張功云+馬卉+梁德明+楊志亞

【摘 要】隨著STEAM教育在國內(nèi)外中小學(xué)不斷展開，編程能力培養(yǎng)的相關(guān)研究成為國內(nèi)外信息技術(shù)的熱點之一。然而，編程本身對兒童及中小學(xué)生來說是枯燥乏味的；為了提高兒童及中小學(xué)生的編程興趣，本文提出了一種面向兒童編程能力的游戲化學(xué)習(xí)活動設(shè)計方法；并利用Scratch編程軟件對本方法進行實踐應(yīng)用。實踐證明，這種方法對兒童編程興趣的提升具有一定意義。

【關(guān)鍵詞】兒童編程能力；游戲化學(xué)習(xí)；Scratch

【中圖分類號】G434 【文獻標(biāo)識碼】B

【論文編號】1671-7384（2016）11-0036-04

引 言

程序設(shè)計教學(xué)在兒童邏輯思維的培養(yǎng)、創(chuàng)新實踐能力及解決問題能力提升方面具有不可估量的作用。在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域，兒童編程教育沒有得到足夠的重視，兒童對編程方面的知識了解甚少。游戲是兒童生活學(xué)習(xí)活動的重要組成部分[1]。隨著寓教于樂學(xué)習(xí)方式的倡導(dǎo)，基于游戲化學(xué)習(xí)的兒童編程教學(xué)模式逐漸進入計算機教育的視野。兒童在游戲的氛圍中進行編程學(xué)習(xí)，符合兒童的年齡特點及認(rèn)知情況，體現(xiàn)兒童學(xué)習(xí)的主體性，能激發(fā)兒童學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)兒童的編程能力和實踐能力，提升兒童的技術(shù)素養(yǎng)和工程素養(yǎng)，切實推進STEAM教育。本研究利用Scratch平臺可視化及模塊化的優(yōu)點，對已經(jīng)封裝好的程序模塊進行自由的拼接，兒童運用程序設(shè)計的思維來解決問題，從而提高兒童編程能力[2]，以實現(xiàn)預(yù)期功能。

相關(guān)研究

信息與交流技能、分析和解決問題的能力、處理人際關(guān)系的能力等新的知識和技能逐步深入K12教育體系，重視培養(yǎng)兒童編程能力已成為國內(nèi)外教育研究的熱點。在國外，美國Code.org組織強調(diào)要讓每個孩子都有機會學(xué)習(xí)編程；英國為了提升兒童對計算機科學(xué)的興趣，提倡兒童從5歲開始學(xué)習(xí)編程[3]；芬蘭啟動新項目為兒童學(xué)習(xí)計算機編程提供機會等[4]。在中國，為推進STEAM教育和培養(yǎng)兒童編程能力，教育研究者在計算機教育及編程方面進行了大量研究，這些研究大多集中在兒童編程工具的應(yīng)用層面，而且大多是借助Scratch可視化編程工具開展程序設(shè)計教學(xué)，以提高兒童學(xué)習(xí)程序設(shè)計的興趣。朱麗彬等將大衛(wèi)·庫伯的體驗學(xué)習(xí)圈理論應(yīng)用于Scratch程序設(shè)計教學(xué)中，有效地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)編程的興趣[5]；袁慶從Scratch究竟能夠為學(xué)生帶來什么出發(fā)，表明Scratch在提升學(xué)生問題解決能力、創(chuàng)新能力、合作能力、編程能力等方面具有巨大促進作用[6]；凌秋虹為培養(yǎng)學(xué)生用程序設(shè)計的思維進行思考，提高學(xué)生解決問題的能力，將 Scratch 作為編程教學(xué)平臺引入課堂[2]。通過以上國內(nèi)外兒童編程研究現(xiàn)狀分析發(fā)現(xiàn)，兒童編程能力的培養(yǎng)得到很多國家的重視，國內(nèi)也展開此方面的研究。

