師范院校《圖形化編程》課程開發(fā)與實踐效果淺析

張節(jié)蘭 林春華

摘要：2017 年7月國務(wù)院《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知》要求，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育。本文依據(jù)相關(guān)文件，結(jié)合學(xué)生的實際情況，校企合作共同開發(fā)面向師范院校學(xué)生的公共編程課程，課程主要包括游戲編程、學(xué)科融合、AI編程3個模塊內(nèi)容。通過三年的教學(xué)實踐，課程在培養(yǎng)學(xué)生編程思維、培養(yǎng)和實踐STEAM教育理念等方面取得較好的效果。

關(guān)鍵詞：師范院校;圖形化編程;課程開發(fā);實踐效果

中圖分類號：TP311? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）13-0098-02

1課程開設(shè)背景

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，人工智能成為一個國家至關(guān)重要的核心競爭力。人工智能的基礎(chǔ)是編程，當(dāng)前世界各國都不約而同地開始重視國內(nèi)的少兒編程教育。2017 年7月國務(wù)院《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知》要求，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育【1】。以該文件為起點，學(xué)校深入調(diào)研編程教育在中小學(xué)開設(shè)情況，了解到我省農(nóng)村中小學(xué)信息化硬件已經(jīng)基本到位，但是編程教育基本還是空白，推廣編程教育最大的疼點是師資問題。我校以提高師范類學(xué)生信息素養(yǎng)，培養(yǎng)小學(xué)、特別是農(nóng)村小學(xué)編程師資為己任，校企合作共同開發(fā)適合在師范類院校學(xué)生中開設(shè)的《圖形化編程》課程。

2圖形化編程平臺

《C語言程序設(shè)計》《JAVA程序設(shè)計》等傳統(tǒng)編程語言因為代碼全是英文、語法多、且復(fù)雜易錯，加上成體系的專業(yè)術(shù)語，往往讓零基礎(chǔ)的學(xué)生產(chǎn)生了強烈的畏難心理，很難在非專業(yè)學(xué)生廣泛推廣。圖形化編程平臺克服了傳統(tǒng)編程語言難學(xué)難懂問題，通過友好的圖形界面，能快速將個人的創(chuàng)意通過拖動鼠標(biāo)實現(xiàn)，并且能夠?qū)D片、聲音、視頻等多媒體技術(shù)與工程、數(shù)學(xué)等科學(xué)方法有效融合，深受小朋友的喜愛，是編程教育推廣的重要平臺。早期使用最廣的是Scratch平臺。Scratch是麻省理工學(xué)院開發(fā)的供兒童或者初學(xué)者學(xué)習(xí)編程的開發(fā)平臺。其通過點擊并拖拽的方式，完成編程，可以使兒童或者成人編程初學(xué)者學(xué)習(xí)編程基礎(chǔ)概念。目前美國編程一小時（Hour of Code） 是全球規(guī)模最大、參與人數(shù)最多的編程活動，有來自全球180多個國家、數(shù)以千萬的學(xué)習(xí)者參加，愿景是讓每一所學(xué)校的每一個學(xué)生都有機會學(xué)習(xí)計算機科學(xué)。【2】近年來，國內(nèi)也興起了圖形化編程的熱潮，有許多自主研發(fā)的圖像化開發(fā)平臺，比如編程貓、Mind+等。

我校根據(jù)師范類學(xué)生專業(yè)特點和未來工作崗位需要，經(jīng)過深度調(diào)研，與深圳點貓科技有限公司（以下簡稱編程貓）簽訂校企合作協(xié)議，共同開發(fā)基于編程貓平臺的《圖形化編程》。編程貓是中國本土優(yōu)秀的編程教育企業(yè)，面向4～16歲青少兒，專注研發(fā)適合中國兒童的編程教學(xué)體系，以 “工具+內(nèi)容+服務(wù)”產(chǎn)品形態(tài)培養(yǎng)孩子邏輯思維、計算思維和創(chuàng)造性思維，提升綜合學(xué)習(xí)能力。編程貓獨立自研圖形化編程語言Kitten，旗下工具矩陣包含源碼編輯器Kitten、海龜編輯器Turtle、代碼島 Box等，是“青少年編程能力等級標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)起單位”，全國信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化委員會單位委員。本課程應(yīng)用編程貓平臺，一方面可以降低學(xué)生編程學(xué)習(xí)的難度，與學(xué)科教學(xué)有效融合，寓教于樂;另一方，課程學(xué)習(xí)內(nèi)容、教學(xué)方法等可以直接應(yīng)用到小學(xué)編程課堂。

