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基于ADDIE理論開發(fā)Kitten編程校本課程:培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維

2025-11-11 00:00:00魏運(yùn)根
中國教育技術(shù)裝備 2025年19期

0 引言

當(dāng)前,培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維日益受到重視。2014年,英國的計(jì)算機(jī)課程提出要注重培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算能力;同年,美國開發(fā)了培養(yǎng)計(jì)算思維的計(jì)算機(jī)科學(xué)原理課程。2015年,澳大利亞將培養(yǎng)計(jì)算思維作為信息科技課程的一項(xiàng)重要教學(xué)目標(biāo)。在我國,《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》和《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》均將計(jì)算思維作為信息技術(shù)/信息科技課程要培養(yǎng)的核心素養(yǎng)之一,旨在培養(yǎng)學(xué)生采用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法界定問題、分析問題、制定問題解決方案的思維,讓學(xué)生能有意識(shí)地總結(jié)解決問題的方法,并將其遷移到其他問題求解中。

本文在分析計(jì)算思維的概念和ADDIE理論的基礎(chǔ)上,提出基于ADDIE理論開發(fā)Kitten編程課程,以培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維,并以“詩韻七巧板”一課為例,介紹在實(shí)際教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的具體方法。

1計(jì)算思維的概念和內(nèi)涵

計(jì)算思維是人們理解自然系統(tǒng)與社會(huì)系統(tǒng)的思維方法和思維活動(dòng),是使用科學(xué)工具進(jìn)行抽象模擬以尋求問題解決最優(yōu)化方案的系統(tǒng)過程[1。周以真[2認(rèn)為,計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類行為能力理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)廣度的一系列思維活動(dòng)。她在后續(xù)的研究中進(jìn)一步提出,計(jì)算思維是提出問題和制定問題解決方案的思考過程,解決方案能通過信息加工代理有效執(zhí)行的一種表達(dá)形式[3]。美國計(jì)算機(jī)科學(xué)教師協(xié)會(huì)將計(jì)算思維界定為一種問題解決的方法論,涉及問題的分析、數(shù)據(jù)的處理、解決方案的制定和實(shí)施、解決問題過程的遷移運(yùn)用等。任友群等[4認(rèn)為,通過計(jì)算思維人們可以更好地理解和分析復(fù)雜問題,形成具有模塊化、自動(dòng)化、系統(tǒng)化等計(jì)算特征的問題解決方案。《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》提出,計(jì)算思維是指個(gè)體運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法,在問題解決過程中涉及的抽象、分解、建模、算法設(shè)計(jì)等思維活動(dòng)。國內(nèi)研究中,計(jì)算思維培養(yǎng)途徑有搭建流程圖[5]、設(shè)計(jì)算法[6]、編程語言[7]、融合STEM教育[8]等。

通過對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)的梳理和分析,本文認(rèn)為計(jì)算思維有三個(gè)特征:計(jì)算機(jī)科學(xué)、問題解決和遷移應(yīng)用。計(jì)算機(jī)科學(xué)是指計(jì)算思維涉及計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)概念、理論、思維等內(nèi)容。計(jì)算思維需要在問題解決過程中形成和提升,不能脫離實(shí)際問題和知識(shí)載體,單純強(qiáng)調(diào)思維培養(yǎng)而脫離問題情境,難以真正培育計(jì)算思維。遷移應(yīng)用是指將所學(xué)的知識(shí)、技能和策略遷移應(yīng)用于解決其他問題,實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造性地解決問題,是計(jì)算思維成形的標(biāo)識(shí)。

2 ADDIE理論

ADDIE是一種常用的課程設(shè)計(jì)和開發(fā)模型,涵蓋分析(Analysis)、設(shè)計(jì)(Design)、發(fā)展(De-velop)、執(zhí)行(Implement)和評(píng)估(Evaluate)五個(gè)階段。它最早被美國軍方用于設(shè)計(jì)和開發(fā)軍事訓(xùn)練課程,當(dāng)前主要應(yīng)用于教育領(lǐng)域和企業(yè)培訓(xùn)領(lǐng)域。程豪9用ADDIE理論作為設(shè)計(jì)中小學(xué)綜合實(shí)踐活動(dòng)課程的理論支撐,構(gòu)建了適合我國中小學(xué)綜合實(shí)踐活動(dòng)課程的開發(fā)模式。區(qū)尚智[10]利用ADDIE理論開發(fā)面向中職學(xué)生的人工智能課程,發(fā)現(xiàn)該課程對(duì)學(xué)生的計(jì)算思維能力有顯著的提升作用。張帆[]從單元設(shè)計(jì)的視角展開研究,形成基于ADDIE理論的高中物理單元教學(xué)設(shè)計(jì)一般思維,為單元教學(xué)目標(biāo)和重難點(diǎn)的確定提供支持性信息。

