面向儿童编程能力的游戏化学习活动设计研究

1/8面向儿童编程能力的游戏化学习活动设计研究面向儿童编程能力的游戏化学习活动设计研究程序设计教学在儿童逻辑思维的培养、创新实践能力及解决问题能力提升方面具有不可估量的作用。在基础教育领域，儿童编程教育没有得到足够的重视，儿童对编程方面的知识了解甚少。游戏是儿童生活学习活动的重要组成部分1。随着寓教于乐学习方式的倡导，基于游戏化学习的儿童编程教学模式逐渐进入计算机教育的视野。儿童在游戏的氛围中进行编程学习，符合儿童的年龄特点及认知情况，体现儿童学习的主体性，能激发儿童学习兴趣，培养儿童的编程能力和实践能力，提升儿童的技术素养和工程素养，切实推进STEAM教育。本研究利用SCRATCH平台可视化及模块化的优点，对已经封装好的程序模块进行自由的拼接，儿童运用程序设计的思维来解决问题，从而提高儿童编程能力2，以实现预期功能。相关研究信息与交流技能、分析和解决问题的能力、处理人际关系的能力等新的知识和技能逐步深入K12教育体系，重视培养儿童编程能力已成为国内外教育研究的热点。在国外，美国组织强调要让每个孩子都有机会学习编程；英国为了提升儿童对计算机科学的兴趣，提倡儿童从2/85岁开始学习编程3；芬兰启动新项目为儿童学习计算机编程提供机会等4。在中国，为推进STEAM教育和培养儿童编程能力，教育研究者在计算机教育及编程方面进行了大量研究，这些研究大多集中在儿童编程工具的应用层面，而且大多是借助SCRATCH可视化编程工具开展程序设计教学，以提高儿童学习程序设计的兴趣。朱丽彬等将大卫库伯的体验学习圈理论应用于SCRATCH程序设计教学中，有效地激发了学生学习编程的兴趣5；袁庆从SCRATCH究竟能够为学生带来什么出发，表明SCRATCH在提升学生问题解决能力、创新能力、合作能力、编程能力等方面具有巨大促进作用6；凌秋虹为培养学生用程序设计的思维进行思考，提高学生解决问题的能力，将SCRATCH作为编程教学平台引入课堂2。通过以上国内外儿童编程研究现状分析发现，儿童编程能力的培养得到很多国家的重视，国内也展开此方面的研究。面向儿童编程能力的游戏化学习模式构建1儿童编程能力分析儿童编程能力，即儿童为实现某种预期的效果而使用程序设计语言编程的能力。为了使计算机能够理解人的意图，人类需要将解决问题的思路、方法和手段以计算机能够理解的形式呈现，使得计算机能够根据人的思想去工作，以实现某种功能及任务美国为应对21世纪的挑战，提3/8出了“21世纪技能”教育改革的新思想，提议将“21世纪技能”与K12教育体系紧密结合，为基础教育人才的培养提供新的研究范式。面向21世纪的技能被概括为以下几种类型信息与交流技能、分析与解决问题的能力、生活与职业技能7等。这几种技能被认为是21世纪教育改革的基础条件。结合儿童编程能力的特点和“21世纪技能”，本研究对儿童编程能力的构成要素进行了归纳总结，具体如图1所示。儿童编程能力主要包括基本能力和高阶能力两个部分。其中基本能力主要包括观察、比较、分析/判断、加工信息的能力、动手实践能力、合作意识、创造性思维能力等；高阶能力主要包括算法编程能力、将程序模块化能力、将编程问题数学模型化的能力以及调试程序能力。基本能力基本能力是指儿童需要具备处理信息的能力，根据问题的需要，观察信息、比较信息、分析判断信息、加工信息，其中观察和比较信息是儿童能够利用信息的前提；分析信息的能力要求儿童对教师提供的信息进行鉴别、遴选、分析和判断，自觉抵制和消除垃圾信息的干扰和侵蚀，找出有用信息并加以整理；加工信息是组织信息源传递的信息并展示的过程，这是检验儿童信息处理能力的最佳体现。基本能力另一主要能力是解决问题的能力，这项能力4/8是儿童进行学习活动时必备的一项能力，解决问题的过程是儿童进行知识建构和智力发展的过程；动手实践能力倡导儿童积极地动手、动脑，大胆地去思索、探讨，儿童不再是被动接受知识的容器；合作意识使儿童优势互补，提高解决问题的效率；创造性思维能力倡导儿童在已有的经验基础上发现新事物、创造新方法、解决新问题，形成一种良好的思维品质。高阶能力算法编程能力包括常见算法的掌握和算法改进创新的能力，这是从根本上提高编程水平的有效措施。