基于編程學(xué)習(xí)平臺培養(yǎng)高階思維能力的教學(xué)設(shè)計

李怡靜　緱娟娟　王婧雯　潘以鋒

關(guān)鍵詞：高階思維；編程教育；游戲化學(xué)習(xí)；項目式學(xué)習(xí)；平臺支持

中圖分類號：TP311 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）08-0113-04

1 引言

隨著新經(jīng)濟時代的到來，越來越多的新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)興起，如何創(chuàng)新成為當(dāng)前社會首要考慮的問題，這也引發(fā)了高校在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和思維培養(yǎng)上的變革。經(jīng)濟合作與發(fā)展組織（Organization for Eco?nomic Co-operation and Development，OECD） 發(fā)布的研究指出，21世紀人才需要具備十大核心技能，其中包括創(chuàng)造思維、批判思維、問題解決能力、決策和自主學(xué)習(xí)能力等[1]。與鐘志賢提出的高階能力相符，他提出高階思維能力具體為學(xué)生的問題解決能力、學(xué)生決策、批判思維和創(chuàng)新思維等能力[2]。

編程教學(xué)一直是信息時代培養(yǎng)社會創(chuàng)新人才的重要手段之一，高校教育在很早之前就開始重視編程教學(xué)，隨著人工智能的發(fā)展，編程能力更是不可或缺的能力之一。但是當(dāng)前我國編程教育在學(xué)生學(xué)習(xí)和教師教學(xué)方面都有較大的問題。學(xué)生學(xué)習(xí)方面主要的問題是學(xué)生編程水平參差不齊[3]以及學(xué)生對編程學(xué)習(xí)復(fù)雜的語法、抽象的概念性知識等難以提取興趣[4][5]。教師教學(xué)方面的問題主要是教學(xué)形式和評價方式比較單一[6]，過分強調(diào)學(xué)生對于理論知識的掌握，忽視了學(xué)生編程學(xué)習(xí)的過程和能力培養(yǎng)。

如何激發(fā)學(xué)生對編程學(xué)習(xí)的興趣，以及如何在編程教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生高階思維能力是當(dāng)前亟待解決的問題。

2 高階思維內(nèi)涵及培養(yǎng)方式

高階思維是發(fā)生在較高認知水平層次上的心智活動或較高層次的認知能力，高階思維的培養(yǎng)需要高階能力的支持，高階能力是以高階思維為核心，解決劣構(gòu)問題或復(fù)雜任務(wù)的心理特征[2]。高階思維的培養(yǎng)應(yīng)以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，并通過學(xué)習(xí)者的實踐來培養(yǎng)，是在學(xué)習(xí)者完成新任務(wù)解決新問題的過程中完成的，它解決的真實環(huán)境下復(fù)雜的問題，其解決路徑不確定，解決方案也不單一[7]。

高水平的項目式學(xué)習(xí)具有高階學(xué)習(xí)教學(xué)模式的所有特征，是高階思維培養(yǎng)的最佳教學(xué)模式[7]。項目式學(xué)習(xí)是在建構(gòu)主義的指導(dǎo)下，師生通過共同實施一個完整的項目工作而進行的教學(xué)活動[8]。項目式學(xué)習(xí)最初被應(yīng)用于K-12教育，后逐漸擴展到高等教育領(lǐng)域，對高校學(xué)生知識技能掌握、能力培養(yǎng)等產(chǎn)生了重要作用[9]。例如廖燕等研究者將項目式學(xué)習(xí)引入物理教學(xué)環(huán)節(jié)來發(fā)展學(xué)生的物理高階思維能力[10]。梁偉虹等人在小學(xué)以項目式學(xué)習(xí)的方式以數(shù)學(xué)綜合課程為載體中整合多學(xué)科教學(xué)，從而促進學(xué)習(xí)者高階思維的發(fā)展[11]。采用項目式教學(xué)方式培養(yǎng)高階思維能力時需要將已有的知識作為基礎(chǔ)，學(xué)生需要掌握基礎(chǔ)知識之后才能開展高水平的項目學(xué)習(xí)，所以高階項目的開展需要與基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)相結(jié)合。然而項目化學(xué)習(xí)對于學(xué)生要求較高，若學(xué)生沒有充分了解項目流程或是沒有掌握好基礎(chǔ)知識，那他們在項目實施過程中很容易因為難以完成項目實施而產(chǎn)生挫敗感，從而對學(xué)習(xí)失去信心。

