基于ADDIE理論開發Kitten編程校本課程：培養學生的計算思維

0 引言

當前，培養學生的計算思維日益受到重視。2014年，英國的計算機課程提出要注重培養學生的計算能力；同年，美國開發了培養計算思維的計算機科學原理課程。2015年，澳大利亞將培養計算思維作為信息科技課程的一項重要教學目標。在我國，《普通高中信息技術課程標準（2017年版2020年修訂）》和《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》均將計算思維作為信息技術/信息科技課程要培養的核心素養之一，旨在培養學生采用計算機科學領域的思想方法界定問題、分析問題、制定問題解決方案的思維，讓學生能有意識地總結解決問題的方法，并將其遷移到其他問題求解中。

本文在分析計算思維的概念和ADDIE理論的基礎上，提出基于ADDIE理論開發Kitten編程課程，以培養學生的計算思維，并以“詩韻七巧板”一課為例，介紹在實際教學中培養學生計算思維的具體方法。

1計算思維的概念和內涵

計算思維是人們理解自然系統與社會系統的思維方法和思維活動，是使用科學工具進行抽象模擬以尋求問題解決最優化方案的系統過程[1。周以真[2認為，計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計以及人類行為能力理解等涵蓋計算機科學廣度的一系列思維活動。她在后續的研究中進一步提出，計算思維是提出問題和制定問題解決方案的思考過程，解決方案能通過信息加工代理有效執行的一種表達形式[3]。美國計算機科學教師協會將計算思維界定為一種問題解決的方法論，涉及問題的分析、數據的處理、解決方案的制定和實施、解決問題過程的遷移運用等。任友群等[4認為，通過計算思維人們可以更好地理解和分析復雜問題，形成具有模塊化、自動化、系統化等計算特征的問題解決方案。《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》提出，計算思維是指個體運用計算機科學領域的思想方法，在問題解決過程中涉及的抽象、分解、建模、算法設計等思維活動。國內研究中，計算思維培養途徑有搭建流程圖[5]、設計算法[6]、編程語言[7]、融合STEM教育[8]等。

通過對相關文獻的梳理和分析，本文認為計算思維有三個特征：計算機科學、問題解決和遷移應用。計算機科學是指計算思維涉及計算機科學領域的基礎概念、理論、思維等內容。計算思維需要在問題解決過程中形成和提升，不能脫離實際問題和知識載體，單純強調思維培養而脫離問題情境，難以真正培育計算思維。遷移應用是指將所學的知識、技能和策略遷移應用于解決其他問題，實現創造性地解決問題，是計算思維成形的標識。

2 ADDIE理論

ADDIE是一種常用的課程設計和開發模型，涵蓋分析（Analysis）、設計（Design）、發展（De-velop）、執行（Implement）和評估（Evaluate）五個階段。它最早被美國軍方用于設計和開發軍事訓練課程，當前主要應用于教育領域和企業培訓領域。程豪9用ADDIE理論作為設計中小學綜合實踐活動課程的理論支撐，構建了適合我國中小學綜合實踐活動課程的開發模式。區尚智[10]利用ADDIE理論開發面向中職學生的人工智能課程，發現該課程對學生的計算思維能力有顯著的提升作用。張帆[]從單元設計的視角展開研究，形成基于ADDIE理論的高中物理單元教學設計一般思維，為單元教學目標和重難點的確定提供支持性信息。

可見，在課程開發中應用ADDIE理論，可以幫助使用者有條不紊地進行課程設計和開發。在基于ADDIE理論的課程開發過程中，開發者可以按分析、設計、開發、實施和評估五個階段順序迭代進行，實現每個階段的任務和目標。

本文將基于ADDIE理論開發Kitten編程校本課程，以培養學生的計算思維。

3基于ADDIE理論的Kitten編程校本課程開發模式

ADDIE理論指導下的Kitten編程課程開發模式如圖1所示。需求分析、精心設計、創新開發和嚴謹實施四個階段形成一個閉環，循環迭代開發課程?？茖W評估既是課程開發中獨立的階段，又與上述四個階段互通，強調課程整體開發過程中的反饋與優化。在此模式下進行課程的迭代開發，直至達到預期效果。

圖1ADDIE理論指導下的Kitten編程課程開發模式

3.1 需求分析

需求分析是指通過調查研究對象的基礎情況、分析研究對象和研究目的之間的關系，為后續開發提供基礎數據、厘清開發脈絡。課程開發中，需求分析起著至關重要的作用，挖掘師生的真實需求是確保校本課程開發符合真實情況的前提。需求分析手段主要有內省、訪談、觀察、問卷調查等。

