基于設計型學習的初中編程課程研究

王崢

摘 要：人工智能時代的到來，社會發展對創新型變成人才的需求不斷增長，教育部在新時期教育信息化和網絡安全工作指導中，提出要在中學、小學階段開設相關課程，推進編程教育。現階段我國初中編程教育仍處于探索階段，設計型學習是一種新的學習模式，具有設計性、整合性等特點，在培養出眾學生興趣、提升創新能力等方面有積極作用。本文主要探討了初中編程課程中設計型學習的應用，并就應用效果進行了簡要概述。

關鍵詞：設計型學習；初中編程；課程研究

【中圖分類號】G633? ? ? ? ? ? 【文獻標識碼】A? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1005-8877（2023）01-0148-04

教學改革的不斷推進，教師如何教學和學生如何學習的問題，一直是被研究和關注的重點。傳統的被動式學習方式無法適應新時期學生素養提升的要求，設計型學習是適應互聯網＋的信息化時代背景，將設計和學習有效結合的學習方式，多年的應用和研究中在提升教學質量，提高學生信息素養和創新能力，促進產教研結合等方面具有優勢。初中編程課程教學主要是培養學生對編程學習的興趣，了解程序設計的一般性規律，提升學生信息識別能力和計算思維，培養學生的核心素養和實踐操作能力，促進初中生的全面發展。因此，要重視對設計型學習的研究，將其合理應用到初中編程課程教學中。

1.設計型學習與編程教育課程概述

（1）設計型學習

設計型學習也稱基于設計的學習，在研究和發展初期，主要是通過多次循環的設計，再將所學知識運用于實踐，近年來設計型教學是多樣性的自主探究式學習的重要模式，學生的教學活動中以設計的方式參與，并將所學的知識應用到實際生活中，最終提升解決實際問題的能力。現階段對設計型學習的研究，主要從以下兩個方面展開。

一是以項目為依托的探究式學習方式。主要是將設計型學習看作是在項目探究的過程，也就是在真實的環境中，結合課程教學目標和內容，給學生設計特定的任務，學生在完成項目的同時獲得技能和知識。從這個層面來講，“設計”可以看作學習的工具，通過設計創造一定的背景，將知識和相關技能融入其中，以項目為目標，以探究為主要手段，引導學生借助已掌握的知識進行整合設計，完成設計制品，而制品的產生并不是最終的結果，最終是讓學生在此過程中掌握技能和知識。

二是將設計型學習看作一種新的教育模式，可理解為學生在課程和項目學習中獲得的設計能力，學生通過合作和探究，完成設計任務，從而提升自身的創造能力。這里的設計型學習主要是結合具體的學習目標，結合不同環境背景，借助學科知識設計方案解決問題，在此模式下，學生通過不斷摸索，激發自身獲取新知識的欲望，同時在解決具體問題時獲得不同的能力。

（2）編程教育

初中編程教育主要是落實新課程教育理念，結合時代發展對青年學生信息素養的要求，引導學生進一步了解編程與信息技術，提升初中生的計算機思維，培養創新和創造能力。初中生編程教育的目的，并非讓學生可以即刻學會代碼和程序，其關鍵在于通過相關學科知識的學習，領悟編程思想，從思維方面轉變認識，根據初中生的學習特點，采用實踐性、探究性等多種教學方式，突出編程及信息教育在技術應用能力中的價值和作用。