綜合上述情況，文章應(yīng)用自主開發(fā)的游戲化編程學(xué)習(xí)平臺，設(shè)計了學(xué)生自主學(xué)習(xí)+項目化學(xué)習(xí)教學(xué)活動，旨在培養(yǎng)學(xué)生高階思維能力。

3 游戲化編程學(xué)習(xí)平臺功能支持

3.1 自主學(xué)習(xí)

3.1.1 游戲化闖關(guān)功能

個人闖關(guān)學(xué)習(xí)中加入了等級沖關(guān)、積分、排行榜和徽章等游戲元素。闖關(guān)學(xué)習(xí)中按照章節(jié)知識點進行劃分關(guān)卡，每學(xué)習(xí)完一個章節(jié)的知識點后，系統(tǒng)會開放相應(yīng)章節(jié)的闖關(guān)游戲，每個關(guān)卡分為“簡單、中等和困難”三個難度等級，如圖1所示。每次闖關(guān)完成之后系統(tǒng)會自動更新排行榜中的排行，每完成一次闖關(guān)會獲得相應(yīng)等級的積分，達到一定積分數(shù)之后可獲得相應(yīng)徽章，獲得的徽章數(shù)量最終會計入課程總成績中。這一過程激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生在闖關(guān)過程中也能夠進行反思，意識到自己的學(xué)習(xí)情況和知識的掌握情況，從而針對未掌握的內(nèi)容進一步加強學(xué)習(xí)。

3.1.2 知識圖譜功能

知識圖譜中根據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容劃分知識點，每個知識點為一個節(jié)點，通過不同顏色來標(biāo)記學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)狀態(tài)，在學(xué)習(xí)者之后的闖關(guān)過程中系統(tǒng)會針對未掌握的知識點繼續(xù)推薦相關(guān)題目，讓學(xué)生進行鞏固練習(xí)。學(xué)生可在知識圖譜界面中查看自己的學(xué)習(xí)情況，根據(jù)自己未掌握的內(nèi)容針對性地學(xué)習(xí)。知識圖譜能夠讓學(xué)生審視不同節(jié)點上知識點之間的關(guān)系，并在經(jīng)歷知識的深度加工之后最終確立正確知識聯(lián)系。

3.2 項目學(xué)習(xí)

3.2.1 項目提交功能

項目提交部分主要是讓小組定期將項目完成進度、小組討論內(nèi)容以及項目中成員完成的工作內(nèi)容上傳到平臺中，方便記錄網(wǎng)頁設(shè)計的過程，同時方便教師最后對整個項目和個人進行評分。

在平臺中開展小組項目學(xué)習(xí)能夠?qū)⑿〗M項目完成情況和討論過程都記錄了下來，使問題解決過程和成分分工情況都可視化，能夠更加清晰地了解個人在項目中的貢獻、組內(nèi)討論情況、項目當(dāng)前完成情況和存在的問題，促進學(xué)生更好的分析問題，歸納整理組內(nèi)觀點制定問題解決方案，培養(yǎng)學(xué)生問題解決能力、決策能力和批判性思維能力。

3.2.2 學(xué)習(xí)社區(qū)功能

學(xué)習(xí)社區(qū)中包括“成果分享區(qū)”和“戰(zhàn)績分享區(qū)”。“成果分享區(qū)”用于各小組展示最終作品，其他組成員可以在該區(qū)域中對其他組作品進行點評；在“戰(zhàn)績分享區(qū)”中學(xué)習(xí)者可以將自己認為進步最大或戰(zhàn)績最好的截圖分享出來，分享自己的學(xué)習(xí)歷程。如圖2所示。

