張學(xué)軍　岳彥龍　梁嶼藩

[摘? ?要] 如何培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維是學(xué)術(shù)界和一線教師面對的重要課題。目前利用編程教學(xué)培養(yǎng)計(jì)算思維已經(jīng)取得共識(shí)，數(shù)字化游戲教學(xué)培養(yǎng)計(jì)算思維解決了單純的編程教學(xué)枯燥乏味、難以激發(fā)學(xué)生興趣的難題。文章依據(jù)DGBL理論，在分析計(jì)算思維、Python、數(shù)字化游戲三者關(guān)系的基礎(chǔ)上，提出了Python課程中數(shù)字化游戲教學(xué)培養(yǎng)高中生計(jì)算思維的教學(xué)模型，并以“打飛機(jī)”游戲?yàn)槔M(jìn)行了數(shù)字化游戲教學(xué)案例分析。研究采用實(shí)驗(yàn)組和對照組的前后測實(shí)驗(yàn)，通過四個(gè)月的跟蹤觀察，輔以游戲作品分析、學(xué)業(yè)成績分析和訪談來考察Python課程中數(shù)字化游戲教學(xué)對學(xué)生計(jì)算思維的影響。研究表明：Python課程數(shù)字化游戲教學(xué)能非常顯著地改善高中生的計(jì)算思維態(tài)度，顯著地提升高中生的計(jì)算思維技能，但對高中生考試成績的影響并不顯著?；谘芯拷Y(jié)果，建議Python課程中數(shù)字化游戲教學(xué)要以厘清計(jì)算思維、Python、數(shù)字化游戲之間的關(guān)系為前提，數(shù)字化游戲教學(xué)案例要充分體現(xiàn)上述三者的關(guān)系，并以循序漸進(jìn)原則作為教學(xué)保障。

[關(guān)鍵詞] Python; DGBL; 高中生; 計(jì)算思維; 實(shí)證研究

[中圖分類號] G434? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A

[作者簡介] 張學(xué)軍（1968—），男，甘肅會(huì)寧人。教授，博士，主要從事數(shù)字化教育資源設(shè)計(jì)與開發(fā)、人工智能教育研究。E-mailxjzhang99@163.com。

一、研究背景

美國周以真教授2006年首次提出“計(jì)算思維”概念[1]，此后國內(nèi)外大量研究機(jī)構(gòu)和組織從多個(gè)角度對計(jì)算思維進(jìn)行了廣泛研究，并取得了可喜的成果。新版《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》，將作為該課程學(xué)科核心素養(yǎng)之一的計(jì)算思維解讀為運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，在形成問題解決方案的過程中產(chǎn)生的一系列思維活動(dòng)[2]。

培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的方法有很多，主要包括使用編程、機(jī)器人教育、游戲、基于設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)活動(dòng)等[3]。Lye等通過對已有27項(xiàng)干預(yù)研究的分析，發(fā)現(xiàn)可以在K-12年級學(xué)生中通過編程來實(shí)施面向計(jì)算思維的教學(xué)，并且指出27項(xiàng)干預(yù)研究中的大多數(shù)都給出了積極的結(jié)果[4];Zhang等通過55個(gè)已有綜合實(shí)證研究的分析，發(fā)現(xiàn)可以用Scratch等語言編程為K-9年級學(xué)生計(jì)算思維的發(fā)展提供證據(jù)[5];郁曉華等基于可視化編程工具App Inventor的實(shí)證研究表明，通過可視化編程教學(xué)能夠使初中生和小學(xué)生的計(jì)算思維水平得到顯著提升[6]。

隨著信息化進(jìn)程的日益推進(jìn)，數(shù)字化游戲的教育價(jià)值越來越受到研究者的廣泛關(guān)注和認(rèn)可，并逐漸被引入到課堂教學(xué)中來[7]?；谟螒虻膶W(xué)習(xí)是一種主動(dòng)學(xué)習(xí)的形式，游戲提供了一個(gè)“有意義的框架”來解決學(xué)生要解決的問題。游戲非常吸引人，可以用于編程教學(xué)，從而對學(xué)生產(chǎn)生“積極影響”，借助游戲來培養(yǎng)計(jì)算思維主要有兩種方法：通過設(shè)計(jì)游戲來學(xué)習(xí)”和“通過玩游戲來學(xué)習(xí)”[8];熊秋娥等通過Scratch 游戲化編程的實(shí)證研究表明，通過游戲化編程可以培養(yǎng)小學(xué)生的計(jì)算思維，學(xué)生在計(jì)算概念、計(jì)算實(shí)踐、計(jì)算觀念等能力維度都有了明顯的變化[9]。

