師范院校《圖形化編程》課程開發與實踐效果淺析

張節蘭 林春華

摘要：2017 年7月國務院《新一代人工智能發展規劃的通知》要求，在中小學階段設置人工智能相關課程，逐步推廣編程教育。本文依據相關文件，結合學生的實際情況，校企合作共同開發面向師范院校學生的公共編程課程，課程主要包括游戲編程、學科融合、AI編程3個模塊內容。通過三年的教學實踐，課程在培養學生編程思維、培養和實踐STEAM教育理念等方面取得較好的效果。

關鍵詞：師范院校;圖形化編程;課程開發;實踐效果

中圖分類號：TP311? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）13-0098-02

1課程開設背景

隨著信息技術的發展，人工智能成為一個國家至關重要的核心競爭力。人工智能的基礎是編程，當前世界各國都不約而同地開始重視國內的少兒編程教育。2017 年7月國務院《新一代人工智能發展規劃的通知》要求，在中小學階段設置人工智能相關課程，逐步推廣編程教育【1】。以該文件為起點，學校深入調研編程教育在中小學開設情況，了解到我省農村中小學信息化硬件已經基本到位，但是編程教育基本還是空白，推廣編程教育最大的疼點是師資問題。我校以提高師范類學生信息素養，培養小學、特別是農村小學編程師資為己任，校企合作共同開發適合在師范類院校學生中開設的《圖形化編程》課程。

2圖形化編程平臺

《C語言程序設計》《JAVA程序設計》等傳統編程語言因為代碼全是英文、語法多、且復雜易錯，加上成體系的專業術語，往往讓零基礎的學生產生了強烈的畏難心理，很難在非專業學生廣泛推廣。圖形化編程平臺克服了傳統編程語言難學難懂問題，通過友好的圖形界面，能快速將個人的創意通過拖動鼠標實現，并且能夠將圖片、聲音、視頻等多媒體技術與工程、數學等科學方法有效融合，深受小朋友的喜愛，是編程教育推廣的重要平臺。早期使用最廣的是Scratch平臺。Scratch是麻省理工學院開發的供兒童或者初學者學習編程的開發平臺。其通過點擊并拖拽的方式，完成編程，可以使兒童或者成人編程初學者學習編程基礎概念。目前美國編程一小時（Hour of Code） 是全球規模最大、參與人數最多的編程活動，有來自全球180多個國家、數以千萬的學習者參加，愿景是讓每一所學校的每一個學生都有機會學習計算機科學。【2】近年來，國內也興起了圖形化編程的熱潮，有許多自主研發的圖像化開發平臺，比如編程貓、Mind+等。

我校根據師范類學生專業特點和未來工作崗位需要，經過深度調研，與深圳點貓科技有限公司（以下簡稱編程貓）簽訂校企合作協議，共同開發基于編程貓平臺的《圖形化編程》。編程貓是中國本土優秀的編程教育企業，面向4～16歲青少兒，專注研發適合中國兒童的編程教學體系，以 “工具+內容+服務”產品形態培養孩子邏輯思維、計算思維和創造性思維，提升綜合學習能力。編程貓獨立自研圖形化編程語言Kitten，旗下工具矩陣包含源碼編輯器Kitten、海龜編輯器Turtle、代碼島 Box等，是“青少年編程能力等級標準的發起單位”，全國信息技術標準化委員會單位委員。本課程應用編程貓平臺，一方面可以降低學生編程學習的難度，與學科教學有效融合，寓教于樂;另一方，課程學習內容、教學方法等可以直接應用到小學編程課堂。

3課程開發

3.1 課程目標與任務

課程目標是在探索信息技術在‘眾創空間、跨學科學習（STEAM教育）、創客教育等新的教育模式中的應用，借助編程貓平臺，設計簡單動畫，初步了解編程概念;編寫游戲內容，了解編程思想，熟悉編程思維;自主探究，培養創新意識及用編程解決問題的能力;內容拓展，完成編程遷移。

3.2 課程內容與學時安排

（1）設計思路

《圖形化編程》課程按照OBE的設計理念，以師范類專業學生為中心，以學生畢業崗位需求為導向，不斷持續改進教學內容和方法。

（2）具體安排

課程內容主要分為游戲編程、學科應用、AI編程3個模塊內容，共計36學時。以小學教育數學方向專業開設的《圖形化編程》課程為例，具體的課程內容與建議學時見下表。

3.3課程資源與方法手段

校企各自發揮自身優勢，共同開發教學案例、教案、教學視頻等課程資源：游戲編程模塊內容由企業開發，學科融合模塊由學校學科教學法和計算機教師團隊開發，AI編程模塊由企業和學校共同開發。課程教學選用企業提供的未來教室平臺。未來教室是一個集“教、學、練、評、管、賽”為一體的教學服務平臺。平臺有班級管理、學生管理、作品管理等模塊，能發布學習視頻、跟蹤學生學習過程，實現學生自評、教師評價和學生互評，綜合學生課堂表現、能力維度、邏輯維度、編程技術、藝術設計等多維度綜合評價，生成學情報告。課程按照項目教學的思路，具體用到游戲教學法、探究法、任務驅動法等教學方法。