2.設計型學習在初中編程課程中的教學應用

（1）設計型學習的原則

一是遵循設計性原則。這一原則需要貫穿整個初中編程課程教學，學生在各個教學環節中，都要遵循設計性原則，發揮教師的引導和組織作用，并尊重學生的能動性，根據自己的理解和思路，完成設計與構建，通過多次迭代和優化，得到最終設計產品。二是問題導向原則。編程課程與計算機信息技術等密不可分，初中編程課程教學內容，多是與生活相關在智能軟件、電子元器件等的使用，對學生來講，單一的編程內容講解相對枯燥，且內容抽象性較強，學生理解難度較大，設計型學習要求從學生的生活實際出發，構建設計模型，提出具體問題，并尋找解決問題的方法，在此過程中引發學生思考，提升探究的興趣。三是主體性原則。設計型學習作為新型的學習方式，強調以學生為本，充分尊重學生的主體作用，引導學生根據自己對知識的理解動手實踐，從而培養學生的自主學習意識，學生可自主選擇、實踐、創新，采用獨立探究與合作學習結合的形式，從設計方案的構思、設計作品交流反思等，在教師的引導下開展分工合作，加深對編程的進一步理解。四是遵循合作學習的原則。初中編程教學中，可以采取小組合作的設計型學習模式，以小組合作的形式完成設計、分享、評價等環節，根據不同任務明確分工，加深學生對知識的理解。在具體的編程課程教學中，教師要立足學生的基本學情，充分體現學生的學習主體地位，讓學生有更多的學習自主權，讓編程課堂成為學生自主學習探究的課堂，讓學生通過有效的探索實踐，切實提升課程學習成效。對此，教師可以借助信息技術支持，優化課堂設計，在課程設計中，盡可能增加互動環節，讓編程課堂中的教學互動增多，活躍課堂氛圍，激發學生的編程學習興趣。例如，在初中編程課堂中，借助信息技術支持，為學生呈現幾分鐘的微課視頻，讓學生看到如何在短時間內，完成一個知識點的講授，要求學生在課余時間，以自己對編程課程的把握和理解，錄制一段教學微視頻，為微課教學提供資源。這樣的編程課程教學模式中，學生能夠更好地把握信息化操作技巧，鍛煉學生的信息化素養，且他們通過自己錄制相關教學視頻，對編程知識點的掌握也會更加深刻，他們需要解決教學設計中的一些問題，這對鍛煉學生的課堂組織能力也有重要作用，也充分體現了學生在編程課程學習中的主體地位。

（2）編程課程設計型學習應用與實踐

選擇初中編程課程教學內容，將知識點講解和教師的示范操作有效結合，培養學生的設計型思維，提升解決問題的能力，因此，可以以實際問題為依托，開展設計型學習。

第一，明晰設計問題。

以編程設計型學習活動中以超聲波為主題的教學為例，結合初中生思維活躍，好奇心較濃厚，自主探究意識較強等特點，愿意對有現實意義的問題進行探索，同時喜歡設計性和實踐性較強的學習方式，經過了小學階段的學習和知識積累，對系統、模塊及作品拼裝等有一定的了解，可以選擇初中生生活中相對熟悉的問題，例如，可以設計普通拐杖智能避障功能的問題，提升初中生對電子模塊作品的興趣。先要明確問題設計的目的，主要是引導學生理解超聲波模塊的工作方式，采用小組合作、項目設計等方式，加深對互聯網和信息技術的了解，在拼裝數字的基礎上，設計智能拐杖設計圖紙，在此過程中培養學生探究和實踐能力。

首先要引導學生分析問題。教師給學生講解具體的生活案例，引導學生明確老人出行不便，普通拐杖無法明確提醒道路狀況的問題，從而提出設計具有檢測障礙功能的拐杖的思路。與此同時，引導學生明確設計的標準和規則。根據評價規則，明確設計作品的可行性、實用性和科學性等要求。編程教師根據超聲波編程內容，對智能拐杖的樣式、功能及使用方法進行講解和說明。最后，根據具體問題，在了解設計目標和標準的基礎上，教師與學生開展討論，針對不清楚的問題進行提問，教師進行詳細的講解。例如，學習“初識智能交互式硬件編程”編程課程中，設計主題引導學生探究軟件與硬件結合的編程，學生體驗到軟件與硬件交互的樂趣。課上，通過完成讓風扇轉起來的任務，激發學生的學習欲望，學生通過學習幾種傳感器的作用，能夠結合生活實際進行創意編程。通過引導學生思考把人工智能技術運用到生活中，學生想到通過人工智能技術為環境保護，智能交通，盲人生活等方面進行發明創造，在信息技術課上恰當融入學生品格教育中，切實促進學生的學習和探究積極性，讓他們能夠在教師的設計中提出問題、探究問題和解決問題，在這一過程中，實現編程知識的學習和掌握，切實提升課程學習效能。

