1、第 39 卷 第 7 期 福 建 电 脑 Vol.39 No.7 2023 年 7 月 Journal of Fujian Computer Jul.2023 本文得到2020年成都师范学院教学改革研究项目“面向计算思维培养的游戏化教学研究”(No.2020JG35)资助。李欣，女，1980年生，主要研究领域为信息技术教育研究、教育信息化。E-mail:。培养师范生计算思维的游戏化教学模型研究 李欣 (成都师范学院网络与信息中心暨信息化推进办公室 成都 610000)摘 要 培养师范生的计算思维是计算思维教育发展的一个重要环节。为了激发师范生的价值感和兴趣并使之形成可迁移体验，本文提出了培养师
2、范生计算思维的游戏化教学模型。通过教学实验对该教学模型进行验证，实验结果表明：本文提出的游戏化教学模型对培养师范生的计算思维效果较好，尤其是对师范生的算法思维、计算思维教学策略与实施、计算思维教学兴趣与设计的提升最为显著。关键词 师范生；计算思维；游戏化教学 中图法分类号 G434 DOI:10.16707/ki.fjpc.2023.07.014 Game-based Teaching Model for Training Normal Students Computational Thinking LI Xin(Network and Information Center and Infor
3、mation Promotion Office,Chengdu Normal University,Chengdu,China,610000)Abstract The computational thinking ability of normal school students is an important link in the development of computational thinking education.In order to cultivate the computational thinking ability of normal school students,
4、this paper constructs a game-based teaching model to improve computational thinking ability of normal school students,and explains the practical methods based on the teaching model through an example,and verifies the teaching model through experiments,the experimental results show that the game-base
5、d teaching model proposed in this paper has a very good effect on cultivating normal students computational thinking ability,especially on the improvement of normal students algorithmic thinking,computational thinking teaching strategy and implementation,computational thinking teaching interest and
6、design.Keywords Normal Students;Computational Thinking;Game-based Teaching 1 引言 目前，计算思维已经被公认为 21 世纪中叶必备的关键技能之一1-2。经济合作与发展组织将计算思维纳入 2021 年国际学生评估项目（Program for International Student Assessment，PISA）中的数学评估部分3。将计算思维引入义务教育需要专业教师的大力支持，因此，培养师范生的计算思维能力已成为当前计算思维教育发展的重要环节之一。美国杨百翰大学开展了面向基础教育阶段在职和职前教师的计算思维训练，指出
7、价值感与兴趣对教师计算思维训练具有重要作用4。传统的编程教学以专业程序设计能力的培养为目标，强调计算机学科的专业性和系统性。对于将来从事非专业程序设计的师范生来说，复杂的编程环境枯燥无味，编程语言的语法难以掌握，难以激发师范生的价值感和兴趣。游戏化教学对激发学习者的价值感和兴趣有着得天独厚的优势5-6。而且，师范生作为未来中小学生计算思维教育的承担者，不仅要培养自身的计算思维，还需培养计算思维的教学能力。游戏化教学方法在培养师范生自身计算思维的同时，有利于师2023 年 福 建 电 脑 71 范生形成可迁移体验来提升师范生的计算思维教学能力。基于此，本文提出了适用于师范生计算思维培养的游戏化教
8、学模型，并以“初识程序设计”为教学案例阐述基于此模型的教学实践方法。2 理论依据 2.1 师范生计算思维能力 师范生的计算思维能力包括计算思维品质和计算思维教学能力7。师范生的计算思维品质是指师范生本身要具有计算思维。Korkmaz 等参考美国国际教育技术协会（ISTE）的划分标准，将计算思维具体分为：创造力、问题解决、算法思维、批判思维和协作能力五个维度8。计算思维教学能力指师范生对计算思维教育的认知，进行计算思维教育教学的能力，具体包括教育策略与实施及教育兴趣与设计能力7。2.2 游戏化教学 游戏化教学是指将游戏或游戏元素、理念或设计应用到教育教学中5。游戏化教学中的游戏可以是电子游戏和不