4課程實踐

本課程經過3年的教學實踐，從數學教育專業中試行到在4個師范類專業進行推廣，開課班級累計37個，選課近2000人次。據不完全統計已有畢業生在興國實驗小學、余江四小等學校推廣了相關的編程課程，有效將人工智能編程教育輻射到多所小學;完善了課程資源、培養了課程師資團隊，取得優秀的教學效果：校企共同開發了課程標準，教案、視頻案例100余件，征集優秀學生作品300余件。在教學實踐過程中，根據教學情況，對課程內容進行3次調整，從單純的“游戲編程”到“游戲編程+學科融合”，再到加入“AI編程”模塊，讓學生對人工智能概念有初步的體驗。

《圖形化編程》課程在第二課堂得到拓展應用，學校連續3年舉辦“圖形化編程”競賽，收到優秀學生作品200余件，充實了教學案例資源，培養的學生的創新能力，其中有兩個作品經過改造，參加省級以上比賽，獲得省級一等獎。同時，課程在社會服務方面發揮重要作用，培訓校外人員3批次，累計300人;學生志愿者每年定期到小學開展少兒編程課程推廣活動，得到各學校的一致好評。2018 年 4 月，共青團中央網絡電視臺拍攝組專程到我校學生實習基地拍攝 《編程面向未來》紀錄片素材。

5實踐效果淺析

5.1 通過課程學習，培養了學生編程思維

本課程選用編程貓平臺，依托游戲化、圖形化的方式學編程，培養學生的計算機思維和綜合學科能力。學生通過“搭積木”編程，完成一個個游戲案例，構建編程思維，提高信息素養。課程教學過程一般分為游戲效果展示，功能分解，關鍵技術分析，學生完成案例效果，學生拓展游戲功能等教學步驟，激發了學生的學習興趣，培養的學生的創新能力。

5.2 通過課程學習，培養和實踐了STEAM教育理念

STEAM代表科學（Science），技術（Technology），工程（Engineering），藝術（Arts），數學（Mathematics）。STEAM教育就是集科學，技術，工程，藝術，數學多領域融合的綜合教育。編程貓平臺，融合了STEAM教育的各個模塊課程學科應用的模塊，根據學生專業學科教學需要，設計學科的游戲案例，讓學生真正理解STEAM教育的理念，將平臺的編程功能應用到學科游戲案例設計當中。

5.3 課程內容快速輻射到小學編程課堂

學校每年通過實習生，在學校周邊多所小學開展推廣少兒編程活動，受到各小學的熱烈歡迎。通過平臺跟蹤，了解到不 少學生課程結束后繼續在用平臺編程，還有不少學生畢業后繼續在平臺活躍，將課程內容直接應用到工作當中，達到課程開設的預期目標。

總之，《圖形化編程》課程通過三年時間的教學實踐，取得較好的教學和推廣效果，后續課程開發將在圖形化編程和程序設計方法上進一步加強研究，在趣味性、層次性、體系化方面加深和拓廣，力爭打造受眾面更多的編程科普課程。

參考文獻：

[1]中華人民共和國中央人民政府.國務院關于印發新一代人工智能發展規劃的通知[EB/OL].中華人民共和國中央人民政府官網.http：//www.gov.cn/zhengce/content/2017-07/20/content_5211996.htm.

[2]編程一小時官網[Z/OL].https：//code.org/learn.

[3]夏力，鄭耿忠，等.師范院校人工智能與編程教師培養初探[J].中國信息技術教育，2020（21）：103-106.

[4]彭之軍.圖形化編程融入程序設計教學效果分析[J].現代信息科技，2020（16）：193-195.

[5]安殷福.跨學科計算思維培養：利用圖形化編程語言解決數學問題[J].中國信息技術教育，2020（17）：59-61.

[6]康曼.圖形化編程在程序設計教學中的應用[J].福建電腦，2019（6）：114-116.

[7]劉立勛，姜晨波.圖形化編程系統設計探究[J].科技視界，2020（7）：97-99.

【通聯編輯：李雅琪】