張孟婷 袁柳

（陜西師范大學 計算機科學學院，陜西 西安 710119）

摘要：中小學信息技術(shù)學科中圖形化編程教學備受歡迎，針對編程教學過程中重知識輕能力的問題，首先分析了PBL教學模式在編程中培養(yǎng)學生問題解決能力的契合點，隨后從學生問題解決能力培養(yǎng)、師生活動及教學環(huán)節(jié)三個層面出發(fā)，構(gòu)建了信息技術(shù)教學中PBL教學模式的應(yīng)用框架；最后，基于編程貓平臺，通過《跨欄比賽》教學案例的實踐，為教師提供了可參考的編程教學設(shè)計一般流程，證明了PBL教學模式對提升問題解決能力有一定促進作用。

關(guān)鍵詞：PBL教學模式；問題解決能力；圖形化編程；編程貓；編程教學設(shè)計

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）06-0001-04

開放科學（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

0 引言

信息時代需要培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，問題解決能力是創(chuàng)新型人才的必備技能，也是信息技術(shù)學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的關(guān)鍵能力[1-2]，是有機整合各種能力的基礎(chǔ)[3]。圖形化編程在中小學備受歡迎，編程貓是國內(nèi)研發(fā)的功能強大的圖形化編程平臺，學生只需要拖動封裝好的語法命令積木模塊，便可以實現(xiàn)各類算法操作，不必過度關(guān)注語法，并且提供了教師教學專用平臺。

但在實際編程教學過程中仍存在以下幾方面問題：教師通常采用傳統(tǒng)的講授法開展編程教學，學生自主探究的時間較少；部分學生缺乏編程信心，很難自主解決所遇到的編程困難；實踐操作多以模仿為主，不清楚積木邏輯；教師往往更關(guān)注學生的編程學習結(jié)果，容易忽略形成性評價與編程學習體驗[4]。相比于傳統(tǒng)講授式編程教學，基于問題的學習PBL（Problem-Based Learning）模式對長期知識保留、以技能為導(dǎo)向的表現(xiàn)以及學生和教師的滿意度效果更佳[5]。通過構(gòu)建基于問題學習的PBL模式在編程教學中的應(yīng)用框架，豐富信息技術(shù)課程教學模式，為教師提升學生的問題解決能力提供理論與實踐參考。

1? 在編程中利用PBL教學模式培養(yǎng)問題解決能力的契合點

1.1 PBL教學模式

PBL是以問題為導(dǎo)向的學習，也稱為問題式學習。在建構(gòu)主義的理論基礎(chǔ)上，主張讓學生解決真實世界中的問題，或完成源自真實世界經(jīng)驗且需要深度思考的任務(wù)[6]，具有聯(lián)系實際、體現(xiàn)學生自主性、問題解決方法開放性，即對于一個問題而言有多種解決方法的三個明顯特征[7]。PBL教學模式實施的一般步驟為創(chuàng)設(shè)情境、提出問題、解決問題、評價問題；包括六個教學要素[8]，如圖1所示。六個核心要素指出PBL教學應(yīng)基于真實情境引導(dǎo)學生探究問題、發(fā)現(xiàn)問題、展示分享成果、評價反思。針對編程教學的特點，在傳統(tǒng)PBL教學模式的基礎(chǔ)上，補充強調(diào)分析問題的過程，并給出教師在編程課程前期準備的教學設(shè)計方法，可操作性強，便于借鑒實施。