面向兒童編程能力的游戲化學(xué)習(xí)模式構(gòu)建

1. 兒童編程能力分析

兒童編程能力，即兒童為實現(xiàn)某種預(yù)期的效果而使用程序設(shè)計語言編程的能力。為了使計算機能夠理解人的意圖，人類需要將解決問題的思路、方法和手段以計算機能夠理解的形式呈現(xiàn)，使得計算機能夠根據(jù)人的思想去工作，以實現(xiàn)某種功能及任務(wù)。

美國為應(yīng)對21世紀(jì)的挑戰(zhàn)，提出了“21世紀(jì)技能”教育改革的新思想，提議將“21世紀(jì)技能”與K12教育體系緊密結(jié)合，為基礎(chǔ)教育人才的培養(yǎng)提供新的研究范式。面向21世紀(jì)的技能被概括為以下幾種類型：信息與交流技能、分析與解決問題的能力、生活與職業(yè)技能[7]等。這幾種技能被認(rèn)為是21世紀(jì)教育改革的基礎(chǔ)條件。

結(jié)合兒童編程能力的特點和“21世紀(jì)技能”，本研究對兒童編程能力的構(gòu)成要素進行了歸納總結(jié)，具體如圖1所示。兒童編程能力主要包括基本能力和高階能力兩個部分。其中基本能力主要包括觀察、比較、分析/判斷、加工信息的能力、動手實踐能力、合作意識、創(chuàng)造性思維能力等；高階能力主要包括算法編程能力、將程序模塊化能力、將編程問題數(shù)學(xué)模型化的能力以及調(diào)試程序能力。

（1）基本能力

基本能力是指兒童需要具備處理信息的能力，根據(jù)問題的需要，觀察信息、比較信息、分析判斷信息、加工信息，其中觀察和比較信息是兒童能夠利用信息的前提；分析信息的能力要求兒童對教師提供的信息進行鑒別、遴選、分析和判斷，自覺抵制和消除垃圾信息的干擾和侵蝕，找出有用信息并加以整理；加工信息是組織信息源傳遞的信息并展示的過程，這是檢驗兒童信息處理能力的最佳體現(xiàn)?；灸芰α硪恢饕芰κ墙鉀Q問題的能力，這項能力是兒童進行學(xué)習(xí)活動時必備的一項能力，解決問題的過程是兒童進行知識建構(gòu)和智力發(fā)展的過程；動手實踐能力倡導(dǎo)兒童積極地動手、動腦，大膽地去思索、探討，兒童不再是被動接受知識的容器；合作意識使兒童優(yōu)勢互補，提高解決問題的效率；創(chuàng)造性思維能力倡導(dǎo)兒童在已有的經(jīng)驗基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)新事物、創(chuàng)造新方法、解決新問題，形成一種良好的思維品質(zhì)。

（2）高階能力

算法編程能力：包括常見算法的掌握和算法改進創(chuàng)新的能力，這是從根本上提高編程水平的有效措施。

將程序模塊化的能力：化繁就簡，化整為零，提高程序的復(fù)用率。在設(shè)計游戲時應(yīng)考慮到模塊之間的邏輯關(guān)系。

將編程問題數(shù)學(xué)模型化的能力：要善于理清程序中各數(shù)據(jù)間的關(guān)系，找出相互間的關(guān)系，建立數(shù)學(xué)模型，提升兒童的抽象概括能力及邏輯思維能力。

調(diào)試程序的能力：編寫程序過程中，經(jīng)常會遇到未知的錯誤。在發(fā)生錯誤時快速準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，是每個兒童在編程活動中應(yīng)具備的基本技能。

2. 面向兒童編程能力的游戲化學(xué)習(xí)模型構(gòu)建

北京大學(xué)的尚俊杰副教授認(rèn)為：“游戲化學(xué)習(xí)有兩種理解，一種是在玩游戲的過程中達(dá)到學(xué)習(xí)的目的，另一種是將頭腦中的想法設(shè)計成游戲，在這個過程中進行學(xué)習(xí)活動。”[8]游戲中的“學(xué)習(xí)性因素”，如情境、問題求解、競爭、關(guān)卡、挑戰(zhàn)以及玩家與情境間的交互等，對游戲參與者的思維、認(rèn)知、積極性等方面都起著不可忽視的作用[9]。美國新媒體聯(lián)盟地平線報告（2016年基教版）把“游戲和游戲化”列為未來一年以內(nèi)將被廣泛應(yīng)用的學(xué)習(xí)技術(shù)。簡言之，游戲化學(xué)習(xí)就是游戲的機制在教育領(lǐng)域的一種實踐形式[10]。