近年來浙江、北京、山東等一些發(fā)達(dá)地區(qū)的高中已經(jīng)開設(shè)了Python校本課程[10]，預(yù)計(jì)將會(huì)有更多的地區(qū)也開設(shè)該課程。綜觀國內(nèi)外的研究可以看出，利用編程教學(xué)培養(yǎng)計(jì)算思維已經(jīng)取得共識(shí)，游戲編程教學(xué)培養(yǎng)計(jì)算思維解決了單純的編程枯燥乏味、難以激發(fā)學(xué)生興趣的難題。但是從已有的研究成果來看，游戲化編程培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的研究成果大多集中在小學(xué)階段，使用較多的是圖形化、積木式的Scratch游戲編程教學(xué)，針對高中階段如何設(shè)計(jì)并開展Python游戲編程教學(xué)來培養(yǎng)計(jì)算思維，相關(guān)的較有價(jià)值的研究成果很少。因此，希望通過本文給研究者和一線教師帶來借鑒和啟示。

二、理論基礎(chǔ)

基于數(shù)字游戲的學(xué)習(xí)（Digital Game Based Learning，簡稱DGBL）是任何教育內(nèi)容和數(shù)字游戲相結(jié)合的學(xué)習(xí)方式，背后的假設(shè)是教育內(nèi)容和數(shù)字游戲相結(jié)合的學(xué)習(xí)可以達(dá)到與傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方法一樣好或更好的結(jié)果，基于數(shù)字游戲的學(xué)習(xí)定義為基于計(jì)算機(jī)或在線的任何游戲的學(xué)習(xí)[11]。游戲可能是最吸引人的人類歷史上的消遣，Prensky給出了游戲吸引人的12條理由[11]。基于數(shù)字游戲的學(xué)習(xí)之所以很有效是基于以下幾點(diǎn)：首先，將學(xué)習(xí)放在游戲環(huán)境中，從而增加參與度，這是非常重要的，尤其是對于那些學(xué)習(xí)者不喜歡的學(xué)習(xí)內(nèi)容;其次，采用互動(dòng)式學(xué)習(xí)方式，可以選擇許多不同的形式，這取決于學(xué)習(xí)目標(biāo);最后，設(shè)計(jì)教育內(nèi)容和數(shù)字游戲這兩者的結(jié)合方式。有很多方法可以做到這一點(diǎn)，最好的解決方案是高度情境化的?？梢詮膬蓚€(gè)主要方面來考慮基于數(shù)字游戲的學(xué)習(xí)：參與和學(xué)習(xí)（如圖1所示）?；谟?jì)算機(jī)的訓(xùn)練（CBT）基本上是低參與性/低學(xué)習(xí)性的（左下象限），游戲以及一些寓教于樂的游戲是高參與性/低學(xué)習(xí)性的（左上象限），基于數(shù)字游戲的學(xué)習(xí)（DGBL）是高參與性/高學(xué)習(xí)性的（右上象限），暫時(shí)還未發(fā)現(xiàn)真正高學(xué)習(xí)性但低參與性的東西。設(shè)計(jì)基于數(shù)字游戲的學(xué)習(xí)時(shí)，必須始終考慮這兩個(gè)方面。如果對學(xué)習(xí)不夠重視，就有可能淪為游戲;如果對參與性不夠重視，就有滑向CBT的風(fēng)險(xiǎn)。

三、Python課程數(shù)字化游戲教學(xué)培養(yǎng)

高中生計(jì)算思維的教學(xué)模型

（一）計(jì)算思維、Python、數(shù)字化游戲關(guān)系模型

要構(gòu)建Python課程數(shù)字化游戲教學(xué)培養(yǎng)高中生計(jì)算思維的教學(xué)模型，首先要厘清計(jì)算思維、Python、數(shù)字化游戲三者之間的關(guān)系。在詳細(xì)分析了計(jì)算思維的要素、Python的要素及數(shù)字化游戲的要素后，構(gòu)建的三者的關(guān)系模型如圖2所示。

