基于可視化學(xué)習(xí)技術(shù)的初中創(chuàng)意編程課程教學(xué)研究

鐘翠玲

摘要：隨著人工智能時(shí)代的來(lái)臨，社會(huì)對(duì)高質(zhì)量人才需求劇增，編程教育作為培養(yǎng)人才的重要途徑受到了國(guó)家和社會(huì)的重視。然而，編程課程實(shí)施存在諸多問(wèn)題，最主要的是學(xué)生有限的學(xué)習(xí)水平無(wú)法理解復(fù)雜的編程知識(shí)。因此，本文將基于目前中小學(xué)編程課程發(fā)展現(xiàn)狀，從可視化學(xué)習(xí)技術(shù)的角度切入，探究初中編程課程的有效教學(xué)方式。

關(guān)鍵詞：可視化學(xué)習(xí)技術(shù);創(chuàng)意編程課程;教學(xué)方式

中圖分類(lèi)號(hào)：G434? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）23-0184-02

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

以往編程課程大多設(shè)置在高等教育階段，中小學(xué)階段對(duì)于編程教育關(guān)注較少，而隨著社會(huì)對(duì)創(chuàng)新人才需求的提高，編程課程逐漸受到廣泛關(guān)注。教育部辦公廳關(guān)于印發(fā)《2019年教育信息化和網(wǎng)絡(luò)安全工作要點(diǎn)》的通知中，提出在中小學(xué)階段逐步推廣編程教育，培養(yǎng)以及提升學(xué)生的信息素養(yǎng)。[1]目前許多中小學(xué)校開(kāi)設(shè)各類(lèi)編程課程，意圖培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，提高學(xué)生信息素養(yǎng)，提升社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)力。然而，編程學(xué)習(xí)難度較大，中小學(xué)生的已有認(rèn)知水平難以接收復(fù)雜的程序設(shè)計(jì)知識(shí)，學(xué)習(xí)效果不佳。

1 中小學(xué)編程課程發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 青少年直接使用代碼編程存在的問(wèn)題

從學(xué)生層面分析，傳統(tǒng)的編程語(yǔ)言（如Visual Basic、C語(yǔ)言等等）是基于文字和符號(hào)的方式來(lái)學(xué)習(xí)的，內(nèi)容十分枯燥復(fù)雜，特別是程序編寫(xiě)部分因其過(guò)于復(fù)雜容易使學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知負(fù)荷，難以理解和接受。而且初學(xué)者也難以直觀(guān)地看到編程的應(yīng)用效果，在程序結(jié)果的檢驗(yàn)方式上，大多是以虛擬或仿真的結(jié)果為主，脫離硬件的直觀(guān)體現(xiàn)，無(wú)法吸引學(xué)習(xí)者的興趣。[2]同時(shí)，應(yīng)用程序代碼控制硬件中有許多復(fù)雜而高深的電子元件知識(shí)、硬件控制知識(shí)，中小學(xué)生接觸得更少甚至是沒(méi)有接觸過(guò)，這些都使得學(xué)生對(duì)編程望而卻步。

從教師層面分析，在當(dāng)前的信息技術(shù)課程的算法與程序設(shè)計(jì)的教學(xué)中，大多教師在教學(xué)方法上仍?xún)A向于傳統(tǒng)的講授法與演示法，在教學(xué)內(nèi)容上著重于程序編寫(xiě)規(guī)則及語(yǔ)法的講解，教學(xué)知識(shí)顯得抽象、枯燥，影響了課程目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。[3]而且編程課程的教學(xué)任務(wù)大多遠(yuǎn)離學(xué)生學(xué)習(xí)和生活實(shí)際，不符合學(xué)生心理特點(diǎn)，使學(xué)生難以理解程序設(shè)計(jì)的思想。[4]

1.2圖形化編程軟件的優(yōu)勢(shì)

