設計型學習模型在中小學編程活動中的應用及實踐

張悅

摘要：近年來，國內外都更加重視對科技人才的培養，編程教育也受到廣泛關注。開展中小學編程教育，如何使編程教育的效果最大化，如何培養孩子創新解決問題的能力，這值得我們思考。筆者從設計型學習與編程學習融合角度，介紹了設計型學習的內涵和應用價值，結合設計型學習模型及教學經驗，設計出新的編程教學模型，并分享了其在具體教學實踐中的案例。希望能為小學編程教育研究提供一些理論參考，為一線教室編程教學提供一些建議。

關鍵詞：編程教學;設計型學習;教學實踐

一、引言

創造能力和科學技術水平是保證國家競爭力的關鍵所在，培養具有創新精神和實踐能力的科技人才是各國教育要達到的目標，世界上很多國家已經將編程教育納入到國家層面的戰略規劃當中。例如，芬蘭在2016年將編程教育納入國家核心課程。美國政府在2017年提出每年向中小學計算機科學教育投入2億美元，以大力支持科技教育的發展。日本于2020年啟用了《小學學習指導綱領》，其中明確要求小學在各課程中有計劃地開展編程教育，培養信息化人才。我國也同樣重視兒童的編程教育。我國在2017年發布了《國務院關于印發新一代人工智能發展規劃的通知》，明確提出在中小學階段設置人工智能相關課程，同時鼓勵社會力量參與開發寓教于樂的編程教學軟件和游戲。

重視編程教育對于培養數字化創新人才和提升科技競爭力是有利的。與其它學科學習相比，編程學習更加注重培養孩子以獨特的方式解決問題的能力。大量研究表明，設計型學習有助于提升兒童的創新思維能力。因此，本文將著重介紹如何將設計型學習融入到編程教學過程中以培養兒童的創新能力。

二、設計型學習的內涵及應用價值

設計型學習也叫基于設計的學習。國外學者克羅德納提出，設計型學習是一種基于項目探究的方法，即在真實的任務環境中，學生通過完成某個特定的設計任務，學習相應的科學知識和技能。國內最早引入設計型學習概念的是溫州大學王佑鎂教授，他認為設計型學習是一項基于項目的活動，在教學過程中，教師給學生提出挑戰任務，學生利用已學知識設計作品，再通過新學的知識，加以修改和設計。

結合編程課堂學習的目標和設計型學習的特征來看，將設計型學習應用于編程活動是可行的。因為設計型學習具有開放性、協作性和迭代性，將其融入到編程學習過程中，可以激發兒童的好奇心和主動性，啟發兒童創造出具有新異性和獨特性的作品。具體來說，首先，設計型學習是開放性的，學生可根據自己的經歷和能力去探索解決問題的方式。其次，設計型學習強調協作性。在作品設計過程中，學習者彼此分享創意和對作品的看法，大家從不同角度去理解和嘗試解決問題，從而碰撞出獨特的問題解決辦法。最后，設計型學習強調迭代性。在任務完成之后，通常要進行評價修改，這與編程學習的特征不謀而合，學生在一次次試錯中修正編程口令，提出新的想法。因此，基于設計的編程活動不僅能使學生對編程知識有更深入地了解和掌握，也能激發學生學習編程的興趣和創造力。

三、設計型學習在中小學編程活動中的應用

許多研究者基于設計思維進行教學實踐并提煉出了設計型學習的相關模型，其中在教學場景中應用較廣泛的有逆向思維模型和科學探究式學習循環模型。

（1）逆向思維模型

逆向思維模型由加州理工大學尼爾森教授提出。該模型基于布盧姆教學目標分類體系，強調真正的學習目標不是單純地記憶和理解，而是能夠使學生擁有分析問題、綜合解決問題的能力。它主張從問題出發，由學生動手嘗試。在學生初步制作完成后教師給予及時的指導，這時學生渴望了解更多信息，從而利于學生對知識的深入理解。總之，該模型鼓勵學生積極思考，運用自己獨特的方法處理問題，但關于學生間如何協作未充分體現。

（2）科學探究式學習循環模型

科學探究式學習循環模型由佐治亞理工學院的克洛德納提出，主要為科學學習而開發。該模型主要可分為兩大部分：“設計”部分和“調查探索”部分。一部分偏向實踐層面，強調學生通過檢索資料建立自己的假設，在學中做;另一部分強調認知層面，去進行實驗，在探究和調查中學。學生在這兩個過程中不斷重復，直到順利完成設計任務。該模型對教學步驟做了詳盡的描述，但其強調的調查探索部分對于編程教學活動不太適用。

根據設計型學習模型和編程教學的特點，我們設計出了如下模型：

1.確定目標：教師給定設計主題

2.設計創作：學生根據理解進行創作

3.分享講解：學生進行作品分享，老師進行指導

4.討論想法：學生針對老師的反饋進行討論

5.迭代作品：學生對作品進行補充、修改

6.再次分享作品：改進作品后再次展示作品

7.評價總結：教師對作品內容和學習內容進行整體評價

四、基于設計型學習的編程課程教學案例分享

該案例的學生主要為小學1-3年級的兒童。在開展具體的編程課程時，教師借助故事講解引入編程知識，學生通過小組合作完成知識的學習和故事創作，并運用編程知識填寫故事答案。在學習過程中，學生不斷修正認知，發揮創意，豐富自己的作品（下圖為作品展示）。大家的作品不僅運用到了編程知識，并且故事格外生動和有趣。可見，設計型教學方式讓大家充分展示自己的創意想法，組內同學各自發揮長處，迭代效果顯著。

隨著信息化時代的發展，創新型科技人才的需求越來越多。基于設計型學習的編程教學具備開放、協作、迭代等特點，嘗試將更多的自主權交給學生，增添了學習的趣味性，讓學生從設計編程游戲開始，了解編程，喜歡編程，使用編程實現更多創意想法。