關(guān)系模型分為三層，由內(nèi)向外依次為計(jì)算思維、Python、數(shù)字化游戲。這樣考慮的理由如下：首先，培養(yǎng)計(jì)算思維是目標(biāo)，因此計(jì)算思維處于核心地位，屬于第一層;其次，要考慮用什么方法來培養(yǎng)計(jì)算思維，本文采用的方法是編程，用到的編程語言是Python，因此Python處于實(shí)現(xiàn)方法的地位，屬于第二層;最后，Python編程培養(yǎng)計(jì)算思維的具體方法有很多，由于編程一般而言比較枯燥，為了更好地激發(fā)高中生的興趣，這里選擇了比較吸引學(xué)生的數(shù)字化游戲，因此數(shù)字化游戲處于方法具體化的地位，屬于第三層。

首先，籠統(tǒng)地培養(yǎng)計(jì)算思維有一定的難度，要培養(yǎng)計(jì)算思維就要將計(jì)算思維細(xì)化，分解為若干個(gè)要素，最后將分解的這些要素融入教學(xué)，從而方便最后的測評。本文依據(jù)有較大影響力的Google公司2018年推出的面向全球的計(jì)算思維課程，該課程將計(jì)算思維分為分解、模式識(shí)別、抽象和算法四個(gè)要素[12]。其次，需要找到分解、模式識(shí)別、抽象、算法四個(gè)要素在Python中是如何實(shí)現(xiàn)的。Python是面向?qū)ο笳Z言，因此可以將面向?qū)ο笳Z言通用的要素作為Python的要素。面向?qū)ο笳Z言中通用的要素可以概括為五大關(guān)鍵詞：類、對象、屬性、方法和事件，因此能體現(xiàn)Python最通用的要素也就是這五大關(guān)鍵詞。分解主要通過Python中的方法和事件來實(shí)現(xiàn)，模式識(shí)別也主要通過Python中的方法和事件來實(shí)現(xiàn)，抽象則要完整通過Python中的類、對象、屬性、方法和事件來實(shí)現(xiàn)，算法也要完整通過Python中的類、對象、屬性、方法和事件來實(shí)現(xiàn)。最后，還需要找到Python中的這五大關(guān)鍵詞如何實(shí)現(xiàn)數(shù)字化游戲中必備的要素，如角色、任務(wù)、場景、交互、挑戰(zhàn)、規(guī)則等。數(shù)字化游戲中的交互主要由Python中的方法、事件來實(shí)現(xiàn)，數(shù)字化游戲中的任務(wù)也主要由Python中的方法、事件來實(shí)現(xiàn)，數(shù)字化游戲中的規(guī)則主要由Python中的方法、事件來實(shí)現(xiàn)，數(shù)字化游戲中的角色、場景、挑戰(zhàn)則要由五大關(guān)鍵詞聯(lián)合來實(shí)現(xiàn)。

（二）Python課程數(shù)字化游戲教學(xué)培養(yǎng)高中生計(jì)算思維的教學(xué)模型

在厘清計(jì)算思維、Python、數(shù)字化游戲三者關(guān)系的基礎(chǔ)上，結(jié)合教學(xué)設(shè)計(jì)的知識(shí)構(gòu)建的Python課程數(shù)字化游戲教學(xué)培養(yǎng)高中生計(jì)算思維的教學(xué)模型如圖3所示。

高中生計(jì)算思維的教學(xué)模型

對教師而言，首先要確定所教Python課程的教學(xué)目標(biāo)，分析高中生的現(xiàn)有基礎(chǔ)和認(rèn)知水平等，分析教學(xué)內(nèi)容;然后設(shè)置相應(yīng)的問題，創(chuàng)設(shè)數(shù)字化游戲的教學(xué)情境;接著講解具體的數(shù)字化游戲中涉及的Python知識(shí);然后在具體的數(shù)字化游戲中參考圖2詳細(xì)分析計(jì)算思維、Python、數(shù)字化游戲三者之間的對應(yīng)關(guān)系;接著觀察高中生的反應(yīng)并提供相應(yīng)的指導(dǎo);最后針對高中生的學(xué)習(xí)進(jìn)行點(diǎn)評與總結(jié)。

