中学编程教育游戏化教学策略初探.docx
《中学编程教育游戏化教学策略初探.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《中学编程教育游戏化教学策略初探.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
中学编程教育游戏化教学策略初探
中学编程教育游戏化教学策略初探
一、中学编程教育现状分析
2017年7月，国务院发布了《新一代人工智能发展规划》，将人工智能上升成国家发展战略。
同时也明确提出：
“完善人工智能教育体系，在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育”[1]。
2018年09月，重庆市教委下发《关于加强中小学编程教育的通知》，就加强重庆市中小学编程教育提出具体要求：
“中小学校要开足开齐编程教育课程，其中初中阶段累计不少于36课时，以高级程序设计语言为工具”[2]。
编程教育教学，势在必行。
编程教育程序语言的选择，初高中阶段以python高级语言为主，是全国各地编程教育实践者的广泛共识。
python应用前景广阔，统计结果显示，在人工智能领域和大数据统计应用领域python当仁不让，排名第一，是首选语言。
在其他多个领域，python也处于领先地位。
“人生苦短，我用python”，几成编程世界一句格言，足见python影响力的确不凡。
同时，python免费开源，语法结构简单易学，程序开发非常高效。
将python选为初中阶段编程教育语言，是最恰当的选择。
Python从设计上力求语法结构简单易学，但它毕竟是一门面向机器的高级程序语言，学习也并非易事。
大量的语法规则需要理解记忆，更需要大量练习来融会贯通，编程学习固有的枯燥在所难免。
目前初中阶段的学生都是00后的孩子，他们是在互联网环境下成长起来的原生民，学习格外注重个人体验的舒适度。
如果采用传统的讲授式教学，学习体验肯定是糟糕的，效果也可想而知。
如何克服编程学习固有的枯燥性，提升00后孩子们学习编程的体验，让他们能在编程学习的路上持续地走下去，是每一个开展编程教育的教学者绕不开的课题。
二、游戏化教学是一种有效的策略
笔者进行了一学期的python编程教学实践，深深地体会到游戏化教学是化解上述难题的一个可行策略。
游戏生来充满了魔力，让人欲罢不能，根源在与它能让参与者产生“心流”。
心流，是美国心理学家米哈伊·奇克森特米哈伊提出的一种概念，指人沉浸在当下着手的某件事情或某个目标中时，全神贯注、全情投入并享受其中而体验到的一种精神状态[3]。
游戏化教学，就是利用游戏或者游戏化手段，创设出沉浸式的学习环境，以提高学习者效率的一种教学策略。
游戏用于教学，是一种很常见的策略，例如练习键盘指法，就玩金ft打字通游戏，练习者
沉浸其中，就会产生心流体验，练习过程变得趣味盎然，不再单调重复，枯燥乏味。
然而遗憾的是，这类可直接用于教学的游戏太少，更多的时候是巧妇难为无米之炊的尴尬。
如果要开发教育游戏自用，则必须具备较高的专业技能，对一般教学者而言，难度太大。
这时候，游戏化是最好的选择。
游戏化，就是在非游戏领域中应用游戏设计的元素和机制，更简单一点说，就是用游戏的框架，来解决工作生活中一切非游戏的问题。
游戏化本质上是一种方法，一种思维方式，它可以应用到任何领域[4]，譬如编程教育领域。
通过游戏化，可以模拟出类似游戏的情境，也能让参与者产生心流，沉浸其中，提高做事效率。
细心观察身边的社会和生活，有很多很好的游戏化运用。
譬如“双十一”，节前数十天就开始持续红包大派送，购物津贴卷欢乐抢，当天限时限量超低价哄抢一波又一波，这些无不是游戏化最成功的运用。
双十一，从天猫网到整个互联网购物再到线下购物，打造出一批又一批前仆后继的的剁手党，造就了全民购物的圣宴，游戏化的魅力可见也不输于游戏。
很多商业公司不仅在营销环节，甚至是在日常管理中也成功地进行了游戏化应用，大幅提高了公司管理效率。
教育领域游戏化实践与研究在全球方兴未艾。
欧美是先行者，已取得了很多丰硕成果；国内这几年正在积极探索中，比较有影响力的是北大教授尚俊杰领导的游戏化教学法项目，已经取得很多的成果。