可見,在課程開發(fā)中應(yīng)用ADDIE理論,可以幫助使用者有條不紊地進(jìn)行課程設(shè)計(jì)和開發(fā)。在基于ADDIE理論的課程開發(fā)過程中,開發(fā)者可以按分析、設(shè)計(jì)、開發(fā)、實(shí)施和評(píng)估五個(gè)階段順序迭代進(jìn)行,實(shí)現(xiàn)每個(gè)階段的任務(wù)和目標(biāo)。

本文將基于ADDIE理論開發(fā)Kitten編程校本課程,以培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。

3基于ADDIE理論的Kitten編程校本課程開發(fā)模式

ADDIE理論指導(dǎo)下的Kitten編程課程開發(fā)模式如圖1所示。需求分析、精心設(shè)計(jì)、創(chuàng)新開發(fā)和嚴(yán)謹(jǐn)實(shí)施四個(gè)階段形成一個(gè)閉環(huán),循環(huán)迭代開發(fā)課程。科學(xué)評(píng)估既是課程開發(fā)中獨(dú)立的階段,又與上述四個(gè)階段互通,強(qiáng)調(diào)課程整體開發(fā)過程中的反饋與優(yōu)化。在此模式下進(jìn)行課程的迭代開發(fā),直至達(dá)到預(yù)期效果。

圖1ADDIE理論指導(dǎo)下的Kitten編程課程開發(fā)模式

3.1 需求分析

需求分析是指通過調(diào)查研究對(duì)象的基礎(chǔ)情況、分析研究對(duì)象和研究目的之間的關(guān)系,為后續(xù)開發(fā)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、厘清開發(fā)脈絡(luò)。課程開發(fā)中,需求分析起著至關(guān)重要的作用,挖掘師生的真實(shí)需求是確保校本課程開發(fā)符合真實(shí)情況的前提。需求分析手段主要有內(nèi)省、訪談、觀察、問卷調(diào)查等。

本研究對(duì)深圳市光明區(qū)外國語學(xué)校學(xué)生的編程基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)編程的需求進(jìn)行了問卷調(diào)查,從學(xué)生特征、學(xué)習(xí)編程需求、編程內(nèi)容三個(gè)維度設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)編程情況調(diào)查問卷。該問卷共12道題目,旨在通過收集、分析學(xué)情為設(shè)計(jì)圖形化編程校本課程提供真實(shí)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。通過分析問卷發(fā)現(xiàn),學(xué)生喜歡貼近實(shí)際生活、富含趣味性和益智性的教學(xué)內(nèi)容。因此,在教學(xué)中應(yīng)以項(xiàng)目為驅(qū)動(dòng),采取小組合作方式,依托真實(shí)情境和編程平臺(tái),在解決問題的過程中培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。

3.2 精心設(shè)計(jì)

在ADDIE理論中,設(shè)計(jì)階段的主要任務(wù)是根據(jù)需求分析結(jié)果制定課程框架,擬定開發(fā)準(zhǔn)則、實(shí)施方案、開發(fā)進(jìn)度表等指導(dǎo)文件,為開發(fā)階段確定開發(fā)方向。分析結(jié)果顯示,學(xué)校近 60% 的學(xué)生沒有學(xué)習(xí)過編程知識(shí),因此在設(shè)計(jì)課程大綱時(shí),本文將課程分成四個(gè)階段:走進(jìn)Kitten世界、玩轉(zhuǎn)Kitten積木、開啟Kitten+模式、滲透Kitten應(yīng)用。每個(gè)階段的知識(shí)難度和創(chuàng)作挑戰(zhàn)逐步提升,這樣的設(shè)計(jì)符合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律。