學(xué)習(xí)社區(qū)能夠讓學(xué)生更方便地展示小組的項目成果，發(fā)表自己的觀點。小組內(nèi)項目成果展示后，各組能夠發(fā)表自己的看法，評價作品提出意見。針對項目的評價能夠促進學(xué)生進行反思調(diào)整，培養(yǎng)學(xué)生批判性思維和創(chuàng)造性思維，在問答討論的過程中能夠讓學(xué)生了解對某一觀點不同的分析角度，分析辨別不同觀點的正誤或與自我價值觀的匹配程度，培養(yǎng)學(xué)生批判性思維能力和決策能力。

4 基于平臺的編程學(xué)習(xí)策略

4.1 游戲化學(xué)習(xí)策略

游戲化學(xué)習(xí)是指在非游戲環(huán)境中加入游戲元素[12]，可能沒有一個完整的游戲過程，只是在非游戲環(huán)境中加入積分、徽章以及排行榜等游戲元素，更注重的是學(xué)習(xí)內(nèi)容，通過游戲元素的加入提升學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣。與游戲化相關(guān)的概念還有基于游戲的學(xué)習(xí)，它是以游戲項目為主，學(xué)生在玩游戲的過程中學(xué)習(xí)知識，更加注重的是游戲過程。文章采用的是游戲化學(xué)習(xí)策略，在平臺中設(shè)計游戲闖關(guān)，并添加積分獎?wù)碌燃顧C制。

4.2 項目化學(xué)習(xí)策略

在教育領(lǐng)域中，項目一般是指圍繞學(xué)生所選主題所進行的一系列調(diào)查、觀察、研究、表達新學(xué)知識、展示及分享等學(xué)習(xí)活動[13]。項目式教學(xué)來自杜威的“做中學(xué)”實用主義教學(xué)理念以及建構(gòu)主義理論，它是通過項目的形式，將傳統(tǒng)學(xué)科體系中教學(xué)內(nèi)容進行重新整合，將要掌握的知識內(nèi)容劃分為若干個相對獨立的教學(xué)項目，每個教學(xué)項目都有一定的工作任務(wù)[14]。與傳統(tǒng)的“講授-接受-檢測反饋”教學(xué)模式相比，項目式學(xué)習(xí)更趨向于“完整的學(xué)習(xí)過程”[15]。

編程課程是一門實踐性很強的課程，需要在實踐中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，才能夠深刻認識問題[16]，所以在編程學(xué)習(xí)的過程中不能只依靠理論知識的學(xué)習(xí)來提升編程能力，而應(yīng)主張讓學(xué)生動手編程，通過實踐提升學(xué)生的編程能力。項目化教學(xué)能夠讓學(xué)生從一個完整的學(xué)習(xí)過程進行學(xué)習(xí)，以項目驅(qū)動的形式讓學(xué)生學(xué)會編寫程序。

5 編程學(xué)習(xí)流程設(shè)計

基于游戲化學(xué)習(xí)平臺的編程學(xué)習(xí)包括對于知識點的學(xué)習(xí)和綜合應(yīng)用兩部分，如圖3所示。首先是在游戲化策略下的知識點學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)過程中加入闖關(guān)、積分等游戲元素激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)編程的興趣，同時利用知識圖譜中記錄知識點掌握情況。除了知識點的學(xué)習(xí)，學(xué)生還需要完成小組項目化學(xué)習(xí)，學(xué)生以設(shè)計一個完整的網(wǎng)頁或修改已有網(wǎng)站為項目分為多個小組，通過交流討論、分工合作完成對知識點的綜合運用。

5.1 自主學(xué)習(xí)