對高中生而言，首先要確定所學(xué)習(xí)的Python課程的目標(biāo);然后感知并熟悉數(shù)字化游戲?qū)W習(xí)情境，并明確教師設(shè)置的問題;接著需要理解教師所講授的Python知識(shí)并將在相應(yīng)的數(shù)字化游戲中轉(zhuǎn)化知識(shí)，觀察并思考數(shù)字化游戲的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn);然后在具體的數(shù)字化游戲的學(xué)習(xí)中利用分解、模式識(shí)別、抽象、算法等計(jì)算思維要素分析問題，提出相應(yīng)的解決方案并實(shí)施該方案;最后對自己的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行反思與總結(jié)，并和大家分享和交流。

四、研究設(shè)計(jì)與結(jié)果分析

（一）研究方法

（1）訪談法。數(shù)字化游戲教學(xué)實(shí)施完成后對選定的高一實(shí)驗(yàn)班的8名學(xué)生進(jìn)行了訪談，訪談內(nèi)容主要包括三個(gè)方面：學(xué)生對Python知識(shí)的掌握情況;學(xué)生對Python編程學(xué)習(xí)的新感受、新認(rèn)識(shí);學(xué)生對基于數(shù)字游戲?qū)W習(xí)的體驗(yàn)與感受。

（2）準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)法。對選取的高一兩個(gè)班級的學(xué)生分別采用不同的教學(xué)方式（數(shù)字化游戲教學(xué)和傳統(tǒng)教學(xué)）進(jìn)行教學(xué)實(shí)驗(yàn)，通過四個(gè)月的跟蹤觀察，采用實(shí)驗(yàn)組和對照組的前后測實(shí)驗(yàn)，輔以游戲作品分析、學(xué)業(yè)成績分析等手段來考察數(shù)字化游戲教學(xué)方式對高中生計(jì)算思維水平的影響。實(shí)驗(yàn)假設(shè)為：采用數(shù)字化游戲教學(xué)方式比傳統(tǒng)教學(xué)方式能更好地提升高中生的計(jì)算思維水平。

（二）研究對象

研究對象選取杭州市G學(xué)校高一年級計(jì)算思維前測水平相近的兩個(gè)班，共90名學(xué)生，其中A班46人為實(shí)驗(yàn)組，采用數(shù)字化游戲教學(xué)方式;B班44人為對照組，采用傳統(tǒng)教學(xué)方式。實(shí)驗(yàn)組和對照組的授課教師相同。

（三）研究工具

研究工具包括計(jì)算思維評價(jià)指標(biāo)體系。計(jì)算思維評價(jià)指標(biāo)體系采用陳興冶等編制的本土化計(jì)算思維評價(jià)指標(biāo)體系[13]，該指標(biāo)體系共有30個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，一級指標(biāo)分為計(jì)算思維態(tài)度和計(jì)算思維技能，其中計(jì)算思維態(tài)度包含情感態(tài)度、思維品質(zhì)、合作學(xué)習(xí)三個(gè)二級指標(biāo)，計(jì)算思維技能包含分解、抽象、概括、算法、評估五個(gè)二級指標(biāo)，該指標(biāo)體系已被研究證明具有良好的信效度。