兒童編程能力的培養(yǎng)應(yīng)該融合在具體的游戲化學(xué)習(xí)中才能取得成效。編程學(xué)習(xí)枯燥乏味，兒童在學(xué)習(xí)的過程中容易喪失學(xué)習(xí)的興趣，編程能力的培養(yǎng)也就無從談起。在對兒童學(xué)習(xí)特點及認(rèn)知能力深入分析的基礎(chǔ)上，筆者選擇游戲化學(xué)習(xí)作為支持情景學(xué)習(xí)的方式。游戲化學(xué)習(xí)，作為兒童學(xué)習(xí)的一種方式，不僅能夠提高兒童的學(xué)習(xí)熱情，而且還可以培養(yǎng)其問題解決的能力。在游戲化學(xué)習(xí)課堂中，不再以教師講授為中心，而是以學(xué)習(xí)者的自主發(fā)現(xiàn)和自我體驗為主。游戲化學(xué)習(xí)有兩種形式，一種是從玩游戲中學(xué)習(xí)；另一種是設(shè)計游戲，將自己的創(chuàng)意想法轉(zhuǎn)變成游戲[11]。本研究采用兒童設(shè)計游戲的方式來開展游戲化學(xué)習(xí)，構(gòu)建了面向兒童編程能力的游戲化學(xué)習(xí)模型，具體如圖2所示。

面向兒童編程能力的游戲化學(xué)習(xí)模型中，兒童、教師和工具三者之間相互影響作用。該學(xué)習(xí)模型是以游戲化編程學(xué)習(xí)工具的支持為基礎(chǔ)，主要包括學(xué)生探究學(xué)習(xí)、教師輔助指導(dǎo)。

首先，由教師確定學(xué)習(xí)主題，選擇適合兒童進行游戲化編程的游戲。在此過程中，教師需要對學(xué)習(xí)者進行分析，制定學(xué)習(xí)目標(biāo)，調(diào)動兒童的學(xué)習(xí)興趣；隨后，教師提出游戲任務(wù)并設(shè)置相關(guān)問題。與此同時，兒童也在不斷地觀察問題，在腦海里形成所要探究問題的雛形，在教師的引導(dǎo)下，使問題清晰化，并逐漸形成自己的解題思路。

其次，兒童設(shè)計游戲過程中，主要包括問題引入、學(xué)習(xí)探究、游戲編寫、成果展示四個環(huán)節(jié)。在問題引入環(huán)節(jié)，兒童主要是對游戲的情景、角色、任務(wù)進行構(gòu)想和設(shè)計；在任務(wù)及好奇心的驅(qū)使下，積極進行自主探究和合作探究，形成解決問題的步驟及方法；在游戲編寫過程中，兒童需要進行游戲設(shè)計，制作并進行調(diào)試；成果展示環(huán)節(jié)，根據(jù)教師和其他兒童的意見或建議，對自己的成果不斷進行改錯及優(yōu)化。在設(shè)計游戲這一關(guān)鍵環(huán)節(jié)中，教師須在活動中對兒童進行輔助支持。兒童在探究的過程中對某一知識點理解很難時，教師就需要對問題進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。此外，在兒童設(shè)計游戲的過程中，教師要對兒童進行學(xué)習(xí)跟蹤及評價。

最后，兒童針對本次的游戲活動設(shè)計進行總結(jié)反思。在探究性學(xué)習(xí)活動中，由于兒童能力的差異，有的兒童可能順利地完成了這個過程，而有的兒童則需要進行反饋修訂、發(fā)現(xiàn)問題、積極尋找問題的解決方案。教師也要進行總結(jié)反思，綜合評價學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)活動中的表現(xiàn)，進行知識點總結(jié)，并積極引導(dǎo)學(xué)生尋找創(chuàng)新解決方案。在整個學(xué)習(xí)過程中，兒童通過對游戲的分析、設(shè)計、實現(xiàn)、優(yōu)化和分享，螺旋上升循環(huán)迭代，加深對編程思維的理解，不斷提高自身的編程能力。

