初中Python编程课程教学中的创客教育实践*

况 旭

(广东省佛山市顺德区东逸湾实验学校,佛山顺德 528303)

在初中《python编程》课程大班教学实践中,无论学生使用代码编程还是积木编程的方式,学生在学习《python编程》这门课程的积极性都不高。在教学中,仅仅结合一块硬件(如microbit板)来辅助python编程学习,学生到了后期同样学习积极性不高。笔者曾在《SmallBasic编程》课程教学中通过使用“翻转课堂”的教学模式来解决课时不足和学生知识遗忘率高的问题时发现,学生基础知识的掌握要好很多,但对提高编程解决实际问题的能力还是非常有限[1]。通过课堂教学实践,编程代码方式的改变、借助于单一硬件或者改变课堂教学模式都不能很好的实现国际对编程学习的一种理念“code to learn”即通过编程来学习、理解和改变这个世界。进一步调研发现:学生希望教师能给多些时间思考和编程、编写一些与生活相关的小程序、做出一些实际的编程作品而不仅仅是电脑程序。因此初中《python编程》教学应在激发学生学习兴趣的基础上注重编程知识的巩固、实践与创新,这与“创客教育”的教育目相通,与编程学习的理念非常吻合[2]。

“创客”的英文单词为Maker,是指乐于通过动手实践把各种创新制成作品并分享的人[3]。随着国内掀起“大众创业、万众创新”的热潮,“创客”一词才逐渐被人们所认识。随后“创客”被引入到学校教育,创客教育慢慢被广大教师了解和认识。在教育部门发布的《教育信息化“十三五”规划》《中小学综合实践活动课程指导纲要》《义务教育小学科学课程标准》《普通高中信息技术课程标准(2017年版)》《3-6岁儿童发展指南》等文件中都有提到“创客教育”一词,这充分说明“创客教育”已进入到国家教育部门的教育规划层面。

(一)数据来源分析

以“中国知网CNKI”为研究文献来源,通过主题“创客”且“教育”或者“创客教育”对“学术期刊”进行高级搜索,搜索时间为2021年8月16日,文献类别为“全部期刊”,总共搜索出文献为3007篇。把文献来源设置为“北大核心”和“CSSCI”,有文献488篇,通过手工删除会议、新闻和其它非学术研究论文后获取文献448篇,并以检索报告的方式导出保存。

通过对文献发表时间进行分析,2014年教育工作者开始研究“创客教育”,研究高峰期在2016年-2018年,主要集中在“创客教育”的理论研究上。从2019年开始,“创客教育”研究的热度下滑。通过文献分析发现创客教育2019年后开始进入研究瓶颈期,主要体现在理论研究不足,实践研究还处于浅层探索,理论指导实践不足。

(二)数据呈现分析

对筛选后的448篇论文进行主要主题共现矩阵和次要主题共现矩阵分析,得出“创客教育”与其他相关主题相关研究度,并对其相关性进行了手工整合分析(如表1),发现“创客教育”研究与创新教育、教学方式和模式、STEM教育、学习者、创客空间、创客文化、创客教育理念、与课程教材相结合研究的比较多。

表1 相关主题整合分析

(三)与“创客教育”相关的热点主题分析

结合两次共现矩阵分析和主题整合分析结果(如表1)发现与“创客教育”研究相关的热点主题主要集中在“创客教育理论、实践及课程探索”“创客教育目标”及“STEAM/STEM教育”三大主题上。

1.创客教育理论、教学实践和课程设计探索

(1)创客教育理论探索

从2014年起,国内教育界众多学者对什么是创客教育进行了论述,主要分为狭义的创客教育和广义的创客教育。狭义的创客教育主要以信息技术为方向,以培养创客为目的的创客教育研究,代表学者有祝智庭、傅骞、杨现民、钟柏昌和王佑镁等[4]。广义的创客教育以融合为方向,以培养综合型创新人才为目的的创客教育研究,代表的学者有张茂聪、中国电子学会创客教育专家委员会、何克抗等[5]。

(2)创客教育教学实践探索

在高校教学实践探索方面,教师主要是把创客教育融入到学科教学中,形成学科教学新的实践探索、教学模式、策略、实施路径和学习模型。代表性的学者有陈欣、刘忠、周如俊、张其亮、谢爱娟、林琛琛、王慧、王永隽等。在中小学教学实践探索方面主要集中在与信息技术和综合实践相关学科教学上,少数教师开展了创客教育与其它学科融合的教学实践探索。代表性的学者有杨金勇、丁美荣、李海峰、张立国、杨维、杨滨、王聚同、陈青青、杨绪辉、田宝宏等[6]。