圖形化編程即使用基于圖形的編程方式，圖形化編程工具的定位是替換原有復(fù)雜的文本編程方式[5]。與枯燥的代碼編程語(yǔ)言相比，圖形化編程能夠減輕學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)編程的難度，通過(guò)可視化的學(xué)習(xí)方式增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)編程的興趣，提高學(xué)習(xí)效率，從而培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維、創(chuàng)新能力的發(fā)展。

Scratch是目前圖形化編程中最受中小學(xué)師生歡迎的一款編程軟件，它的主要特點(diǎn)是使用者無(wú)需學(xué)習(xí)代碼編程復(fù)雜的語(yǔ)法，只需要通過(guò)鼠標(biāo)拖動(dòng)積木形狀的模塊到程序編輯欄來(lái)構(gòu)成程序的命令和參數(shù)，這樣降低了學(xué)習(xí)編程的難度，圖形化的界面也使學(xué)生容易對(duì)學(xué)習(xí)Scratch產(chǎn)生興趣。并且Scratch的多媒體功能強(qiáng)大，集成了圖片、聲效、動(dòng)作、外觀(guān)等編程部件和鍵盤(pán)、鼠標(biāo)等事件部件，利用Scratch可以方便地創(chuàng)作故事、動(dòng)畫(huà)、游戲等多媒體程序，教師采用適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方式，能夠使學(xué)生輕松掌握編程知識(shí)與腳本編寫(xiě)的方法。

2可視化學(xué)習(xí)技術(shù)

2.1可視化學(xué)習(xí)概述

可視化，簡(jiǎn)單而言就是把所需要的信息用圖形圖像等直觀(guān)可視的方式表達(dá)出來(lái)，能夠簡(jiǎn)單直觀(guān)地認(rèn)識(shí)信息所表達(dá)的深層含義。可視化早在上世紀(jì)就應(yīng)用到實(shí)際工作中，隨著計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)的發(fā)展，可視化學(xué)習(xí)不斷發(fā)展演變，衍生出思維可視化、知識(shí)可視化、數(shù)據(jù)可視化等不同的可視化學(xué)習(xí)類(lèi)型。在教育教學(xué)領(lǐng)域，目前中小學(xué)階段應(yīng)用較為普及的可視化學(xué)習(xí)類(lèi)型主要是思維可視化與知識(shí)可視化。

思維可視化，即把看不見(jiàn)的思維過(guò)程以圖示的方式呈現(xiàn)出來(lái)，以方便人們思考、表達(dá)、理解并促進(jìn)交流。在教學(xué)中許多教師也應(yīng)用思維可視化的理論方法和技術(shù)工具來(lái)提高教學(xué)效率以及提升學(xué)生的思維能力，比如教師靈活運(yùn)用思維導(dǎo)圖、思維地圖等方式來(lái)幫助學(xué)生發(fā)散思維，從而達(dá)到教學(xué)目的。

知識(shí)可視化，國(guó)內(nèi)著名學(xué)者趙國(guó)慶對(duì)其定義為“知識(shí)可視化是研究如何應(yīng)用視覺(jué)表征改進(jìn)兩個(gè)或兩個(gè)以上人之間復(fù)雜知識(shí)創(chuàng)造與傳遞的學(xué)科”。[6]即是通過(guò)圖形圖像的方式對(duì)知識(shí)進(jìn)行重構(gòu)、記憶和應(yīng)用，促進(jìn)有意義學(xué)習(xí)。在中小學(xué)的課程教學(xué)中，許多學(xué)科都有應(yīng)用知識(shí)可視化的方式來(lái)整理知識(shí)內(nèi)容，幫助學(xué)生梳理知識(shí)點(diǎn)，鞏固知識(shí)。

2.2 知識(shí)可視化工具與技術(shù)

隨著知識(shí)可視化的不斷發(fā)展，人們把知識(shí)可視化應(yīng)用于不同的行業(yè)領(lǐng)域，知識(shí)可視化工具的研究與使用也越來(lái)越多。在編程課程中常用的知識(shí)可視化工具主要有思維導(dǎo)圖、流程圖等。