學(xué)生在平臺中的自主學(xué)習(xí)包括視頻學(xué)習(xí)、個人闖關(guān)、知識圖譜構(gòu)建。學(xué)生首先自主學(xué)習(xí)教師上傳的視頻資料，根據(jù)視頻內(nèi)容繪制知識圖譜，形成個人知識體系，隨后完成個人闖關(guān)學(xué)習(xí)，在闖關(guān)過程中可根據(jù)自身學(xué)習(xí)程度選擇闖關(guān)難度。每次闖關(guān)出現(xiàn)的錯題將會計入錯題集中，另外系統(tǒng)會根據(jù)每次闖關(guān)情況以及每個關(guān)卡錯題程度統(tǒng)計學(xué)生對于該知識點的掌握程度，并在知識圖譜中做相應(yīng)標(biāo)記，學(xué)生可通過查看知識圖譜以及錯題集了解自身學(xué)習(xí)情況和錯題解析，從而進行針對性的學(xué)習(xí)。

教師在每次課前查看學(xué)生闖關(guān)情況，出現(xiàn)某一知識點未通過率較高時則表明該知識點較難，可在課堂中進行講解。而針對某一位同學(xué)某知識點未通過的情況，可進一步查看學(xué)生視頻學(xué)習(xí)情況和闖關(guān)錯題從而了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況，教師還可與學(xué)生進行在線交流，了解學(xué)生學(xué)習(xí)難點，針對不同學(xué)生學(xué)習(xí)情況為學(xué)生推送不同的學(xué)習(xí)資料以及學(xué)習(xí)視頻。

5.2 項目化教學(xué)

編程學(xué)習(xí)不應(yīng)該只停留在對知識點的學(xué)習(xí)，更重要的是讓學(xué)生學(xué)會應(yīng)用所學(xué)程序知識解決實際問題?！皞€人闖關(guān)學(xué)習(xí)”部分是對知識點分散的學(xué)習(xí)，在游戲化的個人闖關(guān)過程中激發(fā)了學(xué)生對Web編程學(xué)習(xí)的興趣，并且學(xué)生掌握了基礎(chǔ)的編程知識，所以需要通過項目式的學(xué)習(xí)來完成對于知識點的綜合應(yīng)用。

編程平臺支持下的項目化教學(xué)主要有八個步驟：

1） 項目選擇：該步驟需要教師根據(jù)課程內(nèi)容設(shè)置情境，通常設(shè)計真實的情境，學(xué)生自行組隊，選擇感興趣的項目，并對項目進行分析，提煉項目需要解決的問題，將項目選擇過程記錄在平臺中（包括選擇項目時出現(xiàn)的所有想法）。

例如課程中教師設(shè)計情境，希望學(xué)生設(shè)計出宣傳家鄉(xiāng)的網(wǎng)站，課程內(nèi)容重點關(guān)注學(xué)生對網(wǎng)頁設(shè)計前端語言（HTML） 的學(xué)習(xí)。因此學(xué)生在確定項目關(guān)注的是網(wǎng)頁版面的設(shè)計，可以參考網(wǎng)上各種資源，經(jīng)過討論確定網(wǎng)站的主要版式，將網(wǎng)站設(shè)計方案以及在討論過程中出現(xiàn)的獨特觀點提交到平臺中。

2） 制定計劃：完成項目選擇后，教師引導(dǎo)學(xué)生以小組的形式展開討論制定完整項目流程和時間人員安排，并在平臺上記錄最終確定的項目計劃和成員分工情況。

學(xué)生在確定網(wǎng)站主要版式后，需要制定網(wǎng)站制作的流程，每個部分需要多長時間，在何時能夠達到什么效果等，并將小組的大致進行分工安排。

3） 項目拆解：該步驟是根據(jù)學(xué)生制定的項目計劃將完整項目拆解為能夠在1～2課時完成的微項目，教師引導(dǎo)學(xué)生在平臺中設(shè)置項目進展內(nèi)容提交節(jié)點和在該節(jié)點應(yīng)該達到的項目效果，同時教師能夠定時查看學(xué)生提交項目節(jié)點和在該節(jié)點預(yù)期完成的內(nèi)容督促和引導(dǎo)學(xué)生實施項目。