(3)创客教育课程建设探索

在创客教育课程探索实践上,如李健珍、张文兰、吴永和等学者主要以学科教学实践为基础,对如何创建创客课程进行了阐述。再如赵慧勤、陈刚、万超、杨现民等学者对创客教育课程建设理念、方法和模型进行了探索[7]。

2.创客教育的目标

上文很多学者在理论和教学实践探索中对创客教育的教育目标也有论述,概括起来是培养学生的创新意识、创新思维和创新能力等方面的综合高素质人才。

3.创客教育与STEAMSTEM教育

创客教育需要STEAM跨学科融合,STEAM跨学科教学中需要创客教育的实施。创客教育与STEAM教育相互融合,相互促进是实施创新教育的新途径。代表学者有孟红娟、藤娇娇、王佑镁、赵慧勤、李彤彤、董宏建、高云峰[8]等。

(一)初中python编程教育与创客教育的融合观

创客教育的出现,给python编程教学带来了新的视野首先,其在理念和方法上与python编程教学的理念和方法十分吻合,且还扩充了他的理念和方法。其次、创客教育强调动手操作和实践体验,编程教育同样强调动手操作和实践体验,但创客教育动手操作与实践体验的范围更加广泛,能给学生提供更多的教学情境。最后,创客教育强调的培养学生创新实践能力在编程教育中同样重视,它要求培养学生利用编程语言学习、理解和改变这个世界,但创客教育能让编程教育更接地气,更能激发学生学习兴趣。因此,用创客教育来指导python编程教学,在python编程教学中融入创客教育是python编程课程建设与教学实践探索的方向。

(二)初中python编程教学的“创客教育”目标观

教育目标是什么?教育目标是想要实现的教育宗旨,是通过学习获得的结果,是一种经过深思熟虑后作出的价值判断,是学生行为模式发生显著变化[10]。通过文献分析,创客教育的目标是培养学生的创新实践能力。在对初中学生学习编程兴趣调查研究的基础上,结合学科专家对编程教学目标的建议,文章认为初中python编程教学的“创客教育”目标是:通过python编程系列创客课程的学习,提高学生利用python语言解决生活学习问题能力,进而提升学生创新实践的能力。如在python教学中提供系列可选择的进阶课程供学生选择。

(三)初中python编程教学的“创客教育”实现观

学习经验是学生与学习环境中的外部条件间的相互作用[11]。概括起来包含三点:第一、学生学习的主动性:学习是学生的主动学习的行为,学到什么取决于学生自己做了什么,而不是教师做了什么;
第二、学生学习的互动性:学生注意力被教学环境中的某些特征吸引,并对这些特征产生了反应;
第三、营造学生学习环境:教师通过构建情景来提供教育经验,以激发学生出现期望的反应。创客教育与STEAM教育的项目式学习和基于问题的学习可为初中python编程教学提供“学习经验”,从学生现状出发,为学生提供学习情境,让学生在学习过程中获得满足感,进而实现编程教育目标。如在python编程教学中,以项目为载体,与硬件结合、与游戏结合、与生活结合和与问题结合等方式创设情景。

(四)初中python编程教学的“创客教育”组织观

组织是为了使教育经验产生积累效应,使之相互强化[12]。因此,在解决学生无法使用python编程解决实际问题及应用创新时,需要把学习经验进行有效的组织,不但可强化python编程知识,还能促进python编程知识的应用。因此在组织学生学习python编程经验时,应遵循三大标准:连续性、顺序性和整合性[13]。连续性是要保证学生有机会重复地学习python编程基础知识,不断地训练python编程技能。顺序性是在连续性的基础上需要对python编程知识进行有广度和深度的拓展。整合性是指对python编程教学与其它学科知识进行横向联系与整合,创客教育与STEAM教育的相互融合为python编程教学的整合指明了方向。因此,系列化的初中python编程创客教育课程不但保持了python编程课程组织结构的灵活性,而且还可以让学生在学习动力不足时从一项教学活动转向另一项教学活动。

(五)初中python编程教学的“创客教育”评价观

虽然对课程结构进行重新安排,并利用组织四原则对学生的学习经验进行组织来实现初中python编程教学的创客教育目标。但是这并不能证明这些措施能在多大程度上产生期望的结果即学生对python编程知识的掌握度、使用python编程解决实际问题的能力和应用python编程创新实践能力。因此,教师在开展研究时需要对学生学习进行评价,评价对象为实施教学的全体学生,这样可确保评价的客观性、信度和效度。对学生评价的方式可采用问卷调查,纸笔测验、观察、访谈、学生作品和相关过程记录的方式来开展。同时在评价时间上要有对比性,如在学期前、中和后期进行跟踪评价。