思維導(dǎo)圖是一種有效表達(dá)發(fā)散性思維的圖形思維工具，它主要是運(yùn)用圖文并重的技巧，將各級(jí)主題的關(guān)系用相關(guān)的層級(jí)圖表現(xiàn)出來(lái)，把主題關(guān)鍵詞與圖像、顏色等建立記憶鏈接，充分利用左右腦的機(jī)能和記憶、閱讀、思維的規(guī)律，幫助人們?cè)诳茖W(xué)與藝術(shù)、邏輯與想象中平衡發(fā)展，促進(jìn)思維能力的提升。[7]在實(shí)際的課程教學(xué)中教師引導(dǎo)學(xué)生用思維導(dǎo)圖，有助于學(xué)生發(fā)散思維，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。

流程圖是指用相互關(guān)聯(lián)的線(xiàn)性連接線(xiàn)把方框的文本連接起來(lái)，通過(guò)這種直觀(guān)的圖形圖像的形式來(lái)解釋執(zhí)行或者完成某一任務(wù)的程序和步驟。流程圖還可以清晰、直觀(guān)、形象的將學(xué)生的思維過(guò)程外顯出來(lái)，利于教師對(duì)學(xué)生思維障礙點(diǎn)的察覺(jué)，提高教學(xué)中思維訓(xùn)練的針對(duì)性和有效性。[8]把流程圖應(yīng)用在編程教學(xué)中，能夠幫助學(xué)習(xí)者清晰地認(rèn)識(shí)理解事件的發(fā)生順序并且有效地概括出某一過(guò)程的各個(gè)階段，降低學(xué)習(xí)難度。

3 基于可視化學(xué)習(xí)技術(shù)的初中創(chuàng)意編程課程教學(xué)設(shè)計(jì)

創(chuàng)意編程以圖形化的界面與拖動(dòng)積木的簡(jiǎn)單操作步驟成為中小學(xué)校開(kāi)設(shè)應(yīng)用較多的編程課程，然而，復(fù)雜的編程知識(shí)對(duì)于學(xué)生而言還是有一定的難度。基于此，本文以初中Scratch課程為例，把可視化學(xué)習(xí)技術(shù)融入創(chuàng)意編程課程中，設(shè)計(jì)可視化技術(shù)支持下的創(chuàng)意編程課程教學(xué)活動(dòng)，探究基于可視化學(xué)習(xí)技術(shù)的初中創(chuàng)意編程課程的教學(xué)效果。

3.1 教學(xué)前期分析

1）教學(xué)對(duì)象分析

初中生處于認(rèn)知發(fā)展階段的形式運(yùn)算階段，這時(shí)期的學(xué)生已經(jīng)出現(xiàn)了邏輯思維，具有分析問(wèn)題、思考問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。而初中階段的學(xué)生由于小學(xué)編程教育的不同，導(dǎo)致學(xué)生的編程能力不一，因此在教學(xué)設(shè)計(jì)前教師要先對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力進(jìn)行了解分析。

2）教學(xué)目標(biāo)分析

Scratch編程課程是通過(guò)信息技術(shù)課堂開(kāi)展的，教學(xué)目標(biāo)也是以三維目標(biāo)來(lái)設(shè)置的：在知識(shí)與技能方面，主要是掌握Scratch編程中的各個(gè)模塊、各種積木的應(yīng)用以及理解相關(guān)編程知識(shí);在過(guò)程與方法中，主要是在完成編程任務(wù)的過(guò)程中，學(xué)習(xí)解決問(wèn)題的方法與規(guī)律;在情感、態(tài)度與價(jià)值觀(guān)方面，學(xué)生培養(yǎng)思維能力、創(chuàng)新能力、協(xié)作學(xué)習(xí)能力等，提高其信息素養(yǎng)。