9、插电的传统游戏。游戏化教学的教学目标隐含在教师创建的游戏化环境中，游戏化的环境提供学习者基于情境的认知体验，学习者可以在情境中获得隐性知识，主动运用或建构知识以解决游戏中的问题。这符合建构主义的学习理论，当学习者技能与挑战平衡时，学习者有可能进入心流状态6。3 游戏化教学模型 面向师范生计算思维培养的游戏化教学，旨在以游戏化教学方式，培养师范生计算思维品质（创造力、问题解决、算法思维、批判思维和协作能力）以及师范生的计算思维教学能力。师范生在培养自身计算思维品质的过程中所获得的游戏化学习体验可迁移至未来的计算思维教学活动中，从而提升实施计算思维教育活动的能力及将计算思维与学科教学整合的能力。本
10、文根据师范生计算思维能力要求结合游戏化教学方法提出了适用于师范生计算思维培养的“四环节游戏化教学模型”，包括游戏导入、游戏挑战、学习反思、教学游戏设计四个环节，如图 1 所示。图 1 四环节游戏化教学模型 72 李欣：培养师范生计算思维的游戏化教学模型研究 第 7 期“游戏导入”的环节由教师主导，包括引入游戏情境、介绍游戏规则、说明游戏步骤、示范游戏步骤并与学生确认四个步骤。游戏情境要有趣、有吸引力，游戏规则要清晰明确。“游戏导入”的意图是把学生引入游戏情境中，激发游戏兴趣，清晰游戏规则和步骤，做好游戏准备。在“游戏挑战”的环节中，学生是游戏的“玩家”，教师负责控制游戏进程、观察学生表现、适当
11、地引导，并在挑战结束时即时发放游戏奖励。“游戏挑战”的意图是使学生在玩游戏时通过解决游戏中的问题探究内隐在游戏中的教学内容。由于游戏的竞技性，在“想要赢”的心理驱动下，学生拥有更强的参与合作的意愿，并在游戏中思考、尝试、检验、调整策略。这个过程与计算思维中的问题解决是一致的。游戏化教学中的游戏不是单纯的娱乐，而是为了教学9。在“学习反思”的环节中，教师通过问题链启发和引导学生将游戏中无形、零碎的思考，生成有形、系统化的学习成果。“学习反思”的意图是使隐性知识显性化。以上三个环节主要是面向师范生计算思维品质的培养。在“教学游戏设计”的环节中，学生小组针对已学习的内容改编或重新设计教学游戏。“教学
12、游戏设计”的意图是培养师范生的计算思维教学能力。4 教学案例 现以“初识程序设计”为教学案例，基于“四环节游戏化教学模型”进行教学设计。教学目标为学生能够理解程序设计及算法的概念，初步建立抽象思维和算法思维，建立编程世界与真实世界的联系。根据以上教学目标所设计的教学游戏活动“勇闯 CONDING 空间”，是根据CREATIVE COMPUTING 中的“PROGRAMMED TO DANCE”游戏改编而成的10，是不插电与插电相结合的游戏化教学案例。在“游戏导入”中，教师为学生小组设置了CODING 探险队的游戏角色。探险队需要通过三道关卡的游戏竞技进入“CODING”空间。教师通过故事使学生
13、进入游戏情境。游戏中“探险队指挥”给“探险队行动者”发指令的过程与“程序设计”的思维过程是一致的，学生可以在认知真实性的游戏环境中获得隐性知识。“游戏挑战”的第一关，“探险队指挥”观看一段动作视频，通过口头语言下达指令让“探险队行动者”完成动作。这一关卡的教学意图是使学生在玩游戏的过程中思考怎样发出指令、发出怎样的指令可以使行动者按照指挥的想法执行。这与程序设计的过程是相通的。游戏挑战的第二关，各小组设计有限的动作指令集，用不同符号代表不同指令。“探险队指挥”通过符号序列指挥“探险队行动者”，小组之间比赛速度。第二关提高了难度和挑战度，学生需要总结上一关的经验探究有效指令的特点，建立抽象思维和
14、算法思维。游戏挑战的第三关，各小组利用 Scratch（一款图形化编程软件）编程实现这组动作，教学意图是让学生建立编程世界与真实世界的联系。在“学习反思”中，教师通过问题链启发学生反思游戏过程，生成学习成果。学生小组通过合作可以得出“人通过程序指挥计算机完成任务”、“计算机按照指令序列顺序执行指令”、“指令需要清晰、有序”、“指令的含义是提前定义好的”等结论。教师总结这节课的重要知识点“算法是被定义好的、计算机可执行的指令，由一系列有限的有序操作组成。”在“教学游戏设计”中，教师要求学生小组改编“勇闯 CODING 空间”游戏或重新设计游戏化教学方案并进行组间交流与评价。师范生从思考“如何学”
15、到思考“如何教”。5 实验设计与结果分析 5.1 研究过程 使用的计算思维测量问卷结合了 Korkmaz 等提出的计算思维量表（Computational Thinking Scales，CTS）的全部维度及房敏等提出的师范生计算思维评价量表的计算思维教学能力部分7-8。围绕师范生计算思维能力的创造力、问题解决、算法思维、批判思维、协作能力、教学策略与实施、教学兴趣与设计七个维度进行测试。每个维度分别有 8、6、6、5、4、6、6 道题，共 41 道题目，采用李克特五分量表计分法计分。参加本教学实验的实验组是四川某省属本科师范院校师范类专业一个教学班共 41 名师范生，对照组是同一专业另一教学
16、班的 40 名学生。两个班级的学生基本情况相似。对照组采用传统的常规教学方法，实验组采用四环节游戏化教学方法，开2023 年 福 建 电 脑 73 展为期 4 周（共计 8 个课时）的教学实验研究。教学实验结束后，分别组织两个班的学生进行计算思维问卷的测试，并进行随机访谈，问卷的回收率和有效率均为 100%。5.2 实验结果分析 对师范生在计算思维各个维度的均值、标准差进行分析，将实验组和对照组进行 t 检验，所得结果如表 1 所示。表 1 实验组和对照组计算思维 t 检验结果 维度 测试 平均值 标准差 t p 创造力 对照组 3.50 0.70-0.74 0.46 实验组 3.56 0.61 问题解决 对照组 2.48 0.47-1.93 0.06 实验组 2.68 0.57 算法思维 对照组 3.18 0.74-1.65 0.11 实验组 3.37 0.68 批判思维 对照组 3.46 0.65 0.22 0.83 实验组 3.44 0.55 协作能力 对照组 3.41 0.52-2.43 0.02*实验组 3.62 0.65 教学策略与实施 对照组 3.16 0.67-3.01