1.2 問題解決能力

當現(xiàn)有狀態(tài)和待實現(xiàn)的目標狀態(tài)間存在差距和困難時就出現(xiàn)了問題，而問題解決能力就是克服和消除困難和差距的能力[9]。培養(yǎng)學生問題解決能力要求學生能結(jié)合已有知識和經(jīng)驗，分析發(fā)現(xiàn)問題到問題解決得多種方法，并能積極尋找腳手架，最終解決問題。在信息時代，腳手架還包括創(chuàng)造性使用數(shù)字化工具解決問題。基于已有研究的問題解決模式，總結(jié)歸納問題解決步驟為：發(fā)現(xiàn)并提出問題、分析描述問題、提出方案、驗證方案、反思評價，以此引申出學生問題解決的子能力：理解問題、表征問題、解決問題、反思交流。在科學理論的指導(dǎo)下，根據(jù)此步驟開展編程課堂中培養(yǎng)問題解決能力的實踐，并通過形成性評價和終結(jié)性評價相結(jié)合的方式，驗證基于PBL教學模式培養(yǎng)學生問題解決能力的效果。

1.3 編程中兩者的契合點

1.3.1 編程過程中不斷試錯糾錯能培養(yǎng)學生面對問題的態(tài)度

學習編程會讓兒童體會到：很少有人第一次編程就能成功[10]。學生在剛開始接觸編程時，如果編寫的程序未能達到預(yù)期效果，一般會選擇放棄自主探索求助他人，或刪掉整段程序重新編寫，這種不找錯誤根源的學習方法是非常低效的。編程教學能讓他們改變面對錯誤的態(tài)度，如調(diào)試程序的過程就是分析程序運行結(jié)果、找到錯誤所在并修改程序的過程，少兒編程先驅(qū)西蒙佩珀特認為這個過程是最有意義的學習。PBL教學圍繞問題展開，將PBL模式引入編程教學中能逐漸引導(dǎo)學生在面對問題時形成新的思維模式，糾正對“錯誤”的認識，而不是遇到問題就放棄，覺得自己不可能再成功了，這種轉(zhuǎn)變會讓學生受益終身。

1.3.2 編程中結(jié)構(gòu)化的思想有助于從系統(tǒng)到局部分析解決問題

PBL模式強調(diào)創(chuàng)建貼近學生生活的真實問題情境，賦予學生角色感和使命感自主參與探究學習。教師呈現(xiàn)目標狀態(tài)，即程序成功運行后的完整效果，學生對作品整體框架進行分析、拆解，再針對程序中每個具體的角色進行編程，分解、描述角色行為，在具體的編程過程中又包括針對角色的各個功能、行為進行函數(shù)封裝。這樣從系統(tǒng)到局部層層深入，最終實現(xiàn)目標狀態(tài)的過程能幫助學生提高問題解決效率，形成將大問題逐漸拆解為小問題逐一攻破的問題解決習慣。

2? PBL教學模式構(gòu)建

2.1 模式構(gòu)建

在創(chuàng)設(shè)情境、提出問題、解決問題、評價問題的PBL模式基礎(chǔ)上，結(jié)合PBL教學六要素和問題解決步驟，搭建了編程教學中PBL教學模式的應(yīng)用框架，如圖2所示。

該框架以編程貓平臺圖形化編程課程為應(yīng)用載體，以培養(yǎng)學生問題解決能力為主線，根據(jù)教師主導(dǎo)、學生主體的原則設(shè)計，包括教師前期準備、課中實施、課后反思三部分。在課中實施環(huán)節(jié)，結(jié)合問題解決過程，在傳統(tǒng)PBL模式基礎(chǔ)上補充強調(diào)分析描述問題在編程教學中的重要性，并結(jié)合編程教學環(huán)節(jié)特點對傳統(tǒng)PBL教學模式改進為：發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、確定方案、實施方案、評價反思五個環(huán)節(jié)。在該應(yīng)用框架的指導(dǎo)下，教師可以更得心應(yīng)手地在編程課程中運用PBL教學模式，設(shè)計契合學生身心發(fā)展和認知特點的教學活動，結(jié)合圖形化編程的特點，引導(dǎo)學生完成小組合作編程探究活動，提升學習效果，培養(yǎng)學生的問題解決能力。