本研究對深圳市光明區外國語學校學生的編程基礎和學習編程的需求進行了問卷調查，從學生特征、學習編程需求、編程內容三個維度設計學習編程情況調查問卷。該問卷共12道題目，旨在通過收集、分析學情為設計圖形化編程校本課程提供真實的基礎數據。通過分析問卷發現，學生喜歡貼近實際生活、富含趣味性和益智性的教學內容。因此，在教學中應以項目為驅動，采取小組合作方式，依托真實情境和編程平臺，在解決問題的過程中培養學生的計算思維。

3.2 精心設計

在ADDIE理論中，設計階段的主要任務是根據需求分析結果制定課程框架，擬定開發準則、實施方案、開發進度表等指導文件，為開發階段確定開發方向。分析結果顯示，學校近 60% 的學生沒有學習過編程知識，因此在設計課程大綱時，本文將課程分成四個階段：走進Kitten世界、玩轉Kitten積木、開啟Kitten+模式、滲透Kitten應用。每個階段的知識難度和創作挑戰逐步提升，這樣的設計符合學生的認知發展規律。

結合需求分析結果和計算思維內涵，本文選擇情境教學、合作學習、問題解決、學科融合四種教學策略，設計了學科融合、傳統文化、時事熱點等驅動任務，通過讓學生在問題解決過程中分析問題、設計解決方案，培養他們的抽象、分解、建模、算法設計等思維。同時，本文設計了師生評價表，記錄師生學習過程中的問題、知識點掌握程度，采用計算思維水平能力量表測試學生的思維水平，利用編程教育管理平臺讓學生進行自評和他評。

3.3 創新開發

開發階段是將課程設計轉化為課程資源包的核心步驟。本文根據信息科技學科知識的邏輯關系和學生的認知特點，確定課程內容的時序和組織結構，以支持有效的學習過程。1）根據課程開發方案確定開發任務、時間節點和責任人，以制度的形式保證開發進度。2）收集圖形化編程相關教學資源，將其作為課程開發的參考資料，組織教師進行Kitten編程培訓。3）在課程標準指導下編寫符合學科融合理念的教學設計、導學案，制作教學課件和微視頻。

本文按照開發、審核、反饋的流程進行迭代開發，直至開發出符合課程標準和教學大綱要求的高質量課程內容。

3.4嚴謹實施

課堂教學是驗證開發的課程是否滿足學生需求的重要途徑，也是檢驗教材內容是否達標的依據。在實施Kitten編程校本課程時，從三、四年級中隨機挑選22名學生組成創意編程社團，依據組間同質、組內異質的原則將他們分成若干學習小組，采用雙師授課模式，一位教師主講，一位教師輔助。依托編程智慧平臺，將課前、課中、課后分成六個環節，力求環節間銜接自然、整體上科學合理，實現課前線上預習、課中環節緊扣、課后追蹤測評。

3.5 科學評價

評價時應注重學生的思考和理解過程，關注學生的思維能力、創造力和問題解決能力，而不是對知識和技能進行簡單的測量。開發Kitten編程校本課程的目的是培養學生的計算思維，培養一批具有創新能力的科創之星。本文借助白雪梅等2翻譯的中文版計算思維評價量表對編程社團學生進行計算思維水平測試，使用編程教育管理平臺對學生作品進行管理與評價，從創新思維、藝術設計、邏輯分析、編程技術四個維度給學生作品評分，實現過程性評價和終結性評價。

4Kitten編程校本課程實施流程

Kitten編程校本課程進行了兩輪實際教學，總結了六大實施環節。以“詩韻七巧板”一課為例，介紹如何訓練學生的抽象、分解、建模、算法設計等思維活動。

4.1智慧平臺助力備課

點貓編程平臺是一款在線教學智慧平臺，包含課程教學和課程中心模塊，學生通過課程中心查看預習資料和上課。教師提前準備智慧七巧板小知識、《從軍行》、《塞下曲》等教學資料，并通過平臺將預習資料推送給學生，讓學生了解本節課的學習背景和知識點。

4.2 創設情境引出課題

教學情境應具備真實性、趣味性、學科性，好的情境能吸引學生的注意力，激發其學習動力。《從軍行》是一首經典的邊塞詩，教師利用生成式人工智能軟件生成詩人王昌齡的數字人，在和詩人的古今對話中激發學生學習詩詞文化、探索邊塞詩創造背景的熱情，并導入本課主題。