兒童編程學(xué)習(xí)活動案例

在兒童編程學(xué)習(xí)工具的選擇上，筆者選用美國麻省理工學(xué)院（MIT）研發(fā)的Scratch工具來開展編程活動的學(xué)習(xí)。選此工具是基于兒童的年齡特點及認(rèn)知規(guī)律來考慮。由于兒童的邏輯思維能力在不斷地發(fā)展中，相對來講并不成熟，那么使用成人化的程序設(shè)計語言去編程是有一定難度的，尤其是國內(nèi)的孩子，更是受到來自英語、數(shù)學(xué)、自然語言以及邏輯思維等多重因素的限制[12]。Scratch工具巧妙地繞開這些困難，利用Scratch平臺進行可視化交互操作。下面以“吃魚游戲”為情景，基于Scratch進行游戲設(shè)計，如表1所示。

結(jié)束語

通過對兒童編程能力現(xiàn)狀以及Scratch游戲化編程應(yīng)用的梳理，筆者認(rèn)為，游戲化學(xué)習(xí)對于兒童編程能力的培養(yǎng)具有極其重要的促進作用。通過利用適合兒童編程的工具，結(jié)合兒童的認(rèn)知特點，開展學(xué)習(xí)活動，能有效培養(yǎng)兒童編程能力。研究表明，兒童編程能力的提高不僅需要教師的引導(dǎo)，更需要兒童在興趣的吸引下，不斷地進行動手實踐?？傮w而言，這種學(xué)習(xí)活動設(shè)計能夠?qū)⒂螒蚧瘜W(xué)習(xí)理論運用到課堂中，不僅有助于兒童編程能力的培養(yǎng)，還有助于提升兒童解決實際問題的能力。

參考文獻

王小英.學(xué)前兒童的游戲與學(xué)習(xí)：內(nèi)在的連結(jié)性[J]. 學(xué)前教育研究，2013（7）：3-7.

凌秋虹.Scratch在小學(xué)信息技術(shù)課堂中的應(yīng)用與實踐[J]. 中國電化教育，2012（11）：113-116+129.

姚鵬閣，顏磊，楊陽，郭光武，郭玉翠. 樹莓派教育應(yīng)用：兒童編程能力培養(yǎng)的新途徑[J]. 現(xiàn)代教育技術(shù)，2015（10）：113-118.

陶媛.芬蘭啟動新項目為兒童學(xué)習(xí)計算機編程提供機會[J]. 世界教育信息，2014（5）：77.

朱麗彬，金炳堯. Scratch程序設(shè)計課教學(xué)實踐研究——基于體驗學(xué)習(xí)圈的視角[J]. 現(xiàn)代教育技術(shù)，2013（7）：30-33.

袁慶.將Scratch引入小學(xué)信息技術(shù)課堂[J]. 中國教育信息化，2014（20）：85-86.

張義兵.美國的“21世紀(jì)技能”內(nèi)涵解讀——兼析對我國基礎(chǔ)教育改革的啟示[J]. 比較教育研究，2012（5）：86-90.

尚俊杰，莊紹勇，李芳樂，李浩文. 游戲化學(xué)習(xí)行為特征之個案研究及其對教育游戲設(shè)計的啟示[J]. 中國電化教育，2008（2）：65-71.

陶侃.電腦游戲中“學(xué)習(xí)性因素”的價值及對網(wǎng)絡(luò)教育的啟示[J].電化教育研究，2006（9）：44-47.

鮑雪瑩，趙宇翔. 游戲化學(xué)習(xí)的研究進展及展望[J]. 電化教育研究，2015（8）：45-52.

尚俊杰.游戲化是什么？[J].中國信息技術(shù)教育，2015（8）：10-10.

Youngquist J， Pataray-Ching J. Revisiting “Play”： Analyzing and Articulating Acts of Inquiry[J]. Early Childhood Education Journal， 2004， 31（3）：171-178.

（作者單位：首都師范大學(xué)教育技術(shù)系數(shù)字化學(xué)習(xí)實驗室）