吳苗 裘國(guó)永

摘 要 目前，在高中階段的編程教學(xué)中，最常使用的就是VB語(yǔ)言以及近來(lái)比較熱門(mén)的圖形化編程平臺(tái)，但是取得的教學(xué)效果并不理想。如何提高中學(xué)段編程教育的教學(xué)效果是急需解決的問(wèn)題。極客戰(zhàn)記是一款游戲化的編程平臺(tái)，在這個(gè)平臺(tái)上，學(xué)生可以編寫(xiě)代碼，構(gòu)思策略，在闖關(guān)的過(guò)程中通過(guò)試錯(cuò)和實(shí)驗(yàn)循序漸進(jìn)地掌握編程。筆者實(shí)習(xí)所在的陜西師范大學(xué)附屬中學(xué)在高一年級(jí)的信息技術(shù)教學(xué)中采用了這種編程平臺(tái)，筆者通過(guò)課堂聽(tīng)課、課下與相關(guān)學(xué)生進(jìn)行交流詢(xún)問(wèn)等方式，調(diào)查了極客戰(zhàn)記教學(xué)平臺(tái)在中學(xué)編程教學(xué)中的實(shí)際教學(xué)效果。研究發(fā)現(xiàn)，極客戰(zhàn)記以其游戲化教學(xué)平臺(tái)以及簡(jiǎn)單易學(xué)的Python編程語(yǔ)言受到學(xué)生的歡迎，采用極客戰(zhàn)記教學(xué)平臺(tái)，課堂的教學(xué)效果更好。結(jié)果表明，極客戰(zhàn)記編程平臺(tái)相比于傳統(tǒng)的編程教學(xué)方式有很大的優(yōu)勢(shì)，值得推廣。

關(guān)鍵詞 編程教學(xué) 游戲化編程 極客戰(zhàn)記

中圖分類(lèi)號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkx.2019.03.067

Abstract At present， in the high school programming teaching， the most commonly used is VB language and recently popular graphical programming platform， but the teaching effect is not ideal. How to improve the teaching effect of middle school programming education is an urgent problem to be solved. CodeCombat is a game-based programming platform， on which students can write code， conceive strategies， and master programming step by step through trial and error and experiment in the process of breaking through the barrier. This programming platform is used in the information technology teaching of the first grade in the secondary school affiliated to Shaanxi Normal University. The author investigates the actual teaching effect of the CodeCombat teaching platform in the middle school programming teaching by means of classroom listening， exchanging and inquiring with the relevant students after class. The research finds that CodeCombat is popular with students because of its game-based teaching platform and easy-to-learn Python programming language. The classroom teaching effect is better when using CodeCombat teaching platform. The results show that the programming platform of CodeCombat has great advantages over the traditional programming teaching method， and it is worth popularizing.

Keywords Programming teaching； Gamification programming； CodeCombat

0 引言

牛津大學(xué)的經(jīng)濟(jì)學(xué)家2013年曾對(duì)現(xiàn)有的702種職業(yè)進(jìn)行量化評(píng)估并得出結(jié)論，未來(lái)20年有一半的工作將被機(jī)器所取代。[1]經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展，人工智能領(lǐng)域不斷出現(xiàn)突破性的技術(shù)，如語(yǔ)音識(shí)別、人臉識(shí)別、自然語(yǔ)言處理等，這些技術(shù)發(fā)展迅猛，極大地改變了人們的生產(chǎn)生活方式?，F(xiàn)實(shí)生活中，很多的工作都可以由機(jī)器人取代。如美國(guó)《華盛頓郵報(bào)》的寫(xiě)作機(jī)器人Heliograf，可以作出含有分析、評(píng)論等語(yǔ)氣的報(bào)道。谷歌在2016年的I/O大會(huì)上推出了語(yǔ)音助手Google Assistant，可以和人進(jìn)行無(wú)障礙溝通，幫助人們進(jìn)行電話(huà)預(yù)約等工作，相當(dāng)于一個(gè)非常完美的私人秘書(shū)。另外還有微軟Bing搜索中國(guó)團(tuán)隊(duì)發(fā)布的一款智能聊天機(jī)器人微軟小冰，可以實(shí)現(xiàn)作詞作曲以及歌曲的演唱。這些人工智能工具的使用證實(shí)了牛津大學(xué)經(jīng)濟(jì)學(xué)家的結(jié)論，也標(biāo)志著人們正式跨入了人工智能時(shí)代！

