面向小學信息技術課程的Python游戲化編程教學研究

【摘 要】信息技術2.0時代推動了編程教學的發展，作為世界三大科學思維之一的計算思維也逐漸成為計算機教育領域研究的熱點。筆者針對編程教學培養小學生計算思維能力這一問題，基于Python語言，設計出了一款簡單、易操作的游戲，并構建了游戲化教學模式。實踐證明，游戲化編程教學有利于激發學生編程興趣、提升學生計算思維水平。

【關鍵詞】編程教學;計算思維;Python語言

2016年被計算機從業人員稱為“中國少兒編程元年”。在《教育信息化“十三五”規劃》等一系列相關政策的出臺后，編程教育日益受到社會的關注，尤其在中小學信息技術教學中，更是備受關注。國家政策的支持、社會的認可，導致越來越多的小學生參與到編程學習中，刮起了一陣強烈的“少兒編程風”。

Python語言誕生于1989年，是一款面向對象的解釋型編程語言，具有強大的程序語言庫，方便調用，簡單易懂。借助Python語言鍛煉學生的編程學習能力，培養他們的計算思維，已成為當今學校信息技術教學的重心之一。計算思維在很多學科中都有涉及，并與閱讀、寫作、算術等一起，成為學生日后突出個人能力的技能之一。換句話說，Python的出現，使學生能夠更輕松地領悟計算思維。

1? ?Python課程有助于學生計算思維的培養

在傳統的信息技術教學中，教師與學生之間一般互動較少，教學過程主要是學生模仿教師的操作步驟，完成一定的教學任務[1]。這樣往往會導致學生不能獨立地思考問題。實際上，計算思維在信息技術教學中的體現是多方面的，將實際問題抽象化，并分解成多個模塊，再通過合理的程序語言實現問題的求解，是培養計算思維、提升解決問題能力的過程。

Python同C、C++、JAVA等都是程序設計時可以運用的語言，但又有其獨特的一面。Python擁有更加簡單的語法、豐富的語言庫，通俗易懂，容易入門，而且更加注重解決問題的算法實現，也就是對于同一問題，Python能夠用最少的語句實現問題的求解，節省計算機存儲空間。Python重算法、輕過程的特點，更能讓學生減少修改語法錯誤的時間，可以多花時間在找尋最便捷、有效的算法上。

2? ?研究方法

2.1? 文獻分析法

筆者在知網上查找了關于信息技術教學、計算思維培養、編程教學、游戲化教學的文獻后，梳理出基于計算思維的信息技術教學現狀，并總結出適合本文教學研究的教學方法——游戲化編程教學法。

2.2? 行動研究法

該方法的應用以實踐為基礎，以解決問題為導向，注重實踐與行動相結合。本文依據K-12標準能力層級和現階段小學信息技術的教學模式，設計出適合游戲化編程教學法的教學模式，并全程記錄了教學過程，以便及時發現、分析游戲化編程教學模式實踐中的問題，并不斷修改、完善教學模式。

2.3? 訪談研究法

該方法是以訪談者和受訪者面對面口頭交流的方式，對某一問題或者某些問題進行探討和研究。這一過程中，訪談者需詳細記錄受訪者對問題的見解，考慮受訪者的心理活動和行為狀態。就本文涉及的研究方向而言，筆者需要在教學開始前和結束后與任課教師交流，一方面是提前了解計算思維在課程中的運用程度，為制定相關教學模式做準備，另一方面是通過教師對教學實踐活動的評價，及時改進教學方法，以便更好地開展信息技術教學，提升學生的計算思維能力[2]。

3? ?研究過程

采用游戲化編程的教學方法，可以在娛樂過程中提高學生的計算思維能力。研究的整體過程分為文獻內容的整合階段、教學實踐籌備階段、教學規劃實施階段、教學實踐分析階段、總結歸納結論階段。

第一是文獻內容的整合階段，即通過對與研究內容相關的國內外文獻進行搜集和研究，對現階段教學中存在的問題進行總結，找出關鍵的幾個問題點，從而確定研究課題。

第二是教學實踐籌備階段，筆者調查了揚州地區近幾年中小學開展編程教育的情況以及存在的問題。通過問卷調查和與當地教育工作者的溝通交流，得出現在編程教育的發展現狀及存在問題。

第三是教學規劃實施階段，筆者在實地調查的基礎上，選取一所比較適合開展編程教學的學校，對學校編程教學基礎設施及學生學情進行了解。教學規劃的實施為整個教學實踐研究最重要的步驟之一，教學規劃的實施分為六個步驟，即引起問題、情境角色分析、思維導圖分析、拖拽搭建程序、問題與調試和分享挑戰，以此設計游戲化編程教學方式的教學案例，并對班級進行分析，把班級分為教學班和普通班。