4.3分析問題學習新知

設置“七巧板拼詩意境圖”驅動問題，組織學生通過小組合作自主研讀古詩，分析制作七巧板和繪制意境圖所需的積木和素材。引導學生從文本中提取關鍵信息，抽象形成適合編程解決的內容。在分析過程中，幫助學生掌握積木知識，厘清角色之間的邏輯關系，從具體的古詩文本中抽象出核心概念和元素，將詩句中的意象轉化為編程中的圖形對象。

4.4制作素材編寫程序

在素材制作環節，鼓勵學生使用信息技術工具進行個性化素材創作，激發學生的創造力，提升其信息素養。引導學生在編寫程序時遵循分層原則，將任務分解為若干個模塊，以模塊為單位進行創作，降低創作難度。同時，幫助學生根據抽象出的概念創建程序模型，加深他們對問題的理解，提升他們的計算思維、系統構建能力。

4.5 知識遷移應用

作品展示能促進學生之間的交流和合作。從每個主題中挑選出評分較高的作品進行展示，教師對其進行點評，講解共性問題。設置拓展任務，引導學生將所學知識遷移應用到其他問題的解決中，如制作《涼州詞》學習小程序，讓學生不斷優化算法以提高程序的效率和準確性。

4.6 反思總結

根據實施需求設計學生自我學習評價表、教師課后教學反思表兩個過程性評價量表。學生自我學習評價表采用五級量化評價標準，以了解學生的知識掌握情況；教師課后教學反思表可以記錄教師授課目標完成情況，便于教師根據反饋優化教學。通過反思編程中遇到的挑戰和解決方案，讓學生鞏固所學知識，也深化他們對編程的認識。

5課程實施效果分析

5.1 師生自評教學反饋情況

對學生自我學習評價表進行分析發現，學生知識掌握較好，課程內容受學生喜歡，能夠激發學生的興趣。多數學生表示，各個階段的知識掌握情況均達到或超過預定的學習目標，表明開發的課程能夠滿足學生的學習需求。教師課后教學反思表記錄的情況顯示，教學目標基本達成，部分目標達成度較高，表明課程內容和教學活動設計有效，學生能夠理解和掌握Kitten編程相關知識和技能。

5.2編程教育管理平臺上的學生作品管理與成效分析

編程教育管理平臺是編程教學管理與課程資源一體化云平臺，包含創作工具Kitten、作品管理和學情報告等功能。教師對上傳至平臺的學生作品進行查閱、批改。通過統計學生作品數量發現，學生每周平均創作作品數量呈遞增趨勢，說明學生創作熱情高、知識掌握牢固，反映出Kitten編程課程內容設計的合理性。同時，從學生作品可以看出，他們在解決復雜編程問題上展現出更高的自信和能力，這進一步證明該課程在培養學生計算思維、編程技能和邏輯思維方面開發得當，教學效果顯著。

5.3科創競賽檢驗成效

學習是學生主動構建知識和理解知識的過程，學生可以通過實踐建構自己的知識和技能。為了更好地激發學生的學習興趣、了解學生的知識掌握情況、檢驗Kitten編程校本課程的教學效果，深圳市光明區外國語學校組織編程社團學生參加了多項全國性競賽活動。比賽中，學生創作了很多有趣的作品，取得了不錯的成績。通過參與比賽，進一步提高了學生的問題解決能力和知識運用水平。

5.4計算思維量表分析

Korkmaz等根據國際教育技術學會提出的計算思維的理論框架，開發了測量K12階段學生計算思維的量 表（Computational ThinkingScale，CTS）。教學團隊對編程社團學生和普通班級學生的計算思維水平進行了前測和后測。前測結果顯示，編程社團學生和普通班級學生的計算思維水平相近（差距在1%以內），消除了學生水平差異對實驗結果的影響；后測結果表明，編程社團學生經過Kitten編程校本課程學習后，計算思維水平提升14.2% ，驗證了該課程對培養學生計算思維的有效性。

6 結束語

本文基于ADDIE理論提出開發校本課程的模式，開發了旨在培養學生計算思維的Kitten編程校本課程，經過實際教學總結了課程實施的六大環節。課程實施效果顯示，學生的計算思維水平得到了提高，驗證了該課程對培養學生計算思維的有效性和可靠性。但本文的研究還存在一些問題，如學生的問題解決能力提升不大，表明在課程內容設計上應更注重學生問題解決能力的培養。未來，教學團隊將拓寬授課范圍，面向普通班級學生授課，進一步驗證Kitten編程課程對計算思維培養的效果。

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