學(xué)生可以根據(jù)網(wǎng)站結(jié)構(gòu)將整個網(wǎng)站制作分為多個微項目。例如首先需要將搭建網(wǎng)頁的框架結(jié)構(gòu)，需要學(xué)習(xí)HTML 語言搭建整體框架，這是第一個微項目，然后分別對每個塊進行設(shè)計和制作，又分為了其他的微項目，學(xué)生通過1～2課時完成這些微項目，最終能夠?qū)⑽㈨椖恐挟a(chǎn)出的作品整合完成整個項目。

4） 微項目解決：在該環(huán)節(jié)教師需要引導(dǎo)學(xué)生提煉出微項目中的任務(wù)，微項目中涉及的任務(wù)通常較為簡單，教師需要為學(xué)生提供學(xué)習(xí)支架或者學(xué)習(xí)資源，學(xué)生小組內(nèi)協(xié)作探究完成微項目中的任務(wù)。學(xué)生在微項目實施過程中能夠完成知識建構(gòu)，而教師能夠在學(xué)生計劃內(nèi)容中找到查看學(xué)生提交的微項目成果，提出意見和幫助。

例如第一個微項目搭建網(wǎng)頁框架，將空白的網(wǎng)頁分為多個板塊，在每個塊中需要插入行和列將塊進一步劃分，這需要學(xué)生先獲取HTML頁面結(jié)構(gòu)和塊元素的相應(yīng)知識搭建網(wǎng)頁整體框架，利用CSS設(shè)計頁面版式。教師可以根據(jù)學(xué)生微項目完成情況引導(dǎo)學(xué)生調(diào)整之后的項目內(nèi)容，確保能在學(xué)生掌握知識的情況下繼續(xù)項目實施。

5） 項目成果制作：在該環(huán)節(jié)，學(xué)生需要將微項目的成果或在這個過程中學(xué)到的知識整合，形成整體來完成最終的項目作品。學(xué)生也能利用平臺的“知識圖譜”功能將所學(xué)的知識進行整理，形成自己的知識系統(tǒng)。

在Web編程課程中微項目的實施是為了能夠更好地完成整個項目，因此在所有微項目開展結(jié)束后，學(xué)生可以將微項目中生成的每個板塊的內(nèi)容整合起來，形成一個完整的網(wǎng)頁，并且將學(xué)習(xí)的知識整合起來，形成自己的知識導(dǎo)圖。

6） 項目成果展示：項目展示過程學(xué)生需要在平臺的“學(xué)習(xí)社區(qū)功能”中將小組成品展示出來，小組之間交流討論、相互學(xué)習(xí)，在平臺中講解自己的作品，發(fā)表自己的觀點。

7） 活動評價：活動評價的主體通常是學(xué)生，教師在評價活動中起到引導(dǎo)作用，在前期可以為學(xué)生提供評價框架，教會學(xué)生如何評價，之后引導(dǎo)學(xué)生在平臺中發(fā)表評價語，同時學(xué)生需要根據(jù)評價意見對作品進行修改和完善。

6 結(jié)論

高階思維能力是當(dāng)前社會發(fā)展信息化時代下十分重要的能力，高等教育中的編程教學(xué)對于信息化時代眾多行業(yè)的人才培養(yǎng)都有重要意義，所以在高等教育中的編程教育采取有效的教學(xué)措施和技術(shù)是十分有必要的，并且編程教育不應(yīng)該停留在知識點的學(xué)習(xí)中，應(yīng)關(guān)注對實際問題的解決，從實際問題出發(fā)，回到知識點，讓學(xué)生學(xué)會運用所學(xué)知識解決實際問題。在編程課程中培養(yǎng)學(xué)生高階思維能力主要通過高水平的項目式教學(xué)方式。在文章中主要借助編程學(xué)習(xí)平臺開展編程學(xué)習(xí)，通過游戲闖關(guān)提升學(xué)生編程學(xué)習(xí)興趣，促進學(xué)生掌握核心知識；通過項目式教學(xué)讓學(xué)生學(xué)會運用所學(xué)知識解決現(xiàn)實世界中的復(fù)雜問題，培養(yǎng)學(xué)生高階思維能力。