結(jié)合需求分析結(jié)果和計(jì)算思維內(nèi)涵,本文選擇情境教學(xué)、合作學(xué)習(xí)、問題解決、學(xué)科融合四種教學(xué)策略,設(shè)計(jì)了學(xué)科融合、傳統(tǒng)文化、時(shí)事熱點(diǎn)等驅(qū)動(dòng)任務(wù),通過讓學(xué)生在問題解決過程中分析問題、設(shè)計(jì)解決方案,培養(yǎng)他們的抽象、分解、建模、算法設(shè)計(jì)等思維。同時(shí),本文設(shè)計(jì)了師生評(píng)價(jià)表,記錄師生學(xué)習(xí)過程中的問題、知識(shí)點(diǎn)掌握程度,采用計(jì)算思維水平能力量表測試學(xué)生的思維水平,利用編程教育管理平臺(tái)讓學(xué)生進(jìn)行自評(píng)和他評(píng)。

3.3 創(chuàng)新開發(fā)

開發(fā)階段是將課程設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為課程資源包的核心步驟。本文根據(jù)信息科技學(xué)科知識(shí)的邏輯關(guān)系和學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn),確定課程內(nèi)容的時(shí)序和組織結(jié)構(gòu),以支持有效的學(xué)習(xí)過程。1)根據(jù)課程開發(fā)方案確定開發(fā)任務(wù)、時(shí)間節(jié)點(diǎn)和責(zé)任人,以制度的形式保證開發(fā)進(jìn)度。2)收集圖形化編程相關(guān)教學(xué)資源,將其作為課程開發(fā)的參考資料,組織教師進(jìn)行Kitten編程培訓(xùn)。3)在課程標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)下編寫符合學(xué)科融合理念的教學(xué)設(shè)計(jì)、導(dǎo)學(xué)案,制作教學(xué)課件和微視頻。

本文按照開發(fā)、審核、反饋的流程進(jìn)行迭代開發(fā),直至開發(fā)出符合課程標(biāo)準(zhǔn)和教學(xué)大綱要求的高質(zhì)量課程內(nèi)容。

3.4嚴(yán)謹(jǐn)實(shí)施

課堂教學(xué)是驗(yàn)證開發(fā)的課程是否滿足學(xué)生需求的重要途徑,也是檢驗(yàn)教材內(nèi)容是否達(dá)標(biāo)的依據(jù)。在實(shí)施Kitten編程校本課程時(shí),從三、四年級(jí)中隨機(jī)挑選22名學(xué)生組成創(chuàng)意編程社團(tuán),依據(jù)組間同質(zhì)、組內(nèi)異質(zhì)的原則將他們分成若干學(xué)習(xí)小組,采用雙師授課模式,一位教師主講,一位教師輔助。依托編程智慧平臺(tái),將課前、課中、課后分成六個(gè)環(huán)節(jié),力求環(huán)節(jié)間銜接自然、整體上科學(xué)合理,實(shí)現(xiàn)課前線上預(yù)習(xí)、課中環(huán)節(jié)緊扣、課后追蹤測評(píng)。

3.5 科學(xué)評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)時(shí)應(yīng)注重學(xué)生的思考和理解過程,關(guān)注學(xué)生的思維能力、創(chuàng)造力和問題解決能力,而不是對(duì)知識(shí)和技能進(jìn)行簡單的測量。開發(fā)Kitten編程校本課程的目的是培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維,培養(yǎng)一批具有創(chuàng)新能力的科創(chuàng)之星。本文借助白雪梅等2翻譯的中文版計(jì)算思維評(píng)價(jià)量表對(duì)編程社團(tuán)學(xué)生進(jìn)行計(jì)算思維水平測試,使用編程教育管理平臺(tái)對(duì)學(xué)生作品進(jìn)行管理與評(píng)價(jià),從創(chuàng)新思維、藝術(shù)設(shè)計(jì)、邏輯分析、編程技術(shù)四個(gè)維度給學(xué)生作品評(píng)分,實(shí)現(xiàn)過程性評(píng)價(jià)和終結(jié)性評(píng)價(jià)。