（四）“打飛機(jī)”游戲教學(xué)案例分析

教師首先設(shè)定好教學(xué)目標(biāo)（包括計(jì)算思維目標(biāo)、Python知識(shí)目標(biāo)、游戲目標(biāo)）;其次，進(jìn)行學(xué)習(xí)者分析：教學(xué)對象是高一年級的學(xué)生，對游戲編程很有興趣，在前面的課程中已經(jīng)掌握了如何用Python中的變量、列表、判斷、循環(huán)、函數(shù)等知識(shí)來實(shí)現(xiàn)“打飛機(jī)”游戲，具備了游戲編程的基本能力，但并沒有學(xué)習(xí)過Python中類、對象、屬性、方法和事件五大核心概念;然后分析教學(xué)內(nèi)容：用類實(shí)現(xiàn)“打飛機(jī)”游戲，涉及的Python知識(shí)點(diǎn)主要包括類、對象、屬性、方法和事件五大核心概念，涉及的數(shù)字化游戲內(nèi)容為運(yùn)用五大核心概念來實(shí)現(xiàn)“打飛機(jī)”游戲。在教學(xué)中教師首先給出兩個(gè)問題：（1）Python知識(shí)問題：為什么Python中面向?qū)ο蟮奈宕蠛诵母拍钍墙鉀Q問題的通用概念？（2）“打飛機(jī)”游戲問題：如何運(yùn)用五大核心概念來實(shí)現(xiàn)“打飛機(jī)”游戲？然后打開前面的課已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了的“打飛機(jī)”編程代碼視圖作為創(chuàng)設(shè)的數(shù)字化游戲環(huán)境;接著教師精講Python中面向?qū)ο缶幊痰奈宕蠛诵母拍?然后在“打飛機(jī)”游戲中參考圖2詳細(xì)分析計(jì)算思維、Python、數(shù)字化游戲三者之間的對應(yīng)關(guān)系;接著學(xué)生分析前面教師設(shè)置的相關(guān)問題，提出相應(yīng)的解決方案并實(shí)施該方案;然后教師觀察學(xué)生的反應(yīng)并提供相應(yīng)的指導(dǎo);最后教師針對學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)行點(diǎn)評與總結(jié)。

學(xué)生首先設(shè)定好學(xué)習(xí)目標(biāo)：（1）計(jì)算思維目標(biāo)：培養(yǎng)分解、模式識(shí)別、抽象和算法思維;（2）Python知識(shí)目標(biāo)：掌握Python中類、對象、屬性、方法和事件五大核心概念;（3）游戲目標(biāo)：實(shí)現(xiàn)打飛機(jī)的任務(wù)并順利過關(guān)。其次，需要依據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)理解教師所講授的Python中類、對象、屬性、方法和事件五大核心概念，并在“打飛機(jī)”游戲中運(yùn)用這五大核心概念。然后，學(xué)生根據(jù)教師對“打飛機(jī)”游戲中計(jì)算思維、Python、數(shù)字化游戲三者之間的關(guān)系分析建立詳細(xì)的對應(yīng)關(guān)系（見表1）。

接著在“打飛機(jī)”游戲的學(xué)習(xí)中利用分解、模式識(shí)別、抽象、算法等計(jì)算思維要素分析教師設(shè)置的問題，提出相應(yīng)的解決方案并實(shí)施該方案;然后教師觀察學(xué)生的反應(yīng)并提供相應(yīng)的指導(dǎo);最后學(xué)生對自己的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行反思與總結(jié)，并和大家分享和交流。

（五）研究過程

研究從2019年8月末起至2019年12月末結(jié)束，為期四個(gè)月。實(shí)驗(yàn)組采用數(shù)字化游戲教學(xué)方式，涉及五個(gè)數(shù)字化游戲教學(xué)項(xiàng)目（猜單詞、打飛機(jī)、貪吃蛇、俄羅斯方塊、五子棋）共授課32課時(shí)，每周2個(gè)課時(shí);對照組采用傳統(tǒng)教學(xué)方式，涉及Python中的主要學(xué)習(xí)內(nèi)容包括常用數(shù)據(jù)類型、流程結(jié)構(gòu)、函數(shù)、算法、文件操作、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)等，共授課32課時(shí)，每周2個(gè)課時(shí)。為了檢測數(shù)字化游戲教學(xué)對高中生計(jì)算思維培養(yǎng)的影響，本研究在課程教學(xué)前后分別對實(shí)驗(yàn)組、對照組進(jìn)行了計(jì)算思維前后測試，分析了兩個(gè)組計(jì)算思維的變化情況;教學(xué)結(jié)束后通過Python試題測試了兩個(gè)組Python知識(shí)的掌握情況，對兩個(gè)組提交的Python編程作品進(jìn)行了分析，并對實(shí)驗(yàn)組通過訪談分析了學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度的變化。

（六）數(shù)據(jù)分析

1. 學(xué)生計(jì)算思維水平對比分析

在學(xué)期始末以網(wǎng)絡(luò)問卷的形式分別對兩組學(xué)生的計(jì)算思維水平進(jìn)行前后測，在分析數(shù)據(jù)前對問卷的信效度進(jìn)行了檢測，數(shù)據(jù)見表2，問卷前后測總體的Cronbachs Alpha、KMO以及Bartlett球形檢驗(yàn)值都符合正常值，表明該問卷結(jié)構(gòu)優(yōu)良、具有可信度。