第二，制定完善的設計方案。

根據學生的興趣愛好，綜合水平等進行分組，確保各族整體水平相對平衡，并選擇探究能力強、協調能力相對較好的學生作為小組負責人，在完成小組分工后，組織各小組制作設計圖，就智能拐杖的特點、外形、功能，設計難點等加以確定，在后續的設計中，可以根據這些內容進行設計。在小組制定設計方案后，可以就本小組所設計的智能拐杖的特點、功能等進行分析，討論實現設計的可能性和需要解決的難點問題。如智能測距儀的搭建、安裝位置的選擇等，需要經過多次分析和討論，確保設計方案更加科學合理。例如，在“猜數小游戲——if語句”的教學中，教師要提前做好教學設計工作，用富有親和力的語言，與學生通過“猜數”實現跨越時空在線交流，將編程教育與輕松愉快的游戲體驗融于一體，培養孩子編程興趣。同時輔助網絡教學微課資源，復習鞏固已學課程，適當進行新課學習，拓展特色課程資源，充分用好線上互動答疑，線上練習實時反饋，培養學生的自主學習能力。在這一過程中，教師要做好充分的教學準備、教案設計、課件制作等，對授課情況等進行認真的討論和評審，尤其注重教師的基本教學素養，包括教學觀念與知識功底、教學組織實施能力，特別是教學語言、教學板書、教學儀態、教學示范和實驗操作等方面，通過優化設計，讓編程教學充滿趣味，激發學生的學習熱情，讓他們積極主動地融入探索實踐，在實踐中把握編程的相關知識和技能。

（3）設計方案的實施

首先，學習編程內容。初中生在設計智能拐杖的過程中，會面臨多種多樣的問題，包括超聲波距離感應器等問題，因此，教師需要搜集信息數據等相關資料，準備編程、微課等資源，組織學生可以根據小組設計中遇到的問題有針對性地學習，教師所選用的教學資源，需要包含超聲波測距儀的搭建、程序編程等內容，同時小組討論過程中，教師需要在側進行及時的了解和現場指導。其次是編程搭建。初中學生在完成編程內容學習后，需要做好設備的搭建工作，各小組可以采取分工合作的形式協助開展實驗，當操作遇到問題時可以反復觀看微視頻操作步驟，遇到難題及時向教師進行求助。再次是程序檢測。小組在搭建實驗完成后，還需要對超聲波測距儀等不斷調試，監測設備是否可以正常運行，并對設備的牢固程度、便捷性等進行測試，例如，可以監測與書本進行距離測試，測距完成后，將所顯示的數據進行比對分析，確保設計作品的準確性。初中生在設計作品的過程中會遇到一些知識性問題，通過合作探討和資料查閱的形式，引導學生自主學習，掌握重難點內容，不斷迭代優化設計作品，實現知識遷移與實際應用。最后是修改和完善。對實施過程中所遇到的問題進行多次的修改，并在合作反思的基礎上，思考設計中問題產生的原因，從而進一步鞏固完善，獲取新知識的同時不斷完善設計作品。

（4）反思總結

首先，各小組對自己所設計的作品進行展示和講解，包括設計目的、具體的功能特點，方法等進行介紹，在此基礎上，教師對所設計的智能拐杖進行評價，及時總結小組設計和討論中的問題，針對一些重難點再次進行強調，加深學生的印象，并將設計原理進行延伸，引導學生聯想到未來智能汽車、機器人等。同時，學生可以根據教師的評價進行反思和修改。

在具體的課程實踐中，需要對這些流程進行多次循環，最終找到適合初中生編程課程學習的方式。教師在編程的設計型教學中，要確保課程設計有效性，切實提升課程設計教學效果，必須尊重學生，體現學生的學習主體地位，不斷以學生的興趣愛好為出發點和依據，在設計中注重激發學生的探索欲望和學習積極性，合理設計問題情境，引導學生一步步深入開展問題探究和學習，提升課程學習成效。此外，教師也要切實提升自身的課程設計和優化技能，不斷把握課程設計要點，把握學生學情，為他們設計多樣化的編程課程教學方案，滿足不同學生對編程學習的需要，體現對每個學生個體的關注，讓學生都能通過課程學習，提升自身的編程知識理解和應用能力，推動初中編程課程教學質量再上一個臺階。