4Kitten編程校本課程實(shí)施流程

Kitten編程校本課程進(jìn)行了兩輪實(shí)際教學(xué),總結(jié)了六大實(shí)施環(huán)節(jié)。以“詩韻七巧板”一課為例,介紹如何訓(xùn)練學(xué)生的抽象、分解、建模、算法設(shè)計(jì)等思維活動(dòng)。

4.1智慧平臺(tái)助力備課

點(diǎn)貓編程平臺(tái)是一款在線教學(xué)智慧平臺(tái),包含課程教學(xué)和課程中心模塊,學(xué)生通過課程中心查看預(yù)習(xí)資料和上課。教師提前準(zhǔn)備智慧七巧板小知識(shí)、《從軍行》、《塞下曲》等教學(xué)資料,并通過平臺(tái)將預(yù)習(xí)資料推送給學(xué)生,讓學(xué)生了解本節(jié)課的學(xué)習(xí)背景和知識(shí)點(diǎn)。

4.2 創(chuàng)設(shè)情境引出課題

教學(xué)情境應(yīng)具備真實(shí)性、趣味性、學(xué)科性,好的情境能吸引學(xué)生的注意力,激發(fā)其學(xué)習(xí)動(dòng)力。《從軍行》是一首經(jīng)典的邊塞詩,教師利用生成式人工智能軟件生成詩人王昌齡的數(shù)字人,在和詩人的古今對(duì)話中激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)詩詞文化、探索邊塞詩創(chuàng)造背景的熱情,并導(dǎo)入本課主題。

4.3分析問題學(xué)習(xí)新知

設(shè)置“七巧板拼詩意境圖”驅(qū)動(dòng)問題,組織學(xué)生通過小組合作自主研讀古詩,分析制作七巧板和繪制意境圖所需的積木和素材。引導(dǎo)學(xué)生從文本中提取關(guān)鍵信息,抽象形成適合編程解決的內(nèi)容。在分析過程中,幫助學(xué)生掌握積木知識(shí),厘清角色之間的邏輯關(guān)系,從具體的古詩文本中抽象出核心概念和元素,將詩句中的意象轉(zhuǎn)化為編程中的圖形對(duì)象。

4.4制作素材編寫程序

在素材制作環(huán)節(jié),鼓勵(lì)學(xué)生使用信息技術(shù)工具進(jìn)行個(gè)性化素材創(chuàng)作,激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力,提升其信息素養(yǎng)。引導(dǎo)學(xué)生在編寫程序時(shí)遵循分層原則,將任務(wù)分解為若干個(gè)模塊,以模塊為單位進(jìn)行創(chuàng)作,降低創(chuàng)作難度。同時(shí),幫助學(xué)生根據(jù)抽象出的概念創(chuàng)建程序模型,加深他們對(duì)問題的理解,提升他們的計(jì)算思維、系統(tǒng)構(gòu)建能力。

4.5 知識(shí)遷移應(yīng)用

作品展示能促進(jìn)學(xué)生之間的交流和合作。從每個(gè)主題中挑選出評(píng)分較高的作品進(jìn)行展示,教師對(duì)其進(jìn)行點(diǎn)評(píng),講解共性問題。設(shè)置拓展任務(wù),引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)知識(shí)遷移應(yīng)用到其他問題的解決中,如制作《涼州詞》學(xué)習(xí)小程序,讓學(xué)生不斷優(yōu)化算法以提高程序的效率和準(zhǔn)確性。

4.6 反思總結(jié)

根據(jù)實(shí)施需求設(shè)計(jì)學(xué)生自我學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)表、教師課后教學(xué)反思表兩個(gè)過程性評(píng)價(jià)量表。學(xué)生自我學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)表采用五級(jí)量化評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),以了解學(xué)生的知識(shí)掌握情況;教師課后教學(xué)反思表可以記錄教師授課目標(biāo)完成情況,便于教師根據(jù)反饋優(yōu)化教學(xué)。通過反思編程中遇到的挑戰(zhàn)和解決方案,讓學(xué)生鞏固所學(xué)知識(shí),也深化他們對(duì)編程的認(rèn)識(shí)。