2.2 環(huán)節(jié)分析

2.2.1 教師前期準備

教師根據(jù)學生學情自主設(shè)計難度適中的編程作品，或參考編程貓官網(wǎng)的示范課進行改編設(shè)計。與傳統(tǒng)教學設(shè)計不同的是，在編程作品設(shè)計完成后，教師模擬學生編程狀態(tài)，從空白的素材作品著手，每一步“自然而然”地操作都要多問幾個為什么，在不參考完整作品積木代碼的情況下，逐步實現(xiàn)作品效果，記錄過程中遇到的問題，預(yù)設(shè)學生可能遇到的問題及解決方案，并以此為根據(jù)，在多次體驗、實踐之后得出教學重難點。

2.2.2 發(fā)現(xiàn)問題

發(fā)現(xiàn)問題是培養(yǎng)學生問題解決能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。創(chuàng)設(shè)真實情景是學習者解決問題的首要因素，教師在教學的導(dǎo)入環(huán)節(jié)應(yīng)創(chuàng)設(shè)貼近學生生活的真實情境，賦予學生使命感，引導(dǎo)學生積極參與問題探究，這也是學生積累經(jīng)驗，及時發(fā)現(xiàn)問題的關(guān)鍵。同時教師還應(yīng)培養(yǎng)學生在探究過程中多思考、多問“為什么”“不這樣行不行”的習慣，明白每一步操作的原因及必要性，總結(jié)知識的適用場景，提高學習效率，真正掌握知識并靈活遷移應(yīng)用。

2.2.3分析問題

分析問題是問題解決的第二個環(huán)節(jié)，也是決定后續(xù)探究能否順利進行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，包括拆解程序和描述角色行為兩個子能力。教師呈現(xiàn)完整編程作品的效果，也可以根據(jù)實際情況邀請學生體驗，之后學生在教師引導(dǎo)下拆解作品，描述每個角色的行為，描述越細致，后續(xù)的探究實踐就越高效。隨著編程學習進行，學生會逐漸形成遇到大問題拆解成小問題逐一突破的思維習慣，并能較為完整準確地描述角色行為。

2.2.4 確定方案

確定方案是問題解決的第三個環(huán)節(jié)，也是小組合作的重要環(huán)節(jié)。教師對學生拆解作品、角色行為描述進行梳理總結(jié)，劃分任務(wù)并逐一發(fā)布。學生按小組分工合作，通過思維導(dǎo)圖等工具確定成員分工、明確編程目標為編程實踐做準備。

2.2.5實施方案

實施方案是問題解決的第四個環(huán)節(jié)，是學生實踐的主要環(huán)節(jié)。教師觀察各小組探究完成情況，根據(jù)實際情況輔助點播，引導(dǎo)學生通過查閱資料、小組討論、求助老師等方法積極提出自己遇到的問題并解決。每完成一個任務(wù)后，教師對學生探究過程中出現(xiàn)的普遍問題進行講解，總結(jié)歸納知識點。

2.2.6評價反思

評價反思是問題解決的最后一個環(huán)節(jié)，也是塑造學生問題解決品質(zhì)的重要環(huán)節(jié)。學生在小組展示環(huán)節(jié)根據(jù)分工講解自己的作品，總結(jié)探究過程中遇到的問題，解決的方法及收獲。評價包括多種角度：教師評價、組間評價、組內(nèi)評價、習題測評等。教師根據(jù)教學目標評價學生作品完成情況，同時也要根據(jù)學生探究過程及成果，及時修正完善自己的教學設(shè)計。

2.2.7課后反思

教師回顧課堂教學過程中的不足，優(yōu)化教學設(shè)計，針對學生問題出現(xiàn)較多環(huán)節(jié)調(diào)整重難點，結(jié)合課上學生的創(chuàng)新點優(yōu)化作品，針對課堂反饋效果調(diào)整問題難度，設(shè)計針對班級學習情況的習題，為下節(jié)課溫故知新做準備。鼓勵學生課后積極交流分享，在編程貓學習社區(qū)上發(fā)表自己的編程作品，互相學習。