人工智能被公認(rèn)為引領(lǐng)未來(lái)發(fā)展的戰(zhàn)略性技術(shù)，是國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的新焦點(diǎn)。編程是人工智能產(chǎn)業(yè)的基底，[2]編程在人工智能時(shí)代的定位就相當(dāng)于機(jī)器在工業(yè)時(shí)代的定位。[3]因此，在中小學(xué)開(kāi)展編程教育，為人工智能的發(fā)展培養(yǎng)人才已經(jīng)刻不容緩。全球已經(jīng)有超過(guò)24個(gè)國(guó)家將青少年編程教育納入K12課程大綱或教學(xué)場(chǎng)景。

1 我國(guó)高中階段的編程教學(xué)存在的問(wèn)題

我國(guó)的編程教育起步較晚。在高中階段的編程教學(xué)中，我國(guó)大多數(shù)的學(xué)校使用的是圖形化編程平臺(tái)和VisualBasic（VB）編程語(yǔ)言。VB語(yǔ)言編程重語(yǔ)法，課程內(nèi)容多為理論知識(shí)的講解。學(xué)生因缺乏計(jì)算機(jī)硬件相關(guān)的知識(shí)，對(duì)教學(xué)內(nèi)容理解起來(lái)非常困難，導(dǎo)致學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)的興趣。在上機(jī)操作時(shí)，很多學(xué)生也只是照貓畫(huà)虎地將教材上的程序照搬到電腦上，但實(shí)際上他們并不理解代碼的意義，編程課的教學(xué)效果很不理想。而圖形化編程如Scratch通過(guò)搭積木的方式編程，用圖形模塊代替代碼指令，用戶(hù)可以將代表不同的功能的圖形模塊拼接起來(lái)，完成簡(jiǎn)單的動(dòng)作，然后將一個(gè)個(gè)簡(jiǎn)單的動(dòng)作組合起來(lái)，構(gòu)建出一個(gè)程序。整個(gè)編程過(guò)程不涉及代碼的編寫(xiě)，比較適合沒(méi)有編程經(jīng)驗(yàn)或者編程基礎(chǔ)薄弱的小學(xué)初中階段的學(xué)生，這能激發(fā)他們對(duì)編程的學(xué)習(xí)興趣，幫助他們了解和掌握程序的邏輯結(jié)構(gòu)。但是對(duì)于高中階段的學(xué)生來(lái)說(shuō)，他們?cè)谛W(xué)初中階段已經(jīng)接受過(guò)這種教學(xué)，對(duì)程序的邏輯結(jié)構(gòu)已經(jīng)有了一定的了解，此時(shí)需要讓他們開(kāi)始接觸真正的編程語(yǔ)言，學(xué)會(huì)用真正的編程語(yǔ)言代碼來(lái)編寫(xiě)程序，以培養(yǎng)其良好的編程代碼書(shū)寫(xiě)習(xí)慣，為大學(xué)更深層次的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