第四是教學實踐分析階段，先在教學班和普通班進行對比實踐教學，在不同的學習階段對學生的計算思維能力進行測試。測試過程中筆者采用計算思維挑戰賽的模式對學生進行循序漸進的能力維度測試，測試主要考驗學生的思維能力、抽象能力和分解能力。教學前，筆者對兩個班進行測試對比，分析兩個班學生的計算思維能力是否存在較大差異，然后將每一次測試后的結果與前一次的結果對比，通過數據統計軟件SPSS對四次計算思維能力測試的成績進行數據分析。通過對比，研究采用游戲化編程教學方法的教學班和采用啟發式教學的普通班在通過教學實踐后是否產生差異，并在每一次測試后對本次教學實踐的過程與結果進行分析總結，針對問題優化教學設計，然后進行下一次的課程教學實踐。

第五是總結歸納結論階段，完成教學實踐過程模塊之后，發現設計的游戲化編程教學模式的問題，并進行修改，使教學流程與內容更加完善。通過SPSS軟件進行數據分析，根據分析結果對教學效果進行對比總結，找出教學實踐的不足。

4? ?教學模式構建

根據Python語言的特點，結合國內小學信息技術教學實際情況，本文設計與構建了基于計算思維的Python游戲化編程教學模式，主要包括教師活動、教學活動和學生活動三部分。本課題將教學活動部分細分為八個步驟，即確定游戲選題、提出游戲設計主題、協作探究、知識構建、解決問題、Python作品創作、展示與交流、總結與評價。整個教學模式采用計算思維的方法進行系統監督。

5? ?教學活動分析

5.1? 成績對比分析

在對兩個班同時進行教學的過程中，筆者做了四次計算思維測試，并對兩個班的四次計算思維水平成績進行匯總分析。通過分析與解讀數據，以兩個班在三個教學模塊的成績變化來觀察教學效果。

兩個班的成績進步幅度都較大，但是教學班的總體成績明顯高于普通班，教學班的最高成績在5分左右，處于計算思維評分標準中“給出結果，結果正確，有解析，與計算思維無關”階段;普通班的最高成績在4.3分左右，處于“給出結果，結果正確，無解析”階段。

對比實驗的正向增長數據可知，采用游戲化編程教學法的教學班學生計算思維水平的提高優于應用傳統教學法的普通班。

5.2? 訪談分析

本研究在開展實踐教學過程中，擔任G小學信息技術部主任的教師H一直參與其中，筆者對其進行了兩次訪談。從第一次訪談中了解到，作為任課教師，H對計算思維培養工作以及游戲化編程教學活動有一定理解，并基于此分析出了Python游戲化編程教學模式的利與弊，有利于今后推廣該教學方法。第二次訪談是在教學結束后，H在觀察了全部教學活動后給出了三點建議。一是授課教師應更多地關注學生完成任務后的總結工作，這樣不僅有利于提升學生的學習興趣，激發學生的創作熱情，還能擴展教學內容，加深知識的深度。二是在進行任務演示時，不要只局限在游戲中，也可以借助多媒體設備，更加生動形象地將過程與結果展現給學生。三是課后教師應該幫助并引導學生創作，這樣有利于學生對下一個知識點的預習和掌握。

近年來，國內外對計算思維的關注度越來越高，引發了一系列研究。但這些關于計算思維的研究主要集中在高等教育階段，對基礎教育階段的研究比較少，計算思維的培養應從基礎教育階段開始，是一個長期過程。隨著Python程序設計軟件的出現，對學生從小進行計算思維的培養成為了可能。本研究從Python程序設計軟件本身出發，設計并構建了基于計算思維培養的Python游戲化編程教學模式，同時設計了相應的課程案例，通過教學實踐驗證了游戲化編程教學有助于學生計算思維能力的提升。

【參考文獻】

[1]黃威榮，曾云雪，王軍，等.基于編程思維的小學生Python課程內容體系研究[J].中國教育技術裝備，2019（7）.

[2]陳秋燕.高中Python程序教學的實踐與思考——以《趣味小游戲程序設計》為例[J].教育信息技術，2019（Z1）.

【作者簡介】

趙雪（1993～），女，漢族，江蘇揚州人，揚州大學教育學院小學教育專業2018級碩士研究生。研究方向：小學教育。