这些实证研究表明，游戏化能够提供动机给养，为参与者行为提供持续的动力支持，刺激其向着设计者预想的方向发展。
游戏化的确是一种有效的策略。
三、游戏化教学设计过程
他ft之石，可以攻玉。
结合已有的游戏化应用研究成果和所在城镇初中学校实际，笔者将
python编程教学内容进行了游戏化设计。
（一）教学内容：
初中阶段编程教学内容以python程序设计基础为主，学生着重掌握程序的基本结构及一般运用。
游戏化设计后的教学内容见图1。
（图1）
（二）教学结构图：
（图2）
（三）游戏化设计过程
1.构建核心玩法：
趣味文字游戏+互动练习
实践证明，一对一的教学效果更优。
借鉴他人成功经验，笔者设计了网页型趣味文字游戏，模拟出一对一教学情境。
如图3：
（图3）
趣味文字游戏，就是将知识点按教学逻辑文字化，以文字气泡游戏的方式呈现。
它有很强的交互性，学习者每点击一次鼠标，就会呈现一句或一段文字讲解，就像真的有一位老师在面面地与学习者交流。
而且，知识文字化内容本身是融入趣味化、故事化或生活化的情境中的，犹如图3借用西游记女儿国国主的情感纠结来学习python的条件判断。
互动练习请参见后续相关论述，这里不再赘述。
趣味文字游戏+互动练习，构成了笔者python游戏化课程的核心玩法。
游戏化商业顾问刘沐真老师根据多年游戏化应用实践经验明确指出游戏化成功的关键就在于核心玩法的设计，
“理解了核心玩法，你的游戏化就成功了一半”[5]。
核心玩法就是游戏参与者最高频接触的行为，是游戏使人产生乐趣的核心机制。
笔者所实践的python游戏化课程的核心玩法，玩法简单，学习者完全能够根据自身理解的快慢自主地控制学习节奏，从而获得一种掌握感；在类似一对一的情境中，获得一种沉浸式的学习快感；在趣味性故事化的情境中，兴趣盎然，神情愉悦，摆脱程序学习固有的枯燥感。
互动练习，学习者能很快掌握基本技能并学以致用，成就满满。
实践观察证明，这种核心玩法看似简单但学习者学习过程专注高效持久。
游戏化就如同化学中的催化剂，有效地促进了学习动机的产生，提升了学习参与度，提升了教学的有效性。
2.成长机制：
练习系统
编程学习，属于技能的学习，特别注重在练习中掌握。
Python是面向机器的高级程序设计语言，敲键盘，多敲键盘，勤敲键盘，在敲中融会贯通，是成功的关键，没有之一。
笔者在游
戏化课程设计中巧妙地构建了以练习为核心的成长机制，以PBL等数字化工具外显出来，激励学习者不断地动手练习，逐渐积累编程技巧，形成编程思维。
下面以一个具体的关卡学习为例，见图4。
（图4）
（1）内化为游戏化成长机制的练习三种：
①低阶修炼：
关卡中趣味文字游戏互动学习中出现的练习。
一般有两种：
一种是模仿性练习，对示例代码照般敲入，目的是熟悉语法，理解语法结构，示例如图5图6。
（图5）
（图6）
另一种是简单运用练习，旨在巩固提高。
对较复杂的程序，设置分段练习，减轻认知负荷，让学习者逐步理解掌握。
示例如图7图8。
（图7）
（图8）
②通关挑战：
每关学习任务完成，有一个通关挑战，选用的是生活化、趣味化内容，对所学进行综合测试，有一定难度。
具体请见后“翻转课堂教学模式”相关论述。
示例如图9。
（图9）
（2）练习环境的搭建
学生端直接安装python3.7，使用自带的IDLE编辑器，完全能够满足教学需要。
除此之处，笔者强烈推荐使用JupyterNotebooks，它既可以交互式执行，也可以程序式执行，所见即所得，十分方便。
建议在计算机教室局域网内以服务器/客户端的方式运行，服务端推荐安装Anaconda集成开发环境，它集成python开发环境以及很多常用的应用库，当然也包括
jupyter服务器。
学生端登陆搭建好的jupyter服务器即可练习，如图9，这样既可以方便教
学，可以大幅度减少后期技术维护的麻烦。
（图10）
（3）练习结果的反馈：
专业教学网站搭建有在线的python代码网页解释器，学习者可以一站式学练评。
笔者所在的是城镇初中，技术条件不允许。
笔者的做法是搭建moodle学习管理平台，完成学评两个环节；练习环节如前所述搭建jupyter服务器实现。