2 極客戰(zhàn)記的概念

極客戰(zhàn)記（CodeCombat）是一款游戲化編程教育產(chǎn)品。它將編程的教學(xué)過(guò)程轉(zhuǎn)化為一個(gè)個(gè)游戲關(guān)卡，通過(guò)在右側(cè)輸入程序代碼來(lái)控制左側(cè)角色的移動(dòng)和攻擊等動(dòng)作，當(dāng)輸入的代碼錯(cuò)誤時(shí)，會(huì)提示代碼輸入錯(cuò)誤，并展示具體的出錯(cuò)信息，學(xué)生可以根據(jù)提示及時(shí)解決錯(cuò)誤。在完成每個(gè)關(guān)卡后都會(huì)有內(nèi)容回顧，展示上一關(guān)卡所學(xué)到的內(nèi)容。而且隨著關(guān)卡升級(jí)，編程的難度會(huì)越來(lái)越高，在不知不覺(jué)中培養(yǎng)了學(xué)生的編程思維。

2016年，極客戰(zhàn)記推出了教師版本，供學(xué)校教學(xué)使用。在教師界面，教師可以創(chuàng)建自己準(zhǔn)備教授編程語(yǔ)言的課程教室，學(xué)生在注冊(cè)了賬號(hào)之后，可以通過(guò)搜索教師開(kāi)設(shè)的課程教室的班級(jí)碼進(jìn)入教室進(jìn)行學(xué)習(xí)。教師通過(guò)點(diǎn)擊某個(gè)課堂教室—查看課堂，可以查看具體每個(gè)教室的學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，點(diǎn)擊課程進(jìn)度，可以查看每個(gè)學(xué)生的關(guān)卡學(xué)習(xí)進(jìn)度，非常方便。

2.1 游戲化教學(xué)

極客戰(zhàn)記編程平臺(tái)不同于VB語(yǔ)言編程，它使學(xué)生在玩游戲的過(guò)程中學(xué)習(xí)編程，這正好契合了當(dāng)今學(xué)生普遍愛(ài)玩游戲的心理。極客戰(zhàn)記編程平臺(tái)界面設(shè)計(jì)炫酷，能夠吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生在玩兒游戲這樣一個(gè)輕松愉快的過(guò)程中學(xué)會(huì)編程，同時(shí)也能緩解學(xué)生對(duì)于各種網(wǎng)絡(luò)游戲的癡迷。

2.2 編程語(yǔ)言的選擇

極客戰(zhàn)記編程平臺(tái)支持多種編程語(yǔ)言，其中包含Python、Javascript等語(yǔ)言。傳統(tǒng)的C、VB語(yǔ)言由于過(guò)分強(qiáng)調(diào)語(yǔ)法，需要學(xué)生對(duì)地址、指針等計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相關(guān)的知識(shí)以及語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)環(huán)境等非常熟悉，這需要花費(fèi)大量的時(shí)間，且學(xué)生往往很難理解，所以教學(xué)效果不理想。Python語(yǔ)言的執(zhí)行是基于虛擬機(jī)機(jī)制的，并且它的虛擬機(jī)距離真實(shí)機(jī)器的距離更遠(yuǎn)，該特點(diǎn)使得學(xué)生無(wú)需具備太多的硬件知識(shí)。[4]Python語(yǔ)言編程支持圖形輸出，具有更少的代碼。在編程的過(guò)程中對(duì)于變量可以直接使用而無(wú)需定義，且代碼易讀易學(xué)，維護(hù)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)同樣的操作，使用Python編寫(xiě)的程序代碼要遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于VB和C編寫(xiě)的程序代碼。Python語(yǔ)言是目前最接近自然語(yǔ)言的通用編程語(yǔ)言，是一種輕語(yǔ)法、弱類(lèi)型的腳本語(yǔ)言。[5]閱讀一段好的Python程序就像是閱讀英語(yǔ)，使得學(xué)生能夠?qū)Ｗ⒂谟?jì)算問(wèn)題的求解過(guò)程，對(duì)程序設(shè)計(jì)有一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)，使他們更愿意更好地使用計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題，體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)解決計(jì)算問(wèn)題的計(jì)算思維理念。