在初中Python编程创客教育观的指导下,进行了2年教育教学实践,形成了独具特色的初中python编程教育实践。它主要分为三大部分:在目标观、融合观和组织观的指导进行课程建设;
在实现观的指导下进行选课走班和课程教学;
在评价观的指导下实现对学生学习全过程进行记录评价。

(一)在目标观、融合观和组织观的指导下进行课程建设

在初中python编程创客教育观的融合观和组织观的指导下,以面向全体,落实个性化、多样化为原则,开发编写了四本校本教材。

1.基础课程,面向全体

第一本基础课程为《我和小海龟一起学python编程》,面向全体学生,主要用来落实python编程基础知识。《我和小海龟一起学python编程》始终以小海龟为主线,通过设置合适的情景,通过与小海龟对话的方式,已完成小项目的方式来学习python编程知识。

选取外高桥水域,以某大型船舶在大潮汛中浚高潮前5 h备车进港,从长江口北槽航道D6灯浮水域航行到外高桥港区2期码头为例,分析船舶进出港航行的动态风险状况。

2.拓展课程,面向全体,落实个性化

其它三本校本课程主要为落实个性化、多样化而开发的,其中《基于物联网的python编程》和《基于人工智能的python编程》两门课程偏硬件方向,《基于游戏开发的python编程》偏软件方向,供学生自由选择。这类课程都是一整体大项目,单元小项目的方式来组织实施。例如,《基于物联网的python编程》始终以python编程学习为主线,结合物联网模块及其它外部设备进行数字化作品创作,以达到深入理解和应用python编程的目的。

(二)在实现观的指导下进行课时设计与选班走课

在实现观的指导下,对学生课时和开课方式重新进行了设计,整个python编程学习在初二一学年完成。

1.初二上学期:面向全体,夯实基础

本学期所学课程为《我和小海龟一起学python编程》,面向全体学生,一周一个课时,按行政班的方式开展教学活动。

2.初二下学期:体现多样化、个性化

本学期所学课程为基于物联网的python编程》、《基于人工智能的python编程》和《基于游戏开发的python编程》,由学生根据自身学习兴趣任选一门。每周两个课时(两周的课时合并到一周),共8周,学生根据所选课程进行走班,满足学生多样化的学习需求。

(三)在实现观和评价观的指导下进行教学实践

1.在实现观的指导下开展课程教学

基础课程和个性化课程在组织形式上都是以两位学生为一组的方式开展同伴互助学习,交流充分且合作效果比较好。在日常课程教学中以项目并赋予生活情景来开展,如在面向全体学生的基础课程,每个单元都是一个小项目,开始都是以生活的情景赋予它实际的意义。落实个性化的的三门课程则以大项目贯穿整个学期,其间以小项目的方式来逐步展开。

2.在评价观的指导下开展多元评价

在学习评价上以激励和指导为导向,逐步形成多元学习评价。该系列课程使用的评价方式有:课堂观察、小组合作学习评价、日常作业评价、期末作品评价、期末测试和期末问卷等。

(四)教学实践的效果分析

1.作品制作和路演展示分析

通过期末作品制作和路演分析(如表2),87.5%的学生能做出功能完善的作品;
9.3%的学生外观完整,功能实现不了;
3.2%的学生外观和功能都有缺陷,并且所有的学生都能进行路演展示,说明绝大部分学生综合运用能力有了很大的提高。

表2 作品制作和路演展示分析表

2.基础知识保持度分析

经过第二学期课程的学习,在期末对学生进行python基础知识测试,考核知识点保持与第一学期考核一致。对比情况说明进过第二学习的个性化学习对学生python基础知识的保持和理解有很大的促进作用(如表3)。

表3 基础知识保持度分析表

3.对个性化课程认可度

第二学期课程结束后对学生进行了一次对教与学的问卷调查,其中对选课走班和项目式学习进行了满意度调查,调查结果说明落实多样化需求,提供丰富的课程给学生,能提高学生学习的积极性,增强学生的主人翁意识(如表4)。

表4 个性化课程认可度

本文在分析python编程教学现状的基础上,对CNIK数据库搜索“创客教育”,对得到的相关文献进行了梳理和分析,并以《课程与教学的基本原理》等相关理论为指导,提出了初中python编程教学的创客教育观:融合观、目标观、实现观、组织观和评价观。它为初中python编程教学理念、课程设计、教学实践和学科融合等方面指明了方向,也充实了创客教育理论。

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