教学时，在moodle学习管理平台课程每一关内开辟若干个互动评价活动用于练习评价反馈（如图4，02与03活动）。
学生在Jupyter
Notebooks中完成练习，，然后将代码及运行结果复制或截图上传至相关互动评价活动区内提交，即可由小组或全班进行互评，最后moodle会自动处理并生成统计数据。
见图11和图12。
（图11）
（图12）
3.互动反馈机制
学习理论已经证明，学习成效与互动反馈在一定程度内成正相关。
一般在课堂上与教师互动频率大的学生，获得的反馈较多，学习兴趣较浓，学习效果较好。
大多数学生的学习分化，都是从反馈缺失开始的[6]。
当前教育资源紧张，大班额现象屡见不鲜。
在这种情况下，教师想要做到每次教学都与每一个学生互动，是不现实的。
而这，恰恰是游戏化教学的强项。
游戏之所以引人入胜，就在于它能给每一个参与者给予即时的互动反馈，给予参与者足够的满足感，掌握感和成就感。
笔者在python游戏化课程运用了以下几种互动反馈方式：
（1）关卡内趣味文字游戏教学互动。
学习者点击鼠标，即可控制讲解内容呈现的节奏。
（2）练习反馈。
在jupyternotebook练习环境中，学生敲入代码执行，即可得到结果，如果执行错误，会抛出错误，提示修改。
在moodle学习管理平台中，小组成员或全班会对个人的练习项目进行互动评分。
通关挑战，有一定难度，互动评价后，教师会组织集体点评，促使学生提高。
（3）PBL（点数、徽章、排行榜），游戏化工具，对学习成果的数字化呈现，如图13。
P（point）点数，游戏化系统中最典型的功能，可以记录游戏的进度，最常见的是积分。
学习者完成一个关卡的学习任务，即可获得相应的积分。
关卡内练习，视难易度，授予相应积分，难度越大，积分越高。
B（badges）徽章，点数的集合，一种可视化的成就，标明学习级别，用以表明玩家在游戏化进程中取得的进步。
完成关卡的通关挑战，再加上已有的积分，累积值达到相应程度，授予相应徽章。
L（leaderboards）排行榜，对学习者积分统计、对比、排序形成榜单，让学习者告知到自己的数据状态，刺激用户累计数据提升排名。
（图13）
（4）线上线下讨论。
Moodle学习管理平台有论坛功能，可以开辟讨论区，让学生线上就某个问题展开讨论，相互取长补短，如图14。
有一定难度的练习，鼓励学生小组讨论，必要时组织全班课堂讨论。
（图14）
4、闯关机制
认识负荷理论告诉我们，同一时刻学习者的认识负载不可过大，因为一个人能够同时处理的信息有限，否则学习者就会产生畏惧情绪。
通常一个较大的学习目标，需要一定时间和精力去完成，此时将其拆分成若干小目标，能够缩短达成时间，提升目标实现的进度感。
游戏化关卡实质就是学习目标有梯次的分解，符合渐进学习原则。
不同于一般的目标分解，关卡运用了游戏机制和游戏思维进行了“包装”[7]，每一关都可以带给学习者不同体验，能让学习者不停地保持学习的新鲜感。
随着关卡的深入，难度增加，学习者闯关的收益也增加，促使学习者不停地闯关，在闯关过程中学习者充满成就感。
闯关机制，成功地保证了学习者学习兴趣的持续，激励其不断获取新知。
笔者实践的python游戏化课程，借鉴武侠世界武者修炼武功秘笈过程，设置了十二个关卡，请见图15。
十二个关卡，由易到难，将python基础知识与技能进行了分解。
学习者每闯一个关卡，修炼一个绝技，其实就是练习一个技能。
关卡初始成锁定状态，每个关卡设置一个通关挑战，对本关卡学习的python技能进行综合运用测试，只有通关挑战通过，才能解锁下一个关卡，这样确保每项python技能学习者都必须掌握。
（图15）
从具体的实践来看，学生对这样的学习方式，很感兴趣，也很乐于接受。
为了能通关，成功进入下一关，学生讨论热烈，上网查阅相关资料积极，对自己的程序反复修改反复调试，乐此不疲。
四、游戏化教学实施过程及注意事项
（一）、翻转课堂教学模式
翻转课堂是一种基于信息技术的创新教学模式，它强调“先学后教”和“自主学习”，真正体现了学生主体，教师主导的作用。
游戏化教学相遇翻转课堂，是天生的绝配。
翻转课堂一般的教学结构是课前学生根据教师设计提供的学习资料自主地完成对新知识的学习，课上主要用于协作讨论、释疑解惑，内化知识。
