编程教学有那么难吗？这款软件比Scratch更好用
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应用游戏化学习软件优化儿童编程教学
文 | 马宗兵
目前，人工智能的兴起催化了小学编程课程的发展。近年来，国内很多教师创造性地开展了Scratch等可视化编程语言教学，在培养学生创新思维能力方面取得可喜成绩。学习Scratch图形化编程有三大好处：培养逻辑思维能力；提高学习的主动性；激发创造力。
对于少儿编程学习者来说，他们需要紧密协作，参与大量的即时开展的不插电的编程（unplugged programming）活动，这要求编程课堂教学有一定的灵活性（可移动）。
在实践教学中，笔者发现Swift Playgrounds是一款运行于平板电脑上的游戏化编程学习软件，支持移动式教学，比Scratch更具优势。该软件基于游戏化学习和可视化编程理念，将编程学习融入3D游戏闯关中，应用效果较好。
下面，笔者根据Swift Playgrounds在编程教学中的应用特点，分析其在小学编程教学中提升学生的计算思维能力、创新素养、批判性思维能力和协作能力等方面的优势，谈谈融合应用该软件优化编程教学的方法与体会。
一、挖掘工具潜能，寓教于乐学习编程
对于儿童来说，让他们坐在固定的位置长时间学习编程是一件困难且枯燥的事情。游戏化编程软件的出现一方面降低了儿童学习编程的难度，另一方面也通过游戏化的方式提升了编程学习的趣味性。
编程是一项团队活动，小学生需要在教室里灵活地移动，参与（不插电）游戏活动并协作完成编码任务。因此，面向儿童编程学习者的游戏化编程软件的运行设备宜具备较强的可移动性，平板电脑兼具足够的屏幕显示面积和灵活的可移动性，是一个不错的选择。
笔者在教学中发现应用基于iPad的Swift Playgrounds满足以上需求。笔者应用Swift Playgrounds的游戏化编程将编程学习融入3D游戏闯关中（如图1），让学生编码闯关，先掌握Swift的基础知识，再接受一系列的进阶Playground books（类似于Playgrounds的拓展游戏）挑战。借此，逐渐培养学生解决问题的能力，提高他们的计算思维能力。
图１ Swift Playgrounds 3D 界面
对于小学编程教学，Swift Playgrounds具有六大应用优势。
一是适用对象广泛：它不要求学习者具备任何编程知识，任意Swift学习者都可以利用它学习编程，其游戏化设计尤其适合小学生。
二是其编码语言高度接近自然语言，使用简单的词汇即可完成编程。如在第一关，学习者组合调用move forward（向前走）和collect gem（收集宝石）两个命令，即可让游戏角色Byte走到宝石所在地收集宝石。所有使用过的命令都会被系统记录并显示在屏幕下方的工具栏上，如需再次使用，用户直接点击相应命令即可自动键入。
三是可视化编程。Playground（Mac端）支持代码预览，编程者在不编译的情况下可以运行Swift代码并实时查看结果。学生利用Playgrounds（iPad端）学习编程时，可在左边栏输入命令，在右边栏随时查看代码的运行效果。
四是游戏趣味性强。游戏闯关能让小学生获得一种沉浸式学习体验，丰富的游戏活动有利于学习者生发创意，比如编写代码驱动真实的机器人跳舞等。
五是资源配套且齐备。Apple为Playgrounds编程教学提供了充足的资源，包括《编程入门1》《学习编程1&2》《使用Swift开发App入门课程》等电子书。
六是支持灵活的移动学习。平板电脑具有良好的互动性、便携性，是最适宜教育教学应用的智能终端之一。可在平板电脑上运行是Playgrounds游戏化编程软件的一大应用优势——学生在教室内可以携带设备随处移动，参与协作学习活动。
二、利用工具认知功能，引导学生探究
孙桂芬认为编程教学可以激发学生学习兴趣，促进独立学习；可以培养逻辑思维，形成创新能力；还可以使学生树立信心，分享快乐。陈辉涛强调小学编程教学的意义在于培养学生的计算思维能力。王荣良则认为小学生学习编程的教育价值有三个层次：一是学会一种技能，即编程技能；二是培养一种思维，即计算思维；三是形成一种对世界的看法，即一种由人、物及计算机（信息技术）组成的三元世界的独特世界观。
笔者认为小学生通过学习Playgrounds编程可以像科学家一样思考，具体有四方面表现：
