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        Python課程數(shù)字化游戲教學(xué)中培養(yǎng)初中生計(jì)算思維的實(shí)證探究

        2023-01-16 12:23:32王懷磊
        名師在線 2022年36期
        關(guān)鍵詞:編程數(shù)字化實(shí)驗(yàn)組

        文/王懷磊

        引 言

        計(jì)算思維包含分解、模式識別、抽象、算法四個(gè)維度的內(nèi)容。通過分解,學(xué)生可以將復(fù)雜問題分割為簡單的小問題,化繁為簡,讓問題的處理過程更簡便;通過模式識別,學(xué)生可以在操作任務(wù)中找到相似的模式,發(fā)現(xiàn)事物的規(guī)律,然后不斷地重復(fù)執(zhí)行;通過抽象,學(xué)生可以剔除與核心問題無關(guān)的模式,抓住問題最本質(zhì)的部分,創(chuàng)建解決問題的規(guī)則;通過算法,學(xué)生可以利用編程的方法設(shè)計(jì)指令,制訂計(jì)劃和步驟,解決核心問題。在初中信息技術(shù)教學(xué)中,教師首先要對計(jì)算思維的各個(gè)要素進(jìn)行剖析,制訂教學(xué)計(jì)劃,進(jìn)而引入數(shù)字化游戲,培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。

        一、相關(guān)概念界定

        (一)計(jì)算思維釋義

        計(jì)算思維是一種運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基本概念求解問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)、理解人類行為的思維。培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維有利于提高學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力,促進(jìn)學(xué)生專業(yè)發(fā)展,對學(xué)生的個(gè)人成長有十分重要的價(jià)值[1]。教師可以通過信息技術(shù)基礎(chǔ)課程、數(shù)據(jù)庫課程、程序設(shè)計(jì)課程培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維。

        (二)數(shù)字化游戲釋義

        數(shù)字化游戲是信息時(shí)代的產(chǎn)物,這種游戲具有一

        定的娛樂和休閑功能,以應(yīng)用程序、軟件的形式存在,可以通過計(jì)算機(jī)設(shè)備運(yùn)行。教師可以將數(shù)字化游戲引入初中信息技術(shù)教學(xué)中,融合數(shù)字化游戲和教學(xué)內(nèi)容,讓學(xué)生在游戲中展開人機(jī)互動(dòng),通過挑戰(zhàn)新的游戲內(nèi)容獲得愉悅的體驗(yàn)。

        二、Python課程數(shù)字化游戲教學(xué)中培養(yǎng)初中生計(jì)算思維的模型分析以及Python、數(shù)字化游戲、計(jì)算思維三者間關(guān)系的模型分析

        (一)Python課程數(shù)字化游戲教學(xué)中培養(yǎng)初中生計(jì)算思維的教學(xué)模型分析

        針對Python課程而言,教師需要科學(xué)布置課堂教學(xué)活動(dòng),引入數(shù)字化游戲,通過數(shù)字化游戲優(yōu)化課堂教學(xué)環(huán)節(jié),讓學(xué)生在數(shù)字化游戲中練習(xí)編程,通過游戲操作體驗(yàn)編程的作用,加深對Python編程的理解。首先,教師需要結(jié)合課本教材及學(xué)生的編程知識基礎(chǔ),分析課堂教學(xué)內(nèi)容,明確具體的教學(xué)目標(biāo),設(shè)置相應(yīng)的問題,為學(xué)生創(chuàng)設(shè)數(shù)字化的游戲情境。對于初中生而言,計(jì)算思維的發(fā)展需要經(jīng)歷一個(gè)循序漸進(jìn)的過程,教師需要在課堂教學(xué)過程中認(rèn)真觀察學(xué)生的反應(yīng),為學(xué)生提供個(gè)性化的指導(dǎo),對學(xué)生參與數(shù)字化游戲的過程、學(xué)習(xí)Python的效果進(jìn)行評價(jià),總結(jié)學(xué)生的階段化學(xué)習(xí)成果,鼓勵(lì)學(xué)生在課堂上與他人分享和交流。Python課程數(shù)字化游戲教學(xué)中培養(yǎng)初中生計(jì)算思維的教學(xué)模型如圖1所示。

        圖1 Python課程數(shù)字化游戲教學(xué)中培養(yǎng)初中生計(jì)算思維的教學(xué)模型

        (二)Python、數(shù)字化游戲、計(jì)算思維三者間關(guān)系模型分析

        Python課程、數(shù)字化游戲和學(xué)生的計(jì)算思維之間有密切的關(guān)聯(lián),數(shù)字化游戲可以引入Python課程中,增強(qiáng)課程實(shí)施的效果,促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維的發(fā)展[2]。要想充分發(fā)揮數(shù)字化游戲在編程課程中的作用,使學(xué)生的計(jì)算思維獲得快速發(fā)展,教師需要深入分析三者的關(guān)系。通過分析、推理,可以得到如圖2的結(jié)構(gòu)圖。