另外，不同于其他語(yǔ)言用大括號(hào)或是采用控制結(jié)構(gòu)配套的結(jié)束語(yǔ)句來(lái)確定程序代碼的起止范圍。Python語(yǔ)言編程使用程序語(yǔ)句的縮進(jìn)來(lái)確定代碼塊的起止范圍，類(lèi)似于中文中的段落縮進(jìn)，結(jié)構(gòu)清晰，便于閱讀。在極客戰(zhàn)記中，當(dāng)輸入的代碼格式錯(cuò)誤時(shí)，系統(tǒng)會(huì)立即報(bào)錯(cuò)，提示修改，這樣能夠培養(yǎng)學(xué)生良好的程序代碼編寫(xiě)習(xí)慣，為后續(xù)更加深入的學(xué)習(xí)奠定良好的基礎(chǔ)。

3研究過(guò)程

在本學(xué)期的前半部分，該學(xué)校高一年級(jí)學(xué)生在程序設(shè)計(jì)教學(xué)中所使用的是VB編程語(yǔ)言以及Scratch圖形化編程。在后半學(xué)期，學(xué)校引入了極客戰(zhàn)記游戲化教學(xué)平臺(tái)。在實(shí)習(xí)的過(guò)程中，筆者通過(guò)課堂聽(tīng)課觀察、課下向?qū)W生了解學(xué)習(xí)效果來(lái)調(diào)查使用極客戰(zhàn)記教學(xué)平臺(tái)的教學(xué)效果。

3.1 研究對(duì)象

筆者實(shí)習(xí)所在的陜西師范大學(xué)附屬中學(xué)高一年級(jí)的學(xué)生。

3.2 極客戰(zhàn)記在高中編程教學(xué)中的運(yùn)用

在前期的教學(xué)中，老師已經(jīng)向?qū)W生介紹了極客戰(zhàn)記，指導(dǎo)學(xué)生完成了奪取寶石、逃出地牢等關(guān)卡，學(xué)生學(xué)會(huì)了編寫(xiě)讓角色移動(dòng)以及攻擊敵人的指令。本節(jié)課主要來(lái)學(xué)習(xí)循環(huán)結(jié)構(gòu)。通過(guò)讓學(xué)生輸入Python代碼指令控制游戲角色的行動(dòng)的過(guò)程來(lái)讓學(xué)生理解什么是循環(huán)結(jié)構(gòu)以及循環(huán)結(jié)構(gòu)的重要性，學(xué)會(huì)使用Python語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的循環(huán)結(jié)構(gòu)程序。

首先向?qū)W生展示需要用到循環(huán)結(jié)構(gòu)的關(guān)卡，讓學(xué)生思考，互相討論，為了使角色達(dá)到目的地，應(yīng)該怎樣操作。

提示學(xué)生觀察角色在到達(dá)目的地的過(guò)程中的行為，有些動(dòng)作是重復(fù)的，相應(yīng)的語(yǔ)句代碼也是重復(fù)的，引出循環(huán)結(jié)構(gòu)的使用。指導(dǎo)學(xué)生來(lái)使用while true語(yǔ)句結(jié)構(gòu)，完成角色闖關(guān)。

向?qū)W生講解循環(huán)結(jié)構(gòu)，使用循環(huán)結(jié)構(gòu)應(yīng)該注意的地方及其在程序設(shè)計(jì)中的巨大作用。

