指向協(xié)作問題解決的結(jié)對編程教學(xué)模式構(gòu)建與應(yīng)用

關(guān)鍵詞：協(xié)作問題解決能力；結(jié)對編程；教學(xué)模式

中圖分類號：G623.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-4289（2024）10-0067-04

協(xié)作問題解決能力已成為人工智能時(shí)代人類必備的一種高階能力。我國《義務(wù)教育階段信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》對于核心素養(yǎng)的表述中提到“學(xué)生應(yīng)善于利用信息科技交流和分享信息、開展協(xié)同創(chuàng)新與合作探究”，“能夠嘗試模擬、仿真、驗(yàn)證解決問題的過程，反思、優(yōu)化解決問題的方案，并將其遷移運(yùn)用于解決其他問題”。課程總目標(biāo)指出，學(xué)生需要圍繞學(xué)習(xí)任務(wù)，利用數(shù)字設(shè)備與團(tuán)隊(duì)成員合作解決學(xué)習(xí)問題，協(xié)同完成學(xué)習(xí)任務(wù)，逐步形成應(yīng)用信息科技進(jìn)行合作的意識。基于此，協(xié)作問題解決能力的培養(yǎng)勢在必行。結(jié)對編程作為中小學(xué)編程教育的首選教學(xué)組織形式，具有培養(yǎng)學(xué)生編程自信、幫助學(xué)生快速適應(yīng)編程文化的獨(dú)特優(yōu)勢。

一、結(jié)對編程與協(xié)作問題解決能力

（一）結(jié)對編程教學(xué)與培養(yǎng)協(xié)作問題解決能力的適切性分析

PISA2015將協(xié)作問題解決能力厘定為：個(gè)體有效地參與到由兩個(gè)或兩個(gè)以上成員組成的團(tuán)隊(duì)之中，為了解決問題，嘗試通過溝通和理解，匯聚團(tuán)隊(duì)成員的知識、技能和努力最終找出解決方案的一種個(gè)人能力。結(jié)對編程作為計(jì)算機(jī)編程教育中的一種協(xié)作問題解決能力模式，要求學(xué)生合作解決具有挑戰(zhàn)性的編程任務(wù)，進(jìn)而培養(yǎng)計(jì)算思維，增強(qiáng)解決現(xiàn)實(shí)問題的能力。結(jié)對編程雖然很少被企業(yè)采納，但是將該方法應(yīng)用在教學(xué)中卻能取得良好效果，如能夠加強(qiáng)學(xué)生的交流及表達(dá)能力，提高代碼的質(zhì)量，增強(qiáng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神。因此不難看出，當(dāng)學(xué)生利用結(jié)對編程的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)時(shí)，他們的協(xié)作問題解決能力也得到了培養(yǎng)。

（二）結(jié)對編程在中小學(xué)教學(xué)中面臨的問題

結(jié)對分組時(shí)由于結(jié)對雙方性格差異等原因，導(dǎo)致交流不暢、協(xié)作不愉快的情況時(shí)有發(fā)生，又或者任務(wù)分工模糊導(dǎo)致雙方在合作過程中達(dá)不成共同意識，導(dǎo)致“無效結(jié)對”。這些問題對中小學(xué)教師應(yīng)用結(jié)對編程方式開展教學(xué)造成了一定阻礙。鑒于此，如何改進(jìn)結(jié)對編程策略，從而更好地促進(jìn)中學(xué)生協(xié)作問題解決能力的培養(yǎng)成為一個(gè)亟待解決的問題。

二、指向協(xié)作問題解決能力培養(yǎng)的結(jié)對編程教學(xué)模式

本文通過對結(jié)對編程培養(yǎng)協(xié)作問題解決能力進(jìn)行適切性分析，針對結(jié)對編程目前存在的問題，結(jié)合中學(xué)生協(xié)作問題解決能力的培養(yǎng)目標(biāo)，構(gòu)建了指向協(xié)作問題解決能力的結(jié)對編程教學(xué)模式。

（一）教學(xué)目標(biāo)

協(xié)作問題解決能力的培養(yǎng)主要包括協(xié)作（建立并保持共同理解、采取適當(dāng)行動(dòng)解決問題、建立和維護(hù)團(tuán)隊(duì)組織）和問題解決（探索和理解、表征和形成、計(jì)劃和執(zhí)行、監(jiān)控和反饋）兩個(gè)維度。在協(xié)作問題解決的過程中，具體的活動(dòng)技能包括學(xué)生理解角色分工與任務(wù)、對問題表征并制定計(jì)劃、團(tuán)隊(duì)合作執(zhí)行計(jì)劃、監(jiān)控行為結(jié)果并調(diào)整團(tuán)隊(duì)成員角色等。協(xié)作與問題解決的子維度培養(yǎng)需要在模式框架中體現(xiàn)，而具體的活動(dòng)技能則需要呈現(xiàn)在教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)中。