        圖2 Python、數(shù)字化游戲、計(jì)算思維三者間關(guān)系的模型

        教師首先要考慮“計(jì)算思維包含哪些部分?”“Python教學(xué)怎樣作用于學(xué)生的計(jì)算思維?”“怎樣利用數(shù)字化游戲激發(fā)學(xué)生的興趣?”等。在關(guān)系模型中,“計(jì)算思維”居于首要位置,是實(shí)踐教學(xué)的核心,教師需要掌握學(xué)生現(xiàn)有的知識基礎(chǔ),確定教學(xué)目標(biāo),針對Python知識、數(shù)字化游戲科學(xué)組織課堂教學(xué)活動(dòng)。

        編程課程對學(xué)生的計(jì)算思維要求較高,學(xué)生必須熟練掌握計(jì)算機(jī)的應(yīng)用知識,熟悉計(jì)算機(jī)的操作,這樣才能完成簡單的編程,提高編程能力。從這個(gè)角度來說,編程課程是培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的重要方法,教師需要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)Python語言,在編程的學(xué)習(xí)過程中緊緊抓住計(jì)算思維的四個(gè)維度。另外,數(shù)字化游戲是Python課程的有效輔助工具,通過引入豐富多彩的數(shù)字化游戲,學(xué)生能夠提高編程學(xué)習(xí)的動(dòng)力。計(jì)算思維的四個(gè)要素為分解、抽象、模式識別、算法。Python中通用的要素可概括為類、對象、屬性、方法、事件,計(jì)算思維中的四個(gè)要素可以通過Python課程體現(xiàn)。數(shù)字化游戲包含角色、場景、任務(wù)、規(guī)則等,這些要素可以和Python課程結(jié)合,將Python課程中的要素以游戲的形式體現(xiàn)出來。

        三、Python課程數(shù)字化游戲教學(xué)對培養(yǎng)初中生計(jì)算思維的意義

        (一)助力學(xué)生計(jì)算思維能力的提升

        數(shù)字化游戲教學(xué)能夠讓學(xué)生擁有更多機(jī)會(huì)操作計(jì)算機(jī),熟練掌握鍵盤、鼠標(biāo)的應(yīng)用方法,提高打字速度,最終實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維能力的提高。在實(shí)踐教學(xué)中,教師引入“紙牌游戲”“大魚吃小魚”“連連看”等數(shù)字化游戲,能讓學(xué)生沉浸于緊張的闖關(guān)氣氛中,通過不斷探索、競爭提高學(xué)習(xí)質(zhì)量,熟練掌握鼠標(biāo)的基本操作,快速、準(zhǔn)確發(fā)出指令。在鍵盤的操作方面,教師引入“警察抓小偷”等游戲,能讓學(xué)生完成相關(guān)指法練習(xí)。

        (二)助力學(xué)生計(jì)算思維態(tài)度的轉(zhuǎn)變

        Python課程包含Python基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)庫、函數(shù)模塊等內(nèi)容,很多學(xué)生在剛剛接觸編程時(shí)興趣盎然,但在真正展開練習(xí)時(shí),就會(huì)變得不耐煩。針對這種情況,教師引入數(shù)字化游戲,能讓枯燥乏味的編程教學(xué)變得生動(dòng)有趣,減輕學(xué)生的學(xué)習(xí)壓力,轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度。在Python課程的教學(xué)中,教師結(jié)合課堂教學(xué)內(nèi)容,為學(xué)生編一些數(shù)字化游戲的程序,能讓學(xué)生體驗(yàn)編程的功能、用法。

        四、Python課程數(shù)字化游戲教學(xué)培養(yǎng)初中生計(jì)算思維的實(shí)踐研究過程

        (一)研究對象

        本次實(shí)踐研究的對象為初二年級的兩個(gè)班,其中一班共有42名學(xué)生,為本次研究的實(shí)驗(yàn)組,二班共有40人,為本次研究的對照組。實(shí)驗(yàn)組在Python教學(xué)中融合數(shù)字化游戲,包括“貪吃蛇”“俄羅斯方塊”“五子棋”等,不同的教學(xué)內(nèi)容對應(yīng)不同的數(shù)字化游戲。此外,對照組在教學(xué)中采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法,為確保實(shí)驗(yàn)的對比性和有效性,實(shí)驗(yàn)組和對照組的教師相同。

        (二)研究工具

        本次教學(xué)實(shí)踐研究的工具為陳興治等人編制的“本土化計(jì)算思維評價(jià)指標(biāo)體系”,運(yùn)用該評價(jià)指標(biāo)測試學(xué)生計(jì)算思維的變化,驗(yàn)證數(shù)字化游戲?qū)Υ龠M(jìn)學(xué)生計(jì)算思維發(fā)展的作用。

        (三)研究案例

        1.教師設(shè)定教學(xué)目標(biāo)