3.3 教學(xué)效果分析

通過(guò)課堂觀察發(fā)現(xiàn)，在使用VB語(yǔ)言講解循環(huán)結(jié)構(gòu)時(shí)，需要定義變量，語(yǔ)句繁瑣，學(xué)生往往不能很好的理解，導(dǎo)致他們學(xué)習(xí)興趣不高，教學(xué)效果差。在使用極客戰(zhàn)記進(jìn)行教學(xué)時(shí)，游戲化的教學(xué)氛圍能夠充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。使用Python語(yǔ)言，無(wú)需太多的代碼語(yǔ)句，程序簡(jiǎn)單，且Python語(yǔ)句中使用很多的英文單詞，接近人們常用的自然語(yǔ)言，程序代碼容易理解和記憶。在編寫(xiě)好相應(yīng)的程序之后開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，在屏幕左側(cè)會(huì)出現(xiàn)角色的動(dòng)作演示，能夠形象地告訴學(xué)生每一條代碼語(yǔ)句代表的意思，清晰明了，使學(xué)生意識(shí)到編程并沒(méi)有想象中的那么難，從而愿意主動(dòng)地來(lái)學(xué)習(xí)，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性高，課堂教學(xué)氣氛活躍，教學(xué)效果更好。圖形化編程平臺(tái)雖然也是一種游戲化的編程環(huán)境，但是整個(gè)過(guò)程只是圖形化模塊的移動(dòng)拼湊，不涉及代碼的編寫(xiě)。而使用極客戰(zhàn)記時(shí)，學(xué)生需要按照語(yǔ)法規(guī)則編寫(xiě)Python程序代碼，學(xué)生能夠接觸到真正的編程語(yǔ)言。并且在編寫(xiě)代碼的過(guò)程中系統(tǒng)會(huì)有格式提醒，如果出錯(cuò)會(huì)立即提醒。這樣能夠幫助學(xué)生養(yǎng)成良好的代碼編寫(xiě)習(xí)慣，為后續(xù)深入的學(xué)習(xí)奠定良好的基礎(chǔ)。

通過(guò)課下與學(xué)生交流發(fā)現(xiàn)，比起圖形化編程和VB編程，學(xué)生們認(rèn)為極客戰(zhàn)記平臺(tái)編程更好理解更有趣，學(xué)習(xí)起來(lái)相對(duì)輕松，他們更加傾向于極客戰(zhàn)記教學(xué)平臺(tái)。

4結(jié)束語(yǔ)

本次研究通過(guò)課堂聽(tīng)課觀察學(xué)生們?cè)谡n堂上的反應(yīng)、課堂教學(xué)的氣氛以及課下與學(xué)生們進(jìn)行溝通交流，調(diào)查了在中學(xué)編程教學(xué)中使用極客戰(zhàn)記教學(xué)平臺(tái)的教學(xué)效果。結(jié)果表明，極客戰(zhàn)記能夠提供游戲化的編程平臺(tái)，且支持簡(jiǎn)單易學(xué)的Python編程語(yǔ)言。使用極客戰(zhàn)記平臺(tái)進(jìn)行編程教學(xué)，降低了老師的教和學(xué)生的學(xué)的難度，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生養(yǎng)成良好的代碼編寫(xiě)習(xí)慣，為日后的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。相比于VB編程和圖形化編程，極客戰(zhàn)記編程平臺(tái)更加適合高中階段學(xué)生的編程教學(xué)，值得推廣。

本次研究的對(duì)象是高中階段的學(xué)生，研究結(jié)果只能說(shuō)明極客戰(zhàn)記教學(xué)平臺(tái)適合高中階段的學(xué)生，但是是否適合小學(xué)、初中階段的學(xué)生還不能給出結(jié)論。在日后的研究中，應(yīng)當(dāng)擴(kuò)大研究對(duì)象的范圍，確定極客戰(zhàn)記教學(xué)平臺(tái)的適用范圍，提高我國(guó)編程教育的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 向程冠，熊偉程.“做中教，做中學(xué)”在程序設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2017（13）：75-76.

[2] 王楠.編程教育：跨入人工智能時(shí)代的階梯[N].人民政協(xié)報(bào)，2017-10-12.

[3] 歐星星.編程： 通往另一個(gè)世界的大門(mén)[N].電腦報(bào)，2018-01-22.

[4] 狄博，王曉丹.基于Python語(yǔ)言的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)課程教學(xué)[J].計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2014（36）：122-125.

[5] 嵩天，黃天羽.Python語(yǔ)言： 程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革的理想選擇[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2016（2）：42-47.