面向小学信息技术课程的Python游戏化编程教学研究

【摘 要】信息技术2.0时代推动了编程教学的发展，作为世界三大科学思维之一的计算思维也逐渐成为计算机教育领域研究的热点。笔者针对编程教学培养小学生计算思维能力这一问题，基于Python语言，设计出了一款简单、易操作的游戏，并构建了游戏化教学模式。实践证明，游戏化编程教学有利于激发学生编程兴趣、提升学生计算思维水平。

【关键词】编程教学;计算思维;Python语言

2016年被计算机从业人员称为“中国少儿编程元年”。在《教育信息化“十三五”规划》等一系列相关政策的出台后，编程教育日益受到社会的关注，尤其在中小学信息技术教学中，更是备受关注。国家政策的支持、社会的认可，导致越来越多的小学生参与到编程学习中，刮起了一阵强烈的“少儿编程风”。

Python语言诞生于1989年，是一款面向对象的解释型编程语言，具有强大的程序语言库，方便调用，简单易懂。借助Python语言锻炼学生的编程学习能力，培养他们的计算思维，已成为当今学校信息技术教学的重心之一。计算思维在很多学科中都有涉及，并与阅读、写作、算术等一起，成为学生日后突出个人能力的技能之一。换句话说，Python的出現，使学生能够更轻松地领悟计算思维。

1   Python课程有助于学生计算思维的培养

在传统的信息技术教学中，教师与学生之间一般互动较少，教学过程主要是学生模仿教师的操作步骤，完成一定的教学任务[1]。这样往往会导致学生不能独立地思考问题。实际上，计算思维在信息技术教学中的体现是多方面的，将实际问题抽象化，并分解成多个模块，再通过合理的程序语言实现问题的求解，是培养计算思维、提升解决问题能力的过程。

Python同C、C++、JAVA等都是程序设计时可以运用的语言，但又有其独特的一面。Python拥有更加简单的语法、丰富的语言库，通俗易懂，容易入门，而且更加注重解决问题的算法实现，也就是对于同一问题，Python能够用最少的语句实现问题的求解，节省计算机存储空间。Python重算法、轻过程的特点，更能让学生减少修改语法错误的时间，可以多花时间在找寻最便捷、有效的算法上。

2   研究方法

2.1  文献分析法

笔者在知网上查找了关于信息技术教学、计算思维培养、编程教学、游戏化教学的文献后，梳理出基于计算思维的信息技术教学现状，并总结出适合本文教学研究的教学方法——游戏化编程教学法。

2.2  行动研究法

该方法的应用以实践为基础，以解决问题为导向，注重实践与行动相结合。本文依据K-12标准能力层级和现阶段小学信息技术的教学模式，设计出适合游戏化编程教学法的教学模式，并全程记录了教学过程，以便及时发现、分析游戏化编程教学模式实践中的问题，并不断修改、完善教学模式。

2.3  访谈研究法

该方法是以访谈者和受访者面对面口头交流的方式，对某一问题或者某些问题进行探讨和研究。这一过程中，访谈者需详细记录受访者对问题的见解，考虑受访者的心理活动和行为状态。就本文涉及的研究方向而言，笔者需要在教学开始前和结束后与任课教师交流，一方面是提前了解计算思维在课程中的运用程度，为制定相关教学模式做准备，另一方面是通过教师对教学实践活动的评价，及时改进教学方法，以便更好地开展信息技术教学，提升学生的计算思维能力[2]。

3   研究过程

采用游戏化编程的教学方法，可以在娱乐过程中提高学生的计算思维能力。研究的整体过程分为文献内容的整合阶段、教学实践筹备阶段、教学规划实施阶段、教学实践分析阶段、总结归纳结论阶段。

第一是文献内容的整合阶段，即通过对与研究内容相关的国内外文献进行搜集和研究，对现阶段教学中存在的问题进行总结，找出关键的几个问题点，从而确定研究课题。

第二是教学实践筹备阶段，笔者调查了扬州地区近几年中小学开展编程教育的情况以及存在的问题。通过问卷调查和与当地教育工作者的沟通交流，得出现在编程教育的发展现状及存在问题。

第三是教学规划实施阶段，笔者在实地调查的基础上，选取一所比较适合开展编程教学的学校，对学校编程教学基础设施及学生学情进行了解。教学规划的实施为整个教学实践研究最重要的步骤之一，教学规划的实施分为六个步骤，即引起问题、情境角色分析、思维导图分析、拖拽搭建程序、问题与调试和分享挑战，以此设计游戏化编程教学方式的教学案例，并对班级进行分析，把班级分为教学班和普通班。