3課程開發(fā)

3.1 課程目標(biāo)與任務(wù)

課程目標(biāo)是在探索信息技術(shù)在‘眾創(chuàng)空間、跨學(xué)科學(xué)習(xí)（STEAM教育）、創(chuàng)客教育等新的教育模式中的應(yīng)用，借助編程貓平臺，設(shè)計簡單動畫，初步了解編程概念;編寫游戲內(nèi)容，了解編程思想，熟悉編程思維;自主探究，培養(yǎng)創(chuàng)新意識及用編程解決問題的能力;內(nèi)容拓展，完成編程遷移。

3.2 課程內(nèi)容與學(xué)時安排

（1）設(shè)計思路

《圖形化編程》課程按照OBE的設(shè)計理念，以師范類專業(yè)學(xué)生為中心，以學(xué)生畢業(yè)崗位需求為導(dǎo)向，不斷持續(xù)改進(jìn)教學(xué)內(nèi)容和方法。

（2）具體安排

課程內(nèi)容主要分為游戲編程、學(xué)科應(yīng)用、AI編程3個模塊內(nèi)容，共計36學(xué)時。以小學(xué)教育數(shù)學(xué)方向?qū)I(yè)開設(shè)的《圖形化編程》課程為例，具體的課程內(nèi)容與建議學(xué)時見下表。

3.3課程資源與方法手段

校企各自發(fā)揮自身優(yōu)勢，共同開發(fā)教學(xué)案例、教案、教學(xué)視頻等課程資源：游戲編程模塊內(nèi)容由企業(yè)開發(fā)，學(xué)科融合模塊由學(xué)校學(xué)科教學(xué)法和計算機教師團(tuán)隊開發(fā)，AI編程模塊由企業(yè)和學(xué)校共同開發(fā)。課程教學(xué)選用企業(yè)提供的未來教室平臺。未來教室是一個集“教、學(xué)、練、評、管、賽”為一體的教學(xué)服務(wù)平臺。平臺有班級管理、學(xué)生管理、作品管理等模塊，能發(fā)布學(xué)習(xí)視頻、跟蹤學(xué)生學(xué)習(xí)過程，實現(xiàn)學(xué)生自評、教師評價和學(xué)生互評，綜合學(xué)生課堂表現(xiàn)、能力維度、邏輯維度、編程技術(shù)、藝術(shù)設(shè)計等多維度綜合評價，生成學(xué)情報告。課程按照項目教學(xué)的思路，具體用到游戲教學(xué)法、探究法、任務(wù)驅(qū)動法等教學(xué)方法。

4課程實踐

本課程經(jīng)過3年的教學(xué)實踐，從數(shù)學(xué)教育專業(yè)中試行到在4個師范類專業(yè)進(jìn)行推廣，開課班級累計37個，選課近2000人次。據(jù)不完全統(tǒng)計已有畢業(yè)生在興國實驗小學(xué)、余江四小等學(xué)校推廣了相關(guān)的編程課程，有效將人工智能編程教育輻射到多所小學(xué);完善了課程資源、培養(yǎng)了課程師資團(tuán)隊，取得優(yōu)秀的教學(xué)效果：校企共同開發(fā)了課程標(biāo)準(zhǔn)，教案、視頻案例100余件，征集優(yōu)秀學(xué)生作品300余件。在教學(xué)實踐過程中，根據(jù)教學(xué)情況，對課程內(nèi)容進(jìn)行3次調(diào)整，從單純的“游戲編程”到“游戲編程+學(xué)科融合”，再到加入“AI編程”模塊，讓學(xué)生對人工智能概念有初步的體驗。