3.應用效果評價

根據初中生編程課程成績，實驗活動記錄及信息反饋，并分析學生所設計的作品的質量等，分析設計型學習在初中編程課程應用中的效果。

（1）初中生編程學習的積極性提高

在具體的課程教學中，主要是以具體的項目和情境為導向，針對實際生活中的一些問題，教師提出問題，引導學生利用自身掌握的編程知識解決實際問題，這種從學生實際生活角度出發，有助于加強學生與外界世界的聯系，引導學生學會觀察和理解世界，并在利用程序設計語言解決實際問題中獲得自身的價值，培養初中生計算機思維的同時，也能激發學生的興趣。通過課堂學習記錄現實，所有學生都能積極參與編程課程的討論和學習，在小組合作探究中能明確分工，很多初中生表示自己更愿意接受設計型學習方式，雖然涉及過程比較復雜，需要查閱相關資料，但在此過程中能體會到作品創作的樂趣，同時可以根據自己所掌握的知識、興趣愛好等設計作品，而在設計過程中，會涉及到科學、數學等相關知識，并與學生的生活實際相關，學生本身興趣較大，加上設計型學習是以學生為主體，將抽象的編程問題進行分解和方案設計，降低了編程課程的難度，學生更愿意接受。

（2）有助于提升學生的設計和計算機思維

通過課程實踐得知，設計型學習的應用具有一定的綜合性，在初中編程課程的應用，其中除了計算機知識，還涉及其他多個學科的內容，是多學科課程基礎的拓展，通過小組成員合作設計和交流、評價等，在此過程中能培養學生的合作意識，溝通交流能力，也能推進教學活動的順利進行。同時，在設計和編程過程中，能培養初中生的創造力和動手能力，其中會涉及算法設計和基礎程序語言等，為后續學生高階編程學習奠定良好的基礎。設計型學習有迭代性特點，不斷反復設計、制作和評價等環節，學生對最終的作品提出建議，在此過程中增加學生發現問題的機會。此外，在實際應用過程中，學生為了設計優秀的作品，除了課堂所學的編程知識，還需要自身搜集并整理相關資料，獲取有價值的信息，在此過程中提升學生獨立思考的能力，也有助于引導學生更加客觀地思考問題，提升自身的糾錯能力和計算機思維能力。

（3）設計型學習可以適應不同水平的學生

設計型學習對教師的教學和學生的學習都提出了較高的要求，具體應用后，基礎好的學生和基礎相對薄弱的學生，在課程學習中都表現出濃厚的興趣，各自都取得了一定程度的進步，不同學生群體的成績差距也在逐漸縮小。這主要是設計型學習改變了以往單一枯燥的編程學習方式，將初中生難以理解的抽象知識加以具象化，通過具體的項目和實際案例，引導學生參與作品的設計，在此過程中加深對知識的理解，除此之外，學生還要參與搜集和整理信息，分析運用信息等，得到了更多鍛煉和實踐的機會，也營造出活躍的課堂氛圍，不論是基礎較好的學生還是相對較差的學生，都能融入討論和設計中，在合作式探究中分工合作，逐漸提升綜合能力。這一過程中，編程學習能力相對薄弱的學生能夠在團隊合作學習和領帶中獲得成長，各方面能力也能得到有效鍛煉。這樣的課程設計在一定程度上也體現了因材施教，能夠提升不同學習水平和層次學生的學習信心，讓他們對后續的學習更充滿期待。

4.結語

綜上所述，設計型學習是一種新的教學方式，將其應用到初中編程課程教學中能培養學生的編程興趣，有效提升學生的溝通交流、合作探究等綜合能力，具有一定的推廣和應用價值。

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