然而，笔者所在的是城镇初中，大部分学生寄宿于学
校，课下没有时间更没有条件进行信息技术的学习，因此笔者根据实际情况采取了课内翻的形式，将课前学生自主学习环节移至课内。
具体流程如下：
1.游戏进入
这个环节，实际就是教学引入，激趣的过程。
因为整个学习过程已经游戏化设计，这个环节更加自然。
学生进入每个关卡是兴趣盎然的。
2.闭关修炼
学习者进入学习关卡，通过文字游戏自主地完成知识点的学习（如图4-01秘芨修炼），通过关卡内低烈度的练习，完成技能的学习。
所谓低烈度的练习，是指关卡内文字游戏教学中出现的必备的模仿练习和简单的运用练习。
这种练习，难度不大，如图4所示活动2与活动3，但却是学习者掌握python编程技能的开始和必须的过程，意义重大。
这个环节，是教师准备好学习环境，提供学习材料，搭建学习脚手架，让学生自学的过程。
一般翻转课堂教学是将这个自学环节放在课前完成。
如前所述，笔者没有条件在课前实施这个环节，只能放在课中进行。
实践证明，学生在关卡内学习的成效，与教师对学生的学习监控是否得当成正相关。
因为是集中学习，就难免有学生为追求片面的高积分而不求成效的肆意加快进度节奏，或在练习时互相抄袭。
有拖延症倾向的学生，慢吞吞的行为，会导致自身任务无法完成，也会导致整个课堂学习时间加长，学习节奏变慢。
多因素交替叠加下，整个课堂学习节奏就会变乱，可能导致整个教学任务无法完成。
解决的办法是：
（1）增加时间限定。
限定机制也是游戏化机制之一，它能够增加参与者的刺激感，平常商家玩的限时促销活动，就是此类。
在这里，它不但增加刺激感，更重要的是让教师调控教学节奏，分配好教学时间，确保教学活动正常进行。
游戏一般是将限定机制内化其中，但在游戏化教学中限定最好由教师掌握，以便根据教学实际及时调整，增加教学的灵活度。
（2）增加惩罚机制。
奖惩机制是游戏化的必备元素，设计得当，能刺激参与者完成目标。
内化于游戏中的PBL（点数、徽章、排行榜）更多地属于奖励机制。
惩罚机制，强烈建议由教师单独掌握。
教师手握这把“宝剑”，巡视课堂，对不遵守规则的学习行为进行监控。
3.通关挑战
通关前提是完成挑战，挑战是本关卡以及前面关卡内所学知识技能的综合运用，如图9“熊二减肥节食游戏”。
挑战是中高烈度的练习，有一定的难度。
笔者实践的经验是，最好将其当作小组任务完成。
团队学习本身也可以增强学习动力，通过充分的讨论，取长补短，群策群力，
可以降低难度。
这个环节，必须加强指导：
（1）加强小组练习中的巡视指导，收集学生学习情况，对个别确实完成有困难的小组给予必要的帮助。
（2）组织集体点评。
对小组提交的作品，结合巡视收集到的情况，从程序设计的思维、程序逻辑的实现以及程序语言的书写等三方面进行点评，引导学生拔除茅塞，顿悟编程学习的奥妙。
通过课内翻教学模式，学生自学，互学，讨论，教师点拨中顿悟，然后进入下一关，如此循环迭代，学生不断成长，直至最终完成教学目标。
（二）、游戏化教学实施工具的选择
游戏化教学有效实施的前提是信息技术手段的运用，包括两方面：
一是硬件系统：
必备网络，包括互联网与局域网；必备数量的电脑或智能平板或智能手机或它们的组合。
得益于国家的大力投入，一般学校都实现了三通，配备了标准的信息技术教室。
硬件条件一般都具备。
二是软件系统：
必备游戏化管理实施软件，常用游戏化实施工具有ClassDojo、Kahoot、
Moodle等。
调查得知，ClassDojo、Kahoot是比较专业的游戏化平台，效果很好，但它们必须基于互联网才能实施。
但在实际的教学中，笔者经常遇到外网网络不稳定甚至是不响应的情况，一些必须利用互联网完成的教学任务，常常不得不中断。
考虑到学校网络的实际状况，笔者只好选用Moodle平台。
Moodle是专业的学习管理平台，在游戏化设计方面肯定不如前两者，但
Moodle平台允许在局域网内搭建使用，完全可以不受外网影响，运行稳定，能保障游戏化教学顺利实施。
虽然在Moodle平台中可玩性稍低，但也能够完成游戏化教学。
后续期待能找到相应插件提升一下游戏化的性能。
当然更期待三通建设能进一步提升质量，如果能稳定用上
ClassDojo、Kahoot这类专业工具就更好了。
升级会员 