（二）教學(xué)模式構(gòu)建

張玥在對結(jié)對學(xué)習(xí)模式的研究中發(fā)現(xiàn)，兩人結(jié)對進(jìn)行小組工作時(shí)效率最高，由兩人小組再組合成四人大組時(shí)有利于解決更多的問題。張霄在初中信息科技課程中設(shè)計(jì)了結(jié)對準(zhǔn)則約束策略和強(qiáng)監(jiān)督策略等，教學(xué)實(shí)踐結(jié)果表明，經(jīng)過改進(jìn)的結(jié)對編程策略對學(xué)生的編程自我效能感與問題解決能力有正向影響。本文據(jù)此在教學(xué)模式的設(shè)計(jì)中加入了四人一大組、結(jié)對準(zhǔn)則提前告知、二次創(chuàng)作身份互換等要點(diǎn)（如圖1）。

由于結(jié)對小組中學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度參差不齊，教師應(yīng)強(qiáng)調(diào)結(jié)對雙方地位平等。“低水平”者要保持信心、積極好學(xué)；“高水平”者應(yīng)樂于幫助伙伴，并學(xué)會(huì)接受建議，扮演好“小先生”的角色。教師也應(yīng)在發(fā)放任務(wù)單之后進(jìn)行巡堂指導(dǎo)，對于學(xué)生遇到的問題及時(shí)進(jìn)行解答，避免學(xué)生陷入被動(dòng)。當(dāng)學(xué)生完成基礎(chǔ)任務(wù)之后，教師可以發(fā)放擴(kuò)展任務(wù)，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行二次創(chuàng)作，此時(shí)就需要“領(lǐng)航員”與“駕駛員”進(jìn)行身份互換，使得雙方都能夠經(jīng)歷編程操作與監(jiān)督反饋的過程。若課堂時(shí)間充裕，教師可以讓學(xué)生自由探索，從而創(chuàng)作更多的作品來與同學(xué)進(jìn)行互動(dòng)分享。

三、基于Micro：bit的“游戲精靈”教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)和實(shí)施過程

本文根據(jù)指向協(xié)作問題解決能力培養(yǎng)的結(jié)對編程教學(xué)模式，利用Makecode圖形化編程平臺與Micro：bit編程工具設(shè)計(jì)了“游戲精靈”教學(xué)案例，并在課堂中開展實(shí)踐。

（一）教學(xué)實(shí)施背景

筆者有幸于2024年春季進(jìn)入X中學(xué)擔(dān)任編程社團(tuán)實(shí)習(xí)老師，并開展了為期一個(gè)月的Micro：bit編程教學(xué)，在實(shí)習(xí)教學(xué)過程中，設(shè)計(jì)并實(shí)踐了活動(dòng)案例，以期為中小學(xué)教師提供案例參考。

（二）教學(xué)對象分析

X中學(xué)編程社團(tuán)課的教學(xué)對象是初一年級學(xué)生，有一定圖形化編程的基礎(chǔ)，動(dòng)手操作能力較強(qiáng)。通過與學(xué)生進(jìn)行交流，發(fā)現(xiàn)大家傾向于采用結(jié)對學(xué)習(xí)的方式學(xué)習(xí)編程，并且彼此之間樂于分享新的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。但經(jīng)過對學(xué)生的課堂觀察以及問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的協(xié)作學(xué)習(xí)質(zhì)量并不高，協(xié)作問題解決能力亟待加強(qiáng)。

（三）教學(xué)內(nèi)容分析

“游戲精靈”教學(xué)案例的任務(wù)要求是：當(dāng)Micro：bit開機(jī)時(shí)，LED屏正中央會(huì)產(chǎn)生一個(gè)“食物”，并隨機(jī)生成一個(gè)“精靈”，通過陀螺儀可以控制精靈上下左右移動(dòng)，每當(dāng)精靈碰到食物時(shí)會(huì)加1分，并再次隨機(jī)生成精靈，按A鍵可以顯示分?jǐn)?shù)，按B鍵會(huì)重新計(jì)分。該任務(wù)主要是讓學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用變量、隨機(jī)數(shù)和坐標(biāo)系等相關(guān)知識，并且掌握單片機(jī)觸發(fā)事件以及邏輯塊中的條件語句。

（四）教學(xué)實(shí)施過程

“游戲精靈”教學(xué)案例的活動(dòng)設(shè)計(jì)和實(shí)施過程如表1所示。具體從教學(xué)環(huán)節(jié)、教師學(xué)生活動(dòng)和協(xié)作問題解決能力的培養(yǎng)幾方面展開。

（五）教學(xué)評價(jià)

通過教師評價(jià)和結(jié)對小組之間互相評價(jià)，對作品完成度高的小組予以表揚(yáng)和相應(yīng)的獎(jiǎng)勵(lì)。部分小組搭建的程序腳本如圖2所示。

