袁東斌,吳征依

（閩南師范大學教育科學學院，福建漳州 363000）

新世紀以來，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，在中小學階段設置人工智能相關課程，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軟件、游戲的開發(fā)和推廣。”[1]在此背景下，少兒編程教育受到了空前的重視，編程培訓市場勃然興起，影響人群日益擴大。

一、少兒編程在線一對一教學實驗設計與實施

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，線下培訓主要指學生在培訓點進行集中學習，完成學習任務；線上培訓則多通過在線直播形式進行教學。2020年新冠疫情以來，在線一對一教學成了在線編程教學的常用教學模式。因此，在線一對一教學模式是否適用于少兒編程教育、教學效果如何、與線下教學有何差別成了人們關心的問題。

針對以上問題，本研究擬對少兒編程在線一對一教學模式進行研究，通過對學生作品及教學過程的互動行為兩方面進行評價，檢驗在線一對一教學模式的有效性。即通過對實驗組（采用線上一對一教學模式）與對照組（采用線下傳統(tǒng)面授模式）學生編程作品的分析、比較來檢驗教學目標能否達成；通過教學互動分析工具，對在線一對一編程教學及傳統(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、技術應用等維度進行對比研究，對一對一在線教學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學校Scratch編程初級班的學生作為研究對象。該班級學生進入培訓班前均未接觸過編程，實驗前已完成三次課程內(nèi)容的學習。實驗以學生前三次學習后創(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?shù)膶W生作為實驗對象，以保證實驗的有效性。兩名十歲的小學生都是三年級，實驗前都在培訓學校進行線下學習，沒有線上學習的經(jīng)歷，學習進度相同，水平相當。實驗過程中，一名學生通過線下面授的方式進行學習，另一名學生通過線上一對一教學方法進行學習。實驗開始前通過抽簽方式確定學習方式。

（二）實驗過程

線下教學與在線教學兩種教學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流程，選用不同的媒體方案。

1.教學內(nèi)容選擇與教學過程設計

（1）教學內(nèi)容選取

根據(jù)兩位學生原有學習進度，教學內(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)的學習，學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）教學過程設計

經(jīng)過學習內(nèi)容及學習者的特點，對教學過程進行了設計，編寫了教案，線上線下教學內(nèi)容相同，教學流程（如圖1）基本一致，以確保實驗的有效性。

圖1 《大魚吃小魚》教學流程圖

2.教學媒體選擇

（1）線下教學媒體

線下教學媒體主要包括教學用電腦（師生共用），攝像機（記錄教學過程）及PPT軟件，編程教學網(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，反復試驗3次，確保重復性好．

（2）線上一對一教學媒體

遠程教學過程中，除完成教學任務外，教學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媒體

首先，需要進行硬件的選擇，Scratch在線編程的學習一般通過網(wǎng)站進行，教師及學生終端都不需安裝專門的軟件，因此對教師與學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)絡的穩(wěn)定及通暢，教師及學生端均選用網(wǎng)線接入網(wǎng)絡。

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的通訊軟件，完成教學中的語音、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全程進行錄制（如圖2）。利用PowerPoint、Word軟件進行教學內(nèi)容展示、學習作品點評。

最后，選用教學平臺，實驗選用“樂在程中”在線教學網(wǎng)站，該網(wǎng)站可提供Scratch在線編程平臺，同時能對學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效果的關鍵。因此實驗過程中，用攝像機及對線下教學全程錄像，利用EV錄屏軟件對線上教學全程進行記錄（如圖3），再運用課堂分析系統(tǒng)對兩部教學實錄進行分析對比。

圖3 線上一對一編程教學實錄截圖

本實驗采用顧小清[4]等人提出的ITIAS系統(tǒng)作為在線教學互動分析工具，其主要包括教師語言、學生語言、沉寂和技術四大類編碼，具體編碼含義如表1。

表1 基于信息技術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的課堂結(jié)構(gòu)、課堂氛圍和技術應用。因在線一對一教學整個過程都是基于技術進行教學，因此本文中學生共享屏幕和操作實踐都記為編碼17(學生操作技術)，教師共享屏幕記為編碼18（技術作用學生），教師操作演示或播放PPT記為編碼16（教師操作技術）。

三、研究結(jié)果與分析

（一）學生作品分析

在上課過程中，線上及線下教學學生都在老師的指導下完成了“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 線下教學學生編程作品

圖5 在線一對一教學學生編程作品

通過對線下教學學生作品（圖4）進行分析，可以發(fā)現(xiàn)，線下教學學生在經(jīng)過教師指導后，“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。說明通過教學后學生的作品得到優(yōu)化，程序指令更加簡潔明了。

從圖5可以看出，在線學習學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，反映學生能較好地完成學習任務，并能對程序進行優(yōu)化。

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

（二）線下及線上一對一編程教學互動統(tǒng)計

線下面授教學《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《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 線下教學互動遷移矩陣

遠程直播教學視頻生成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、技術應用三方面對編程教學互行為進行分析。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，說明教師和學生的情感氣氛比較融洽，教師對學生的積極強化更多，表達了對學生的期望、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生的情感交流有隔閡，課堂較沉默[5]。

表4 線下教學交互行為比例統(tǒng)計對比表

1.課堂結(jié)構(gòu)分析

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

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，說明在編程教學中，主要是以教師講授和指令行為為主，同時教師通過對學生提問、表揚來引起學生積極應答。其中教師的指令行為多為讓學生共享視頻和進行實踐操作。兩個模式在整個教學過程中能整體呈現(xiàn)出一個良好的學習氛圍，但在線一對一教學與線下面授教學相比，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.技術運用

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

通過學生作品分析與教學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模式與線下教學模式在教學目標達成、課堂結(jié)構(gòu)、師生情感氛圍、技術運用等方面差別不大，在線教學可基本達到線下面授教學效果。在學習過程監(jiān)控記錄和學習行為分析方面，在線教學甚至優(yōu)于線下教學。通過實驗，我們也可以發(fā)現(xiàn)，在保證網(wǎng)絡通暢、軟硬件正常運行的情況下，線上一對一教學模式的教學效果已接近線下教學。此模式也可在更多的學科及領域中推廣，如少兒外語學習、書畫學習、遠程作業(yè)答疑及輔導等。同時線上教學還能突破時空限制，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。