一是可以培养和提升学生的计算思维能力。计算思维指运用计算机科学的相关概念进行问题求解、系统设计以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。在编程教学中，培养学生的计算思维能力尤为重要。
小学生应用Playgrounds学习编程，需要克服各种障碍，完成收集宝石等任务。学生从最初的“直走”“向右转”等基本指令开始，逐渐思考：“Byte只会向右转，如果要向左转该怎么办呢？”经过思考发现向右转3次即可；随着学习的深入，程序会继续引导学生将3次向右转封装成“向左转”的函数，要向左转直接调用函数名即可……学生正是在这样的引导下，通过积极思考、尝试和择优，寻求解决问题的最佳策略，使得计算思维能力得到提升。
二是可以培养和提升学生的创新能力。在Playgrounds编程学习中，学生除了学习规定课程外，还可以参与拓展探究活动，这有利于发展学生的想象力。此外，学生还可以编写代码驱动真实机器人做出各种动作，在增强现实（AR）场景中捕获猫头鹰……这些编程训练将激励学生不断创新。
三是可以培养学生的质疑精神，提升学生的思维能力。小学生在教师帮助和程序引导下挑战一个个关卡，评判自己的代码和同伴的作品，可逐渐提升思维能力。
四是可以培养和提升学生的协作能力。人是社会性动物，在信息社会快速发展的环境下，人类社会分工更加精细明确，越来越需要协作完成任务。学生应用Playgrounds学习编程过程中，很多任务都需要协作完成。学生可以分组作业，手持平板电脑聚在一起，共同编写让机器人跳舞、让飞机起飞的代码。
总而言之，应用Swift Playgrounds开展编程教学可以培养和提升学生的计算思维能力、创新能力、批判性思维能力及协作能力，让学生像科学家一样分析问题，解决问题，优化问题的解决策略。
三、融合应用平板电脑实现翻转教学
教师借助新的工具（平板电脑等设备）可使Playgrounds教学更加高效，顺利实施以学习者为中心的“基于平板电脑的翻转教学”，具体按照以下模式和步骤进行（如图2）。
图 2 基于平板电脑的翻转教学模式
第一步，教师在课程正式开课前了解学生的起点能力和学习风格；在真正教学时将学生按照“组间同质、组内异质”的原则进行分组，每组3~5人为宜，不设小组长。
第二步，为学生准备好在课堂上使用的平板电脑，或者采用自带设备；装载好教学中可能会应用的各种App，测试教室的无线网络数据传输速度是否满足教学要求；搭建家校互通社群并与家长保持沟通。
第三步，向学生分发课前任务单，让学生在任务单的指引下完成简单关卡的闯关训练任务（学有余力的学生还可尝试各种创新Playground books的挑战）。其间，学生与家长和同伴可以充分交流。
第四步，引导学生基于一个核心问题开展项目式学习，以学习者为中心，分小组开展协作探究活动。每组学生都有机会向其他学生展示学习成果，并“指导”他们。教师负责引导学生下一步做什么，用生动形象的例子向学生“演绎”程序设计中一些晦涩难懂的概念。例如，教师可以扮演Byte，让学生用“语言指令”命令“教师Byte”，使其做出相应的动作。教师和助教则重点关注那些遇到困难的学生，为他们做更多的示范和讲解，避免他们掉队。在课程快要结束的时候，教师让学生回顾内容，并告知下次课要完成的任务。
第五步，利用Seesaw App让学生将学习过程和学习成果记录下来，上传至个人学习空间，接受评价。这些学习行为数据全部以数字形式被保存下来，教师便可据此对学生进行及时、中肯的评价，及时发现学生的困难，调整教学策略，确保学生掌握教学内容。
总而言之，教师开展基于平板电脑的翻转教学，应该始终贯彻游戏化学习理念，倡导“快乐学习”，鼓励学生在课堂内外随时随地学习和交流。利用iPad的便携性和Swift简单易学的优势及丰富完整的iBooks教学资源，开展基于平板电脑和Swift Playgrounds的可视化编程移动翻转教学，培养和提升了学生的计算思维能力、创新能力和协作能力。
未来，需要加强可视化编程教学实践，从中发现和提炼更为有效的教学模式，为小学编程教学贡献力量。
（作者系华南师范大学教育信息技术学院研究生）
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文章来源：《中小学数字化教学》2019年第10期
责任编辑：祝元志
微信编辑：李中华
监 制：朱哲
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