利用SPSS 22.0對測試結(jié)果進(jìn)行了獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，對問卷前后測各維度的均值進(jìn)行了比較，如圖4所示。通過前測發(fā)現(xiàn)對照組和實(shí)驗(yàn)組在計(jì)算思維上無顯著差異，學(xué)生的計(jì)算思維水平相當(dāng);通過后測發(fā)現(xiàn)學(xué)生在計(jì)算思維各維度上后測均值比前測有較大的提升，表明經(jīng)過一學(xué)期的學(xué)習(xí)，兩組學(xué)生的計(jì)算思維都得到顯著提升，且實(shí)驗(yàn)組提升幅度明顯高于對照組。此外，對實(shí)驗(yàn)組和對照組在計(jì)算思維各維度上進(jìn)行了比較，其中情感態(tài)度（p=0.000<0.001）、思維品質(zhì)（p=0.000<0.001）、合作學(xué)習(xí)（p=0.000<0.001）、抽象（p=0.000<0.001）、算法（p=0.000<0.001）、評估（p=0.000<0.001）六個(gè)維度極為顯著，概括（p=0.004<0.01）維度顯著，分解（p=0.026<0.05）維度較為顯著。因此，與傳統(tǒng)教學(xué)方式相比，利用數(shù)字化游戲教學(xué)方式提升學(xué)生的計(jì)算思維水平更為顯著。

2. 學(xué)生成績分析

在學(xué)期末測試了兩組學(xué)生對常用數(shù)據(jù)類型、流程結(jié)構(gòu)、函數(shù)、算法、文件操作等Python知識(shí)的掌握情況，見表3。對照組成績均值為67.91，實(shí)驗(yàn)組成績均值為68.80，從均值來看，實(shí)驗(yàn)組稍微好于對照組，兩組成績的p（=0.532）>0.05，兩組成績無顯著差異，結(jié)合上圖4兩組后測在情感態(tài)度、思維品質(zhì)、合作學(xué)習(xí)維度差異的分析，表明雖然兩種教學(xué)方式在促進(jìn)學(xué)生知識(shí)內(nèi)容掌握方面沒有顯著差異，但是采用數(shù)字化游戲教學(xué)方式能夠激發(fā)并維持學(xué)生的興趣與學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，真正實(shí)現(xiàn)玩中學(xué)。

3. 學(xué)生Python編程作品分析

為了研究實(shí)驗(yàn)前后兩組學(xué)生的Python編程作品在計(jì)算思維各維度上是否有差異，對兩組學(xué)生的Python編程作品中所涵蓋的計(jì)算思維條目進(jìn)行計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)，對計(jì)數(shù)結(jié)果用SPSS22.0進(jìn)行了描述性分析，見表4。

由于使用Shapiro-Wilk Test 檢驗(yàn)該組數(shù)據(jù)不服從正態(tài)分布，故采用 Wilcoxon 符號秩檢驗(yàn)分析實(shí)驗(yàn)組和對照組的Python編程作品對應(yīng)的計(jì)算思維各維度數(shù)量是否有差異，見表5。

數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)組和對照組學(xué)生的Python編程作品在計(jì)算思維中的分解、抽象、算法（p<0.01）、模式識(shí)別（p<0.05）四個(gè)維度上出現(xiàn)了顯著性差異，且實(shí)驗(yàn)組得分高于對照組。

4. 學(xué)生訪談分析

Python課程數(shù)字化游戲教學(xué)活動(dòng)完成后，對實(shí)驗(yàn)組學(xué)生進(jìn)行了訪談，訪談內(nèi)容包含以下三個(gè)方面：首先是學(xué)生對Python知識(shí)的掌握情況;其次是學(xué)生對Python編程學(xué)習(xí)的新感受、新認(rèn)識(shí);最后是學(xué)生對基于數(shù)字游戲?qū)W習(xí)的體驗(yàn)與感受。訪談結(jié)果如下：

（1）學(xué)生對Python的知識(shí)的掌握情況。從“可以完全理解，掌握程度達(dá)到80%左右”“較好掌握了Python知識(shí)，能夠用在游戲元素中”等學(xué)生的回答中可以發(fā)現(xiàn)，大部分學(xué)生對Python知識(shí)的理解與掌握較透徹。