《圖形化編程》課程在第二課堂得到拓展應(yīng)用，學(xué)校連續(xù)3年舉辦“圖形化編程”競賽，收到優(yōu)秀學(xué)生作品200余件，充實了教學(xué)案例資源，培養(yǎng)的學(xué)生的創(chuàng)新能力，其中有兩個作品經(jīng)過改造，參加省級以上比賽，獲得省級一等獎。同時，課程在社會服務(wù)方面發(fā)揮重要作用，培訓(xùn)校外人員3批次，累計300人;學(xué)生志愿者每年定期到小學(xué)開展少兒編程課程推廣活動，得到各學(xué)校的一致好評。2018 年 4 月，共青團(tuán)中央網(wǎng)絡(luò)電視臺拍攝組專程到我校學(xué)生實習(xí)基地拍攝 《編程面向未來》紀(jì)錄片素材。

5實踐效果淺析

5.1 通過課程學(xué)習(xí)，培養(yǎng)了學(xué)生編程思維

本課程選用編程貓平臺，依托游戲化、圖形化的方式學(xué)編程，培養(yǎng)學(xué)生的計算機思維和綜合學(xué)科能力。學(xué)生通過“搭積木”編程，完成一個個游戲案例，構(gòu)建編程思維，提高信息素養(yǎng)。課程教學(xué)過程一般分為游戲效果展示，功能分解，關(guān)鍵技術(shù)分析，學(xué)生完成案例效果，學(xué)生拓展游戲功能等教學(xué)步驟，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)的學(xué)生的創(chuàng)新能力。

5.2 通過課程學(xué)習(xí)，培養(yǎng)和實踐了STEAM教育理念

STEAM代表科學(xué)（Science），技術(shù)（Technology），工程（Engineering），藝術(shù)（Arts），數(shù)學(xué)（Mathematics）。STEAM教育就是集科學(xué)，技術(shù)，工程，藝術(shù)，數(shù)學(xué)多領(lǐng)域融合的綜合教育。編程貓平臺，融合了STEAM教育的各個模塊課程學(xué)科應(yīng)用的模塊，根據(jù)學(xué)生專業(yè)學(xué)科教學(xué)需要，設(shè)計學(xué)科的游戲案例，讓學(xué)生真正理解STEAM教育的理念，將平臺的編程功能應(yīng)用到學(xué)科游戲案例設(shè)計當(dāng)中。

5.3 課程內(nèi)容快速輻射到小學(xué)編程課堂

學(xué)校每年通過實習(xí)生，在學(xué)校周邊多所小學(xué)開展推廣少兒編程活動，受到各小學(xué)的熱烈歡迎。通過平臺跟蹤，了解到不 少學(xué)生課程結(jié)束后繼續(xù)在用平臺編程，還有不少學(xué)生畢業(yè)后繼續(xù)在平臺活躍，將課程內(nèi)容直接應(yīng)用到工作當(dāng)中，達(dá)到課程開設(shè)的預(yù)期目標(biāo)。

總之，《圖形化編程》課程通過三年時間的教學(xué)實踐，取得較好的教學(xué)和推廣效果，后續(xù)課程開發(fā)將在圖形化編程和程序設(shè)計方法上進(jìn)一步加強研究，在趣味性、層次性、體系化方面加深和拓廣，力爭打造受眾面更多的編程科普課程。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國中央人民政府.國務(wù)院關(guān)于印發(fā)新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知[EB/OL].中華人民共和國中央人民政府官網(wǎng).http：//www.gov.cn/zhengce/content/2017-07/20/content_5211996.htm.

[2]編程一小時官網(wǎng)[Z/OL].https：//code.org/learn.

[3]夏力，鄭耿忠，等.師范院校人工智能與編程教師培養(yǎng)初探[J].中國信息技術(shù)教育，2020（21）：103-106.

[4]彭之軍.圖形化編程融入程序設(shè)計教學(xué)效果分析[J].現(xiàn)代信息科技，2020（16）：193-195.

[5]安殷福.跨學(xué)科計算思維培養(yǎng)：利用圖形化編程語言解決數(shù)學(xué)問題[J].中國信息技術(shù)教育，2020（17）：59-61.

[6]康曼.圖形化編程在程序設(shè)計教學(xué)中的應(yīng)用[J].福建電腦，2019（6）：114-116.

[7]劉立勛，姜晨波.圖形化編程系統(tǒng)設(shè)計探究[J].科技視界，2020（7）：97-99.

【通聯(lián)編輯：李雅琪】