5課程實(shí)施效果分析

5.1 師生自評(píng)教學(xué)反饋情況

對(duì)學(xué)生自我學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)表進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),學(xué)生知識(shí)掌握較好,課程內(nèi)容受學(xué)生喜歡,能夠激發(fā)學(xué)生的興趣。多數(shù)學(xué)生表示,各個(gè)階段的知識(shí)掌握情況均達(dá)到或超過預(yù)定的學(xué)習(xí)目標(biāo),表明開發(fā)的課程能夠滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。教師課后教學(xué)反思表記錄的情況顯示,教學(xué)目標(biāo)基本達(dá)成,部分目標(biāo)達(dá)成度較高,表明課程內(nèi)容和教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)有效,學(xué)生能夠理解和掌握Kitten編程相關(guān)知識(shí)和技能。

5.2編程教育管理平臺(tái)上的學(xué)生作品管理與成效分析

編程教育管理平臺(tái)是編程教學(xué)管理與課程資源一體化云平臺(tái),包含創(chuàng)作工具Kitten、作品管理和學(xué)情報(bào)告等功能。教師對(duì)上傳至平臺(tái)的學(xué)生作品進(jìn)行查閱、批改。通過統(tǒng)計(jì)學(xué)生作品數(shù)量發(fā)現(xiàn),學(xué)生每周平均創(chuàng)作作品數(shù)量呈遞增趨勢,說明學(xué)生創(chuàng)作熱情高、知識(shí)掌握牢固,反映出Kitten編程課程內(nèi)容設(shè)計(jì)的合理性。同時(shí),從學(xué)生作品可以看出,他們在解決復(fù)雜編程問題上展現(xiàn)出更高的自信和能力,這進(jìn)一步證明該課程在培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維、編程技能和邏輯思維方面開發(fā)得當(dāng),教學(xué)效果顯著。

5.3科創(chuàng)競賽檢驗(yàn)成效

學(xué)習(xí)是學(xué)生主動(dòng)構(gòu)建知識(shí)和理解知識(shí)的過程,學(xué)生可以通過實(shí)踐建構(gòu)自己的知識(shí)和技能。為了更好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、了解學(xué)生的知識(shí)掌握情況、檢驗(yàn)Kitten編程校本課程的教學(xué)效果,深圳市光明區(qū)外國語學(xué)校組織編程社團(tuán)學(xué)生參加了多項(xiàng)全國性競賽活動(dòng)。比賽中,學(xué)生創(chuàng)作了很多有趣的作品,取得了不錯(cuò)的成績。通過參與比賽,進(jìn)一步提高了學(xué)生的問題解決能力和知識(shí)運(yùn)用水平。

5.4計(jì)算思維量表分析

Korkmaz等根據(jù)國際教育技術(shù)學(xué)會(huì)提出的計(jì)算思維的理論框架,開發(fā)了測量K12階段學(xué)生計(jì)算思維的量 表(Computational ThinkingScale,CTS)。教學(xué)團(tuán)隊(duì)對(duì)編程社團(tuán)學(xué)生和普通班級(jí)學(xué)生的計(jì)算思維水平進(jìn)行了前測和后測。前測結(jié)果顯示,編程社團(tuán)學(xué)生和普通班級(jí)學(xué)生的計(jì)算思維水平相近(差距在1%以內(nèi)),消除了學(xué)生水平差異對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響;后測結(jié)果表明,編程社團(tuán)學(xué)生經(jīng)過Kitten編程校本課程學(xué)習(xí)后,計(jì)算思維水平提升14.2% ,驗(yàn)證了該課程對(duì)培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的有效性。

6 結(jié)束語

本文基于ADDIE理論提出開發(fā)校本課程的模式,開發(fā)了旨在培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的Kitten編程校本課程,經(jīng)過實(shí)際教學(xué)總結(jié)了課程實(shí)施的六大環(huán)節(jié)。課程實(shí)施效果顯示,學(xué)生的計(jì)算思維水平得到了提高,驗(yàn)證了該課程對(duì)培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的有效性和可靠性。但本文的研究還存在一些問題,如學(xué)生的問題解決能力提升不大,表明在課程內(nèi)容設(shè)計(jì)上應(yīng)更注重學(xué)生問題解決能力的培養(yǎng)。未來,教學(xué)團(tuán)隊(duì)將拓寬授課范圍,面向普通班級(jí)學(xué)生授課,進(jìn)一步驗(yàn)證Kitten編程課程對(duì)計(jì)算思維培養(yǎng)的效果。

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