        在實(shí)踐研究過程中,教師應(yīng)首先明確教學(xué)目標(biāo),包含學(xué)生的計(jì)算思維目標(biāo)、游戲目標(biāo)、Python知識目標(biāo)。在確定教學(xué)目標(biāo)后,教師要對學(xué)生進(jìn)行全面分析。在本次實(shí)證研究中,學(xué)生有一定的Python編程基礎(chǔ),但是游戲編程能力較弱,學(xué)習(xí)積極性不高。在教學(xué)中,教師將“俄羅斯方塊”作為游戲教學(xué)的主要內(nèi)容,設(shè)計(jì)課堂教學(xué)問題:“怎樣通過五大核心概念實(shí)現(xiàn)‘俄羅斯方塊’的游戲?”然后引導(dǎo)學(xué)生思考,鼓勵(lì)學(xué)生制訂具體方案。之后,教師結(jié)合教學(xué)目標(biāo)、Python課程的知識、“俄羅斯”方塊游戲,創(chuàng)建了課堂教學(xué)活動(dòng)。

        2.實(shí)施教學(xué)方案

        在確定教學(xué)目標(biāo)后,教師要在實(shí)驗(yàn)組完成教學(xué)實(shí)踐工作,為學(xué)生設(shè)置游戲任務(wù),提出學(xué)習(xí)問題,指導(dǎo)學(xué)生通過交流討論、自主探究完成編程任務(wù)和游戲任務(wù),提高學(xué)生的計(jì)算思維能力。在實(shí)驗(yàn)組,教師應(yīng)用數(shù)字化游戲,開展了包括“俄羅斯方塊”在內(nèi)的多個(gè)游戲項(xiàng)目,指導(dǎo)學(xué)生開展游戲編程,反復(fù)思考游戲編程中的問題,利用數(shù)字化游戲開展Python編程教學(xué)。在對照組,教師運(yùn)用傳統(tǒng)的Python教學(xué)方法,在教學(xué)進(jìn)度等方面與實(shí)驗(yàn)組保持一致。

        (四)研究過程

        本次教學(xué)實(shí)踐研究從2022年3月到2022年6月。在實(shí)驗(yàn)過程中,實(shí)驗(yàn)組的Python課程采用數(shù)字化游戲的方式,涉及“俄羅斯方塊”“貪吃蛇”“五子棋”等數(shù)字化游戲教學(xué)項(xiàng)目,在Python知識方面主要涉及函數(shù)、算法、數(shù)據(jù)類型、文件操作等。對照組采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法,涉及的Python知識與實(shí)驗(yàn)組一致。在整個(gè)研究過程中,實(shí)驗(yàn)組共授課28個(gè)課時(shí),對照組共授課28個(gè)課時(shí)。在Python課程教學(xué)實(shí)踐研究中,研究人員對實(shí)驗(yàn)組和對照組開展了計(jì)算思維前后測試,兩次測試的時(shí)間分別為2022年3月1日和2022年6月30日。

        (五)研究結(jié)果

        如前測數(shù)據(jù)顯示(見表1),實(shí)驗(yàn)組學(xué)生和對照組學(xué)生的計(jì)算思維基本處于同一水平,兩組學(xué)生的分解、抽象、概括、算法、評估等能力差別較小。后測數(shù)據(jù)顯示,實(shí)驗(yàn)組學(xué)生和對照組學(xué)生在計(jì)算思維上出現(xiàn)了較大差異。通過分析實(shí)驗(yàn)組和對照組前測和后測中計(jì)算思維各個(gè)維度的均值,可以發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組學(xué)生的計(jì)算思維能力有了大幅度提升,對照組學(xué)生的計(jì)算思維能力雖然也在原有基礎(chǔ)上獲得了提升,但總體上的進(jìn)步情況與實(shí)驗(yàn)組學(xué)生有一定差距。

        表1 實(shí)驗(yàn)組和對照組前測和后測中計(jì)算思維各維度的均值對比

        通過實(shí)驗(yàn)組學(xué)生和對照組學(xué)生Python編程作品中計(jì)算思維四維度計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果(見表2),可以發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組學(xué)生在編程作品中體現(xiàn)的計(jì)算思維能力更高,這充分說明了實(shí)驗(yàn)組學(xué)生的編程實(shí)踐能力和計(jì)算思維能力的提高,同時(shí)也體現(xiàn)了數(shù)字化游戲在編程教學(xué)中的作用。在今后的Python編程教學(xué)中,教師可以適當(dāng)應(yīng)用數(shù)字化游戲,通過數(shù)字化游戲調(diào)動(dòng)學(xué)生的編程學(xué)習(xí)積極性,推動(dòng)學(xué)生計(jì)算思維能力的全面發(fā)展。

        表2 實(shí)驗(yàn)組和對照組Python編程作品中計(jì)算思維四維度計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

        結(jié) 語

        在初中信息技術(shù)教學(xué)中,教師要高度重視對學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng),充分利用Python編程,把握計(jì)算思維的四個(gè)維度要素,促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維態(tài)度的轉(zhuǎn)變和計(jì)算思維技能的提高。在實(shí)踐教學(xué)中,教師可以引入數(shù)字化游戲,將數(shù)字化游戲的各要素與Python課程的要素緊密結(jié)合起來,促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維的發(fā)展。

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