3? PBL教學模式實踐——《跨欄比賽》

3.1 教師前期準備

以《跨欄比賽》為例，教師前期為教學設(shè)計所做的準備如表1所示。

3.2 教師前期準備

根據(jù)PBL模式的應(yīng)用框架，在西安舉辦十四運前夕設(shè)計了《跨欄比賽》編程作品，程序效果如圖3所示，具體的教學活動實施過程如表2所示。

3.3 課后反思

學生在分享作品環(huán)節(jié)表現(xiàn)突出，體現(xiàn)了學生豐富的想象力和創(chuàng)造力，原本的基礎(chǔ)作品效果僅為學生角色在碰到欄架后，生命值減少一格，生命值為0時游戲失敗。為了給玩家更好的游戲體驗，學生針對點擊開始按鈕后玩家還來不及反應(yīng)游戲就已經(jīng)結(jié)束的問題，添加了游戲操作說明和開始按鈕；還有學生完成了課程開始時自己設(shè)計的跨欄比賽游戲，更新了游戲規(guī)則，如100米跨欄用時最短者獲勝等。課后教師根據(jù)收集的學生作品，在完善設(shè)計的示例作品后，將編程任務(wù)分為基礎(chǔ)任務(wù)和拓展任務(wù)，并合理安排課時，給予學生充分創(chuàng)造的時間和展示表達的機會。

4 PBL教學模式的實踐總結(jié)及效果分析

4.1 實踐總結(jié)

在前期準備環(huán)節(jié)，由于對作品中的角色拆解得不夠細致，導(dǎo)致學生在具體的實踐環(huán)節(jié)思路不清晰，難度較大。對于欄架角色可以再細化，明確為移動并再次出現(xiàn)，碰到學生后倒下兩個步驟。因此總結(jié)對角色進行描述時，先梳理該角色的所有行為，再總結(jié)歸納為具體明確的動作。前期的教學設(shè)計還需結(jié)合實際教學再修正完善，除了自己反復(fù)拆解程序，直至對每個角色的所有積木拼接都了然于心之外，還可以無生試講，錄制講解視頻觀看，盡力做好前期的準備工作。

在課堂導(dǎo)入環(huán)節(jié)，十四運的宣傳片以及運動員的比賽視頻激發(fā)了學生的創(chuàng)作動力，學生對設(shè)計游戲作品興致很高，分享欲強烈。但后續(xù)應(yīng)該把握好導(dǎo)入環(huán)節(jié)的時間，評價環(huán)節(jié)時間緊張，評價結(jié)果的有效性無法保證。

在具體實踐環(huán)節(jié)，部分學生一遇到問題就舉手提問，大部分都是基礎(chǔ)問題，如某塊積木找不到在哪，某塊積木位置拼接錯了效果沒能實現(xiàn)等。圖形化編程的優(yōu)勢是能將學生的思維可視化，學生拼接的積木效果隨時都可以點擊運行按鈕，在左側(cè)的舞臺區(qū)看到已經(jīng)拼接積木的運行效果，但學生一遇到問題，沒有達到自己的預(yù)期效果就立馬求助教師，沒有自己了解問題原因、嘗試解決問題的過程。因此在教學過程中除了基礎(chǔ)的編程知識講解外，還要培養(yǎng)學生問題解決的習慣，營造寬松的課堂氛圍，鼓勵學生積極提問，但也要引導(dǎo)學生先自己嘗試解決問題，在獨立思考之后仍然無法解決再求助同學或老師。