（2）學(xué)生對Python編程學(xué)習(xí)的新感受、新認(rèn)識(shí)。從“沒有想到簡單的幾行Python代碼就能讓飛機(jī)移動(dòng)并且發(fā)射子彈”“以往對Python學(xué)習(xí)興趣不大，尤其是編寫代碼感覺有點(diǎn)枯燥，但是現(xiàn)在覺得很有意思”等學(xué)生的回答中可以看出，Python課程的數(shù)字化游戲編程教學(xué)能夠吸引學(xué)生、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（3）學(xué)生對基于數(shù)字游戲?qū)W習(xí)的體驗(yàn)與感受。從 “能在玩游戲的過程中學(xué)到知識(shí)，這是很棒的體驗(yàn)”“編出游戲讓我有了很大的滿足感”等的回答中可以看出學(xué)生對基于數(shù)字游戲?qū)W習(xí)的喜愛，認(rèn)為游戲讓學(xué)習(xí)更加有趣、形象，提升了學(xué)習(xí)的成就感。

（七）討論與分析

1. Python課程數(shù)字化游戲教學(xué)能非常顯著地改善高中學(xué)生的計(jì)算思維態(tài)度

計(jì)算思維態(tài)度的評價(jià)包括情感態(tài)度、思維品質(zhì)和合作學(xué)習(xí)三個(gè)維度，實(shí)驗(yàn)組和對照組在這三個(gè)維度上的差異極為顯著（p=0.000<0.001）。Python課程的數(shù)字化游戲編程教學(xué)能夠吸引學(xué)生、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣;學(xué)生對基于數(shù)字游戲的學(xué)習(xí)非常喜愛，認(rèn)為游戲讓學(xué)習(xí)更加有趣、形象，提升了學(xué)習(xí)的成就感。在數(shù)字化游戲教學(xué)中分解、模式識(shí)別、抽象、算法這四種思維都得到了很好的培養(yǎng)，因此學(xué)生的思維品質(zhì)得到了顯著的提升。

2. Python課程數(shù)字化游戲教學(xué)能顯著地提升高中學(xué)生的計(jì)算思維技能

計(jì)算思維技能的評價(jià)包括分解、抽象、概括、算法、評估五個(gè)維度，實(shí)驗(yàn)組和對照組在抽象、算法、評估三個(gè)維度上的差異極為顯著（p=0.000<0.001），在概括維度上的差異顯著（p=0.004<0.01），在分解維度上的差異較為顯著（p=0.026<0.05）。其中抽象、算法、分解技能的提升在學(xué)生的編程作品中也得到了證實(shí)，只不過學(xué)生在調(diào)查問卷、編程作品中針對分解維度有所差異，調(diào)查問卷結(jié)果分解維度的差異較為顯著而編程作品分解維度的差異表現(xiàn)為極為顯著。Python課程數(shù)字化游戲教學(xué)模型厘清了計(jì)算思維、Python課程和數(shù)字化游戲三者的關(guān)系，并將其很好地融入數(shù)字化游戲教學(xué)中，計(jì)算思維包含的分解、抽象、算法三個(gè)維度與計(jì)算思維技能評價(jià)的三個(gè)維度一一對應(yīng)，因此能得到很好的培養(yǎng)。

3. Python課程數(shù)字化游戲教學(xué)對高中生考試成績的影響不顯著

通過對實(shí)驗(yàn)組和對照組在實(shí)驗(yàn)后成績的分析中發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)班的Python考試成績沒有顯著性差異（p（=0.532）>0.05），但實(shí)驗(yàn)組的平均成績略高于對照組。實(shí)驗(yàn)組和對照組的考試成績相近，原因可能是由于對照組在系統(tǒng)性學(xué)習(xí)并掌握知識(shí)方面占時(shí)間優(yōu)勢，而實(shí)驗(yàn)組在涉及游戲案例中用到的知識(shí)時(shí)發(fā)揮出色但缺少對知識(shí)的系統(tǒng)性學(xué)習(xí)。實(shí)驗(yàn)至少證明數(shù)字化游戲教學(xué)方式并沒有導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)成績出現(xiàn)明顯的下降。

五、Python課程中數(shù)字化游戲教學(xué)培養(yǎng)