将程序模块化的能力化繁就简，化本文由论文联盟HTTP/收集整理整为零，提高程序的复用率。在设计游戏时应考虑到模块之间的逻辑关系。将编程问题数学模型化的能力要善于理清程序中各数据间的关系，找出相互间的关系，建立数学模型，提升儿童的抽象概括能力及逻辑思维能力。调试程序的能力编写程序过程中，经常会遇到未知的错误。在发生错误时快速准确发现问题、分析问题、解决问题，是每个儿童在编程活动中应具备的基本技能。2面向儿童编程能力的游戏化学习模型构建北京大学的尚俊杰副教授认为“游戏化学习有两种理解，一种是在玩游戏的过程中达到学习的目的，另一5/8种是将头脑中的想法设计成游戏，在这个过程中进行学习活动。”8游戏中的“学习性因素”，如情境、问题求解、竞争、关卡、挑战以及玩家与情境间的交互等，对游戏参与者的思维、认知、积极性等方面都起着不可忽视的作用9。美国新媒体联盟地平线报告把“游戏和游戏化”列为未来一年以内将被广泛应用的学习技术。简言之，游戏化学习就是游戏的机制在教育领域的一种实践形式10。儿童编程能力的培养应该融合在具体的游戏化学习中才能取得成效。编程学习枯燥乏味，儿童在学习的过程中容易丧失学习的兴趣，编程能力的培养也就无从谈起。在对儿童学习特点及认知能力深入分析的基础上，笔者选择游戏化学习作为支持情景学习的方式。游戏化学习，作为儿童学习的一种方式，不仅能够提高儿童的学习热情，而且还可以培养其问题解决的能力。在游戏化学习课堂中，不再以教师讲授为中心，而是以学习者的自主发现和自我体验为主。游戏化学习有两种形式，一种是从玩游戏中学习；另一种是设计游戏，将自己的创意想法转变成游戏11。本研究采用儿童设计游戏的方式来开展游戏化学习，构建了面向儿童编程能力的游戏化学习模型，具体如图2所示。面向儿童编程能力的游戏化学习模型中，儿童、教师和工具三者之间相互影响作用。该学习模型是以游戏化编程学习工具的支持为基础，主要包括学生探究学习、教师辅助6/8指导。首先，由教师确定学习主题，选择适合儿童进行游戏化编程的游戏。在此过程中，教师需要对学习者进行分析，制定学习目标，调动儿童的学习兴趣；随后，教师提出游戏任务并设置相关问题。与此同时，儿童也在不断地观察问题，在脑海里形成所要探究问题的雏形，在教师的引导下，使问题清晰化，并逐渐形成自己的解题思路。其次，儿童设计游戏过程中，主要包括问题引入、学习探究、游戏编写、成果展示四个环节。在问题引入环节，儿童主要是对游戏的情景、角色、任务进行构想和设计；在任务及好奇心的驱使下，积极进行自主探究和合作探究，形成解决问题的步骤及方法；在游戏编写过程中，儿童需要进行游戏设计，制作并进行调试；成果展示环节，根据教师和其他儿童的意见或建议，对自己的成果不断进行改错及优化。在设计游戏这一关键环节中，教师须在活动中对儿童进行辅助支持。儿童在探究的过程中对某一知识点理解很难时，教师就需要对问题进行适当的调整。此外，在儿童设计游戏的过程中，教师要对儿童进行学习跟踪及评价。最后，儿童针对本次的游戏活动设计进行总结反思。在探究性学习活动中，由于儿童能力的差异，有的儿童可能顺利地完成了这个过程，而有的儿童则需要进行反馈修7/8订、发现问题、积极寻找问题的解决方案。教师也要进行总结反思，综合评价学习者在学习活动中的表现，进行知识点总结，并积极引导学生寻找创新解决方案。在整个学习过程中，儿童通过对游戏的分析、设计、实现、优化和分享，螺旋上升循环迭代，加深对编程思维的理解，不断提高自身的编程能力。儿童编程学习活动案例在儿童编程学习工具的选择上，笔者选用美国麻省理工学院研发的SCRATCH工具来开展编程活动的学习。选此工具是基于儿童的年龄特点及认知规律来考虑。由于儿童的逻辑思维能力在不断地发展中，相对来讲并不成熟，那么使用成人化的程序设计语言去编程是有一定难度的，尤其是国内的孩子，更是受到来自英语、数学、自然语言以及逻辑思维等多重因素的限制12。SCRATCH工具巧妙地绕开这些困难，利用SCRATCH平台进行可视化交互操作。下面以“吃鱼游戏”为情景，基于SCRATCH进行游戏设计，如表1所示。结束语通过对儿童编程能力现状以及SCRATCH游戏化编程应用的梳理，笔者认为，游