在作品展示環(huán)節(jié)，很多小組結(jié)合課程開始自己設(shè)想的跨欄比賽作品，對課上的基礎(chǔ)作品進行了補充，如添加跳躍的音效，增加跑道上欄架的列數(shù)，學生角色可以上下移動跨越，設(shè)計自己的游戲規(guī)則，添加新的屏幕等等。因此可以將課時延長，規(guī)劃好后續(xù)每個作品的課時，給每個小組分享展示的機會，互相學習創(chuàng)新點及不同的實現(xiàn)方法，拓展思維，評價反思環(huán)節(jié)也能進行得更充分。

4.2 效果分析

“學生作品總分=自評×35%+互評×30%+師評×35%”的評分細則計算作品得分。該班學生的作品成績?nèi)绫?所示，在50名學生中獲得A的學生達到了32人，占總?cè)藬?shù)的64%。由此可見，PBL教學模式的編程教學活動中產(chǎn)生了良好的學習效果。

教師記錄的課堂觀察數(shù)據(jù)表從理解問題、描述問題、制定實施問題解決方案、評價反思四個方面記錄，分析數(shù)據(jù)得出，多數(shù)學生配合小組分工，完成了探究任務(wù)，有明確的任務(wù)框架和編程目標，邏輯清晰。在描述角色行為時多數(shù)學生的描述不完整，在后續(xù)的編程課程中還需多加練習。很多學生在課堂上能積極主動地進行思考和探究，在教師的引導(dǎo)下主動根據(jù)相關(guān)學習資源進行探究學習，能主動反思在探究過程中遇到的問題及解決方案，遇到問題能先自主思考再求助同伴或教師。絕大部分學生能完成三個編程任務(wù)并能明確講解編程邏輯、步驟。

5 結(jié)束語

PBL教學模式相對于傳統(tǒng)教學模式而言，更強調(diào)基于真實問題的學習，實踐證明學生學習興趣和問題解決能力得到提高。同時，該模式應(yīng)用于編程教學中進行框架構(gòu)建，豐富了編程教學的理論。通過案例展示，提供了編程教學前期進行教學設(shè)計的一般思路，為中小學信息技術(shù)教師提供了可參考的框架應(yīng)用范例，以期促進中小學編程教學發(fā)展。

參考文獻：

[1] 中華人民共和國教育部. 教育部關(guān)于印發(fā)義務(wù)教育課程方案和課程標準（2022年版）的通知[EB/OL]. http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A26/s8001/202204/t20220420_619921.html.

[2] 中華人民共和國教育部. 教育部關(guān)于印發(fā)《普通高中課程方案和語文等學科課程標準（2017年版）》的通知[EB/OL]. http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A26/s8001/201801/t20180115_3246 47.html.

[3] 季蘋，頓繼安.以人格為核心的能力結(jié)構(gòu)：整體把握育人目標的學科教學理論探索[J].中國教育學刊，2022（1）：28-35.

[4] 李彤彤，郝晴，文雨，等.基于學習風格和伙伴關(guān)系的配對編程對小學生計算思維的影響研究[J].遠程教育雜志，2022，40（3）：105-112.

[5] Kwon K，Ottenbreit-Left which A T，Brush T A，et al.Integration of problem-based learning in elementary computer science education：effects on computational thinking and attitudes[J].Educational Technology Research and Development，2021，69（5）：2761-2787.

[6] 董艷，和靜宇.PBL項目式學習在大學教學中的應(yīng)用探究[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2019，29（9）：53-58.

[7] 林荔超.高中信息技術(shù)課程中促進深度學習的PBL教學模式設(shè)計和應(yīng)用[D].哈爾濱：哈爾濱師范大學，2022.

[8] 邊慶敏.高中生基于情境解決生物學問題能力研究[D].上海：華東師范大學，2021.

[9] 汪瓊.兒童為什么學編程？——Mindstorms：Children，Computers，and Powerful Ideas一書的啟示[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2020，30（2）：122-126.

[10] 楊鑫，解月光，茍睿，等.智慧課堂模型構(gòu)建的實證研究[J].中國電化教育，2020（9）：50-57.

【通聯(lián)編輯：王力】