高中生計(jì)算思維的教學(xué)啟示

（一）厘清計(jì)算思維、Python、數(shù)字化游戲之間的關(guān)系是Python課程中實(shí)施數(shù)字化游戲教學(xué)培養(yǎng)高中生計(jì)算思維的前提

一方面，計(jì)算思維是培養(yǎng)目標(biāo)，Python是實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)的手段，要將計(jì)算思維的分解、抽象、模式識(shí)別和算法各要素?zé)o縫地融入到Python課程中才有可能落實(shí)計(jì)算思維的培養(yǎng)。另一方面，在Python課程中通過數(shù)字化游戲編程教學(xué)就能較好地解決學(xué)生的興趣問題。Python是培養(yǎng)計(jì)算思維的手段，而數(shù)字化游戲則是從眾多Python手段中選擇出來的、能解決學(xué)生興趣問題的優(yōu)選手段。厘清了計(jì)算思維、Python和數(shù)字化游戲三者之間的關(guān)系就為在Python課程中實(shí)施數(shù)字化游戲教學(xué)培養(yǎng)高中生計(jì)算思維打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（二）在數(shù)字化游戲教學(xué)案例中體現(xiàn)計(jì)算思維、Python、數(shù)字化游戲之間的關(guān)系是Python課程中實(shí)施數(shù)字化游戲教學(xué)培養(yǎng)高中生計(jì)算思維的關(guān)鍵

從“打飛機(jī)”游戲的教學(xué)案例可以發(fā)現(xiàn)，要真正落實(shí)計(jì)算思維的培養(yǎng)，就要將計(jì)算思維的分解、模式識(shí)別、抽象和算法四個(gè)要素一一對應(yīng)到Python中的類、對象、屬性、方法和事件這五大關(guān)鍵詞上，并且需要在Python編程中體現(xiàn)這五大關(guān)鍵詞。在此基礎(chǔ)上，要將計(jì)算思維的四個(gè)要素對應(yīng)到“打飛機(jī)”游戲中，同時(shí)體現(xiàn)數(shù)字化游戲的各個(gè)要素如角色、任務(wù)、場景、交互、挑戰(zhàn)、規(guī)則等。

（三）循序漸進(jìn)原則是Python課程中實(shí)施數(shù)字化游戲教學(xué)培養(yǎng)高中生計(jì)算思維的保障

首先，數(shù)字化游戲教學(xué)不是只教游戲不講知識(shí)，而是遵循先知識(shí)后游戲的原則，一方面，Python知識(shí)是用類實(shí)現(xiàn)數(shù)字化游戲（如“打飛機(jī)”游戲）的基礎(chǔ)，不掌握Python知識(shí)就不可能直接開發(fā)出數(shù)字化游戲;另一方面，不同于傳統(tǒng)的Python課程教學(xué)，數(shù)字化游戲教學(xué)中的Python知識(shí)要精講，不要花費(fèi)過多的時(shí)間，因?yàn)閿?shù)字化游戲是重點(diǎn)，通過數(shù)字化游戲也會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)Python知識(shí)的掌握。其次，同一個(gè)數(shù)字化游戲，數(shù)字化游戲教學(xué)要遵循循序漸進(jìn)原則。最后，講授的不同數(shù)字化游戲之間，數(shù)字化游戲教學(xué)也應(yīng)遵循循序漸進(jìn)原則。

六、結(jié)? ?語

本文在反思傳統(tǒng)Python教學(xué)培養(yǎng)計(jì)算思維局限性的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了計(jì)算思維、Python、數(shù)字化游戲三者之間的關(guān)系模型，依據(jù)該模型設(shè)計(jì)了Python課程中數(shù)字化游戲教學(xué)培養(yǎng)高中生計(jì)算思維的教學(xué)模型，并給出了相應(yīng)的教學(xué)案例，實(shí)證研究結(jié)果表明Python課程中數(shù)字化游戲教學(xué)能夠較好地培養(yǎng)高中生的計(jì)算思維。目前還沒有形成統(tǒng)一的計(jì)算思維的劃分標(biāo)準(zhǔn)，如何通過新課標(biāo)中的一系列課程來培養(yǎng)高中生的計(jì)算思維需要通過理論和實(shí)踐的不斷探索才能真正落地，希望通過本文給研究者和一線教師帶來借鑒和啟示。

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