第四是教学实践分析阶段，先在教学班和普通班进行对比实践教学，在不同的学习阶段对学生的计算思维能力进行测试。测试过程中笔者采用计算思维挑战赛的模式对学生进行循序渐进的能力维度测试，测试主要考验学生的思维能力、抽象能力和分解能力。教学前，笔者对两个班进行测试对比，分析两个班学生的计算思维能力是否存在较大差异，然后将每一次测试后的结果与前一次的结果对比，通过数据统计软件SPSS对四次计算思维能力测试的成绩进行数据分析。通过对比，研究采用游戏化编程教学方法的教学班和采用启发式教学的普通班在通过教学实践后是否产生差异，并在每一次测试后对本次教学实践的过程与结果进行分析总结，针对问题优化教学设计，然后进行下一次的课程教学实践。

第五是总结归纳结论阶段，完成教学实践过程模块之后，发现设计的游戏化编程教学模式的问题，并进行修改，使教学流程与内容更加完善。通过SPSS软件进行数据分析，根据分析结果对教学效果进行对比总结，找出教学实践的不足。

4   教学模式构建

根据Python语言的特点，结合国内小学信息技术教学实际情况，本文设计与构建了基于计算思维的Python游戏化编程教学模式，主要包括教师活动、教学活动和学生活动三部分。本课题将教学活动部分细分为八个步骤，即确定游戏选题、提出游戏设计主题、协作探究、知识构建、解决问题、Python作品创作、展示与交流、总结与评价。整个教学模式采用计算思维的方法进行系统监督。

5   教学活动分析

5.1  成績对比分析

在对两个班同时进行教学的过程中，笔者做了四次计算思维测试，并对两个班的四次计算思维水平成绩进行汇总分析。通过分析与解读数据，以两个班在三个教学模块的成绩变化来观察教学效果。

两个班的成绩进步幅度都较大，但是教学班的总体成绩明显高于普通班，教学班的最高成绩在5分左右，处于计算思维评分标准中“给出结果，结果正确，有解析，与计算思维无关”阶段;普通班的最高成绩在4.3分左右，处于“给出结果，结果正确，无解析”阶段。

对比实验的正向增长数据可知，采用游戏化编程教学法的教学班学生计算思维水平的提高优于应用传统教学法的普通班。

5.2  访谈分析

本研究在开展实践教学过程中，担任G小学信息技术部主任的教师H一直参与其中，笔者对其进行了两次访谈。从第一次访谈中了解到，作为任课教师，H对计算思维培养工作以及游戏化编程教学活动有一定理解，并基于此分析出了Python游戏化编程教学模式的利与弊，有利于今后推广该教学方法。第二次访谈是在教学结束后，H在观察了全部教学活动后给出了三点建议。一是授课教师应更多地关注学生完成任务后的总结工作，这样不仅有利于提升学生的学习兴趣，激发学生的创作热情，还能扩展教学内容，加深知识的深度。二是在进行任务演示时，不要只局限在游戏中，也可以借助多媒体设备，更加生动形象地将过程与结果展现给学生。三是课后教师应该帮助并引导学生创作，这样有利于学生对下一个知识点的预习和掌握。

近年来，国内外对计算思维的关注度越来越高，引发了一系列研究。但这些关于计算思维的研究主要集中在高等教育阶段，对基础教育阶段的研究比较少，计算思维的培养应从基础教育阶段开始，是一个长期过程。随着Python程序设计软件的出现，对学生从小进行计算思维的培养成为了可能。本研究从Python程序设计软件本身出发，设计并构建了基于计算思维培养的Python游戏化编程教学模式，同时设计了相应的课程案例，通过教学实践验证了游戏化编程教学有助于学生计算思维能力的提升。

【参考文献】

[1]黄威荣，曾云雪，王军，等.基于编程思维的小学生Python课程内容体系研究[J].中国教育技术装备，2019（7）.

[2]陈秋燕.高中Python程序教学的实践与思考——以《趣味小游戏程序设计》为例[J].教育信息技术，2019（Z1）.

【作者简介】

赵雪（1993～），女，汉族，江苏扬州人，扬州大学教育学院小学教育专业2018级硕士研究生。研究方向：小学教育。