（六）教學(xué)反思

在學(xué)生完成課堂任務(wù)的過程中，筆者觀察到部分學(xué)生表現(xiàn)出消極態(tài)度，選擇玩游戲而非專注于學(xué)習(xí)任務(wù)，這種行為可能會(huì)對其他同學(xué)造成負(fù)面影響。針對此現(xiàn)象，教師應(yīng)及時(shí)干預(yù)，敦促學(xué)生重視學(xué)習(xí)任務(wù)的完成。另外，當(dāng)學(xué)生完成教師布置的任務(wù)后，可能會(huì)面臨無事可做的情況。為解決這一問題，教師應(yīng)在課前準(zhǔn)備充足的教學(xué)內(nèi)容，并適度增加～些需要學(xué)生共同探索的學(xué)習(xí)任務(wù)，使學(xué)生沉浸在與同伴配合學(xué)習(xí)的過程中，從而有效培養(yǎng)其協(xié)作問題解決能力。

四、通過結(jié)對編程培養(yǎng)學(xué)生協(xié)作問題解決能力的教學(xué)建議

（一）做好課前準(zhǔn)備

在課前應(yīng)提前安排學(xué)生進(jìn)行自由式結(jié)對，兩人成一小組，四人成一團(tuán)隊(duì)，鼓勵(lì)學(xué)生遇到困難主動(dòng)向同伴求助，通力合作完成學(xué)習(xí)任務(wù)。有研究發(fā)現(xiàn)，真正影響結(jié)對編程實(shí)施效果的，是學(xué)生感知到的結(jié)對匹配度、與同伴的合作態(tài)度和意愿等。學(xué)生在對同伴性格有一定了解的情況下，在溝通交流時(shí)便不容易產(chǎn)生矛盾，進(jìn)行協(xié)作學(xué)習(xí)時(shí)的效率會(huì)更高。初中生普遍活潑好動(dòng)，紀(jì)律準(zhǔn)則需要教師不斷強(qiáng)調(diào)，提前布置好學(xué)生座位并告知學(xué)生結(jié)對準(zhǔn)則，有利于教學(xué)活動(dòng)順利開展。

（二）營造課堂氛圍

在制作課堂任務(wù)單時(shí)，可以融入一些游戲化元素，比如設(shè)計(jì)關(guān)卡、引入適當(dāng)?shù)母偁幣c獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制等，以提升學(xué)生的課堂專注力與學(xué)習(xí)編程的動(dòng)力，促使學(xué)生形成合作意識。例如設(shè)定規(guī)則：當(dāng)四人大組中的兩個(gè)小組都完成任務(wù)時(shí)，所有團(tuán)隊(duì)成員方可進(jìn)入下一關(guān)。對于率先完成闖關(guān)的團(tuán)隊(duì)，可給予雙倍獎(jiǎng)勵(lì)，以表彰他們的出色表現(xiàn)。這樣的設(shè)計(jì)使得學(xué)習(xí)過程更加有趣和富有挑戰(zhàn)性。教師在課堂中應(yīng)提供更多的協(xié)作問題解決訓(xùn)練機(jī)會(huì)，在結(jié)對小組完成基本學(xué)習(xí)任務(wù)后，可以適當(dāng)增加擴(kuò)展任務(wù)，讓學(xué)生自由探索，從而賦予學(xué)生更多課堂主導(dǎo)權(quán)。

（三）編程軟件與開源硬件結(jié)合教學(xué)

大多數(shù)初中生已經(jīng)接觸過圖形化編程，如Scratch等在線學(xué)習(xí)平臺，對于通過拖動(dòng)積木塊進(jìn)行編程的操作相對熟悉。然而，有研究表明，學(xué)生往往更傾向于將編程軟件與開源硬件相結(jié)合的學(xué)習(xí)方式。這種方式的優(yōu)勢在于學(xué)生能夠通過編寫程序看到更為直觀的代碼實(shí)現(xiàn)效果，對提高學(xué)生的動(dòng)手能力、協(xié)作問題解決能力與編程興趣有正向影響。因此，中小學(xué)應(yīng)為學(xué)生提供相應(yīng)的編程設(shè)備套件，教師也需要關(guān)注多元化的授課方式，并進(jìn)行編程與創(chuàng)客教育的整合，共同開展讓學(xué)生滿意的編程教育。

五、反思

協(xié)作問題解決能力作為一種高階能力，其培育非一朝一夕之功，仍需長期且系統(tǒng)的努力。筆者后續(xù)將開展更多教學(xué)實(shí)踐來對本文所構(gòu)建的教學(xué)模式進(jìn)行迭代優(yōu)化，并制定相應(yīng)的課堂行為觀察指標(biāo)體系。在人工智能時(shí)代的背景下，青少年編程教育寄托著國家未來的希望，信息科技課堂需要更加有效的教學(xué)方式來開展編程教育，通過結(jié)對編程模式來培養(yǎng)初中生的協(xié)作問題解決能力值得更加深入的研究。