習(xí)有迭代性特點(diǎn)，不斷反復(fù)設(shè)計、制作和評價等環(huán)節(jié)，學(xué)生對最終的作品提出建議，在此過程中增加學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的機(jī)會。此外，在實際應(yīng)用過程中，學(xué)生為了設(shè)計優(yōu)秀的作品，除了課堂所學(xué)的編程知識，還需要自身搜集并整理相關(guān)資料，獲取有價值的信息，在此過程中提升學(xué)生獨(dú)立思考的能力，也有助于引導(dǎo)學(xué)生更加客觀地思考問題，提升自身的糾錯能力和計算機(jī)思維能力。

（3）設(shè)計型學(xué)習(xí)可以適應(yīng)不同水平的學(xué)生

設(shè)計型學(xué)習(xí)對教師的教學(xué)和學(xué)生的學(xué)習(xí)都提出了較高的要求，具體應(yīng)用后，基礎(chǔ)好的學(xué)生和基礎(chǔ)相對薄弱的學(xué)生，在課程學(xué)習(xí)中都表現(xiàn)出濃厚的興趣，各自都取得了一定程度的進(jìn)步，不同學(xué)生群體的成績差距也在逐漸縮小。這主要是設(shè)計型學(xué)習(xí)改變了以往單一枯燥的編程學(xué)習(xí)方式，將初中生難以理解的抽象知識加以具象化，通過具體的項目和實際案例，引導(dǎo)學(xué)生參與作品的設(shè)計，在此過程中加深對知識的理解，除此之外，學(xué)生還要參與搜集和整理信息，分析運(yùn)用信息等，得到了更多鍛煉和實踐的機(jī)會，也營造出活躍的課堂氛圍，不論是基礎(chǔ)較好的學(xué)生還是相對較差的學(xué)生，都能融入討論和設(shè)計中，在合作式探究中分工合作，逐漸提升綜合能力。這一過程中，編程學(xué)習(xí)能力相對薄弱的學(xué)生能夠在團(tuán)隊合作學(xué)習(xí)和領(lǐng)帶中獲得成長，各方面能力也能得到有效鍛煉。這樣的課程設(shè)計在一定程度上也體現(xiàn)了因材施教，能夠提升不同學(xué)習(xí)水平和層次學(xué)生的學(xué)習(xí)信心，讓他們對后續(xù)的學(xué)習(xí)更充滿期待。

4.結(jié)語

綜上所述，設(shè)計型學(xué)習(xí)是一種新的教學(xué)方式，將其應(yīng)用到初中編程課程教學(xué)中能培養(yǎng)學(xué)生的編程興趣，有效提升學(xué)生的溝通交流、合作探究等綜合能力，具有一定的推廣和應(yīng)用價值。

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