3.2 初中創(chuàng)意編程課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

初中創(chuàng)意編程課程融合STEAM教育理念的學(xué)習(xí)內(nèi)容。STEAM（Science、Technology、Engineering、Arts、Mathematics）是由美國(guó)弗吉尼亞理工大學(xué)的Georgette Yakaman提出的一種跨學(xué)科教學(xué)框架，STEAM教育是關(guān)于科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)與數(shù)學(xué)的教育。[9]在創(chuàng)意編程課程基于STEAM教育理念，結(jié)合數(shù)學(xué)、語(yǔ)文、音樂(lè)、英語(yǔ)、物理等學(xué)科知識(shí)，通過(guò)任務(wù)驅(qū)動(dòng)式的教學(xué)方式引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用Scratch編程解決實(shí)際問(wèn)題，主要培養(yǎng)學(xué)生以及綜合運(yùn)用各學(xué)科知識(shí)解決問(wèn)題的能力，加深學(xué)生對(duì)相關(guān)學(xué)科知識(shí)的理解。比如設(shè)計(jì)一個(gè)“用Scratch軟件畫(huà)一個(gè)正方形”的任務(wù)，在教師引導(dǎo)學(xué)生完成任務(wù)的過(guò)程中既學(xué)習(xí)中循環(huán)結(jié)構(gòu)等編程知識(shí)，也回顧了正方形的性質(zhì)等數(shù)學(xué)知識(shí)，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科解決問(wèn)題的意識(shí)和能力。

3.3基于可視化學(xué)習(xí)技術(shù)的初中創(chuàng)意編程課程教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)

基于對(duì)教學(xué)對(duì)象、教學(xué)目標(biāo)以及教學(xué)內(nèi)容的分析，可視化學(xué)習(xí)技術(shù)支持下的初中創(chuàng)意編程課程教學(xué)是以教師引導(dǎo)、學(xué)生主導(dǎo)的任務(wù)驅(qū)動(dòng)式的教學(xué)模式來(lái)開(kāi)展，具體教學(xué)活動(dòng)主要分為四個(gè)部分，如圖1所示。

第一步是教師通過(guò)Scratch軟件的創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，導(dǎo)入教學(xué)任務(wù)，讓學(xué)生在情境中融入課堂，在教師的引導(dǎo)下思考解決問(wèn)題的方法。

第二步是教師通過(guò)流程圖來(lái)講解演示任務(wù)操作步驟，讓學(xué)生直觀(guān)了解程序搭建的每個(gè)步驟與順序。接著學(xué)生通過(guò)小組協(xié)作學(xué)習(xí)，借助流程圖與課前教師準(zhǔn)備好的微課視頻（即任務(wù)的操作過(guò)程）來(lái)完成任務(wù)。

第三步是教師通過(guò)思維導(dǎo)圖引導(dǎo)學(xué)生發(fā)散思維，在已完成的作品上進(jìn)行改編，學(xué)生對(duì)作品進(jìn)行創(chuàng)新創(chuàng)造活動(dòng)。

第四步是教師引導(dǎo)學(xué)生展示作品，鼓勵(lì)學(xué)生講解自己的想法與創(chuàng)意，教師在學(xué)生展示匯報(bào)的基礎(chǔ)上點(diǎn)評(píng)給出修改建議，并與學(xué)生共同總結(jié)知識(shí)內(nèi)容。

4 小結(jié)

在可視化學(xué)習(xí)技術(shù)支持下的初中創(chuàng)意編程課程教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)用到教學(xué)課堂實(shí)踐中，教師的教學(xué)效率有了很大的提高，教學(xué)任務(wù)能夠基本完成，教學(xué)目標(biāo)也基本實(shí)現(xiàn)，從學(xué)生的作品中發(fā)現(xiàn)學(xué)生的思維能力有所提升，創(chuàng)新能力也得到了發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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