基于设计型学习的初中编程课程研究

王峥

摘 要：人工智能時代的到来，社会发展对创新型变成人才的需求不断增长，教育部在新时期教育信息化和网络安全工作指导中，提出要在中学、小学阶段开设相关课程，推进编程教育。现阶段我国初中编程教育仍处于探索阶段，设计型学习是一种新的学习模式，具有设计性、整合性等特点，在培养出众学生兴趣、提升创新能力等方面有积极作用。本文主要探讨了初中编程课程中设计型学习的应用，并就应用效果进行了简要概述。

关键词：设计型学习；初中编程；课程研究

【中图分类号】G633            【文献标识码】A             【文章编号】1005-8877（2023）01-0148-04

教学改革的不断推进，教师如何教学和学生如何学习的问题，一直是被研究和关注的重点。传统的被动式学习方式无法适应新时期学生素养提升的要求，设计型学习是适应互联网＋的信息化时代背景，将设计和学习有效结合的学习方式，多年的应用和研究中在提升教学质量，提高学生信息素养和创新能力，促进产教研结合等方面具有优势。初中编程课程教学主要是培养学生对编程学习的兴趣，了解程序设计的一般性规律，提升学生信息识别能力和计算思维，培养学生的核心素养和实践操作能力，促进初中生的全面发展。因此，要重视对设计型学习的研究，将其合理应用到初中编程课程教学中。

1.设计型学习与编程教育课程概述

（1）设计型学习

设计型学习也称基于设计的学习，在研究和发展初期，主要是通过多次循环的设计，再将所学知识运用于实践，近年来设计型教学是多样性的自主探究式学习的重要模式，学生的教学活动中以设计的方式参与，并将所学的知识应用到实际生活中，最终提升解决实际问题的能力。现阶段对设计型学习的研究，主要从以下两个方面展开。

一是以项目为依托的探究式学习方式。主要是将设计型学习看作是在项目探究的过程，也就是在真实的环境中，结合课程教学目标和内容，给学生设计特定的任务，学生在完成项目的同时获得技能和知识。从这个层面来讲，“设计”可以看作学习的工具，通过设计创造一定的背景，将知识和相关技能融入其中，以项目为目标，以探究为主要手段，引导学生借助已掌握的知识进行整合设计，完成设计制品，而制品的产生并不是最终的结果，最终是让学生在此过程中掌握技能和知识。

二是将设计型学习看作一种新的教育模式，可理解为学生在课程和项目学习中获得的设计能力，学生通过合作和探究，完成设计任务，从而提升自身的创造能力。这里的设计型学习主要是结合具体的学习目标，结合不同环境背景，借助学科知识设计方案解决问题，在此模式下，学生通过不断摸索，激发自身获取新知识的欲望，同时在解决具体问题时获得不同的能力。

（2）编程教育

初中编程教育主要是落实新课程教育理念，结合时代发展对青年学生信息素养的要求，引导学生进一步了解编程与信息技术，提升初中生的计算机思维，培养创新和创造能力。初中生编程教育的目的，并非让学生可以即刻学会代码和程序，其关键在于通过相关学科知识的学习，领悟编程思想，从思维方面转变认识，根据初中生的学习特点，采用实践性、探究性等多种教学方式，突出编程及信息教育在技术应用能力中的价值和作用。

2.设计型学习在初中编程课程中的教学应用

（1）设计型学习的原则

一是遵循设计性原则。这一原则需要贯穿整个初中编程课程教学，学生在各个教学环节中，都要遵循设计性原则，发挥教师的引导和组织作用，并尊重学生的能动性，根据自己的理解和思路，完成设计与构建，通过多次迭代和优化，得到最终设计产品。二是问题导向原则。编程课程与计算机信息技术等密不可分，初中编程课程教学内容，多是与生活相关在智能软件、电子元器件等的使用，对学生来讲，单一的编程内容讲解相对枯燥，且内容抽象性较强，学生理解难度较大，设计型学习要求从学生的生活实际出发，构建设计模型，提出具体问题，并寻找解决问题的方法，在此过程中引发学生思考，提升探究的兴趣。三是主体性原则。设计型学习作为新型的学习方式，强调以学生为本，充分尊重学生的主体作用，引导学生根据自己对知识的理解动手实践，从而培养学生的自主学习意识，学生可自主选择、实践、创新，采用独立探究与合作学习结合的形式，从设计方案的构思、设计作品交流反思等，在教师的引导下开展分工合作，加深对编程的进一步理解。四是遵循合作学习的原则。初中编程教学中，可以采取小组合作的设计型学习模式，以小组合作的形式完成设计、分享、评价等环节，根据不同任务明确分工，加深学生对知识的理解。在具体的编程课程教学中，教师要立足学生的基本学情，充分体现学生的学习主体地位，让学生有更多的学习自主权，让编程课堂成为学生自主学习探究的课堂，让学生通过有效的探索实践，切实提升课程学习成效。对此，教师可以借助信息技术支持，优化课堂设计，在课程设计中，尽可能增加互动环节，让编程课堂中的教学互动增多，活跃课堂氛围，激发学生的编程学习兴趣。例如，在初中编程课堂中，借助信息技术支持，为学生呈现几分钟的微课视频，让学生看到如何在短时间内，完成一个知识点的讲授，要求学生在课余时间，以自己对编程课程的把握和理解，录制一段教学微视频，为微课教学提供资源。这样的编程课程教学模式中，学生能够更好地把握信息化操作技巧，锻炼学生的信息化素养，且他们通过自己录制相关教学视频，对编程知识点的掌握也会更加深刻，他们需要解决教学设计中的一些问题，这对锻炼学生的课堂组织能力也有重要作用，也充分体现了学生在编程课程学习中的主体地位。

（2）编程课程设计型学习应用与实践

选择初中编程课程教学内容，将知识点讲解和教师的示范操作有效结合，培养学生的设计型思维，提升解决问题的能力，因此，可以以实际问题为依托，开展设计型学习。

第一，明晰设计问题。

以编程设计型学习活动中以超声波为主题的教学为例，结合初中生思维活跃，好奇心较浓厚，自主探究意识较强等特点，愿意对有现实意义的问题进行探索，同时喜欢设计性和实践性较强的学习方式，经过了小学阶段的学习和知识积累，对系统、模块及作品拼装等有一定的了解，可以选择初中生生活中相对熟悉的问题，例如，可以设计普通拐杖智能避障功能的问题，提升初中生对电子模块作品的兴趣。先要明确问题设计的目的，主要是引导学生理解超声波模块的工作方式，采用小组合作、项目设计等方式，加深对互联网和信息技术的了解，在拼装数字的基础上，设计智能拐杖设计图纸，在此过程中培养学生探究和实践能力。

首先要引导学生分析问题。教师给学生讲解具体的生活案例，引导学生明确老人出行不便，普通拐杖无法明确提醒道路状况的问题，从而提出设计具有检测障碍功能的拐杖的思路。与此同时，引导学生明确设计的标准和规则。根据评价规则，明确设计作品的可行性、实用性和科学性等要求。编程教师根据超声波编程内容，对智能拐杖的样式、功能及使用方法进行讲解和说明。最后，根据具体问题，在了解设计目标和标准的基础上，教师与学生开展讨论，针对不清楚的问题进行提问，教师进行详细的讲解。例如，学习“初识智能交互式硬件编程”编程课程中，设计主题引导学生探究软件与硬件结合的编程，学生体验到软件与硬件交互的乐趣。课上，通过完成让风扇转起来的任务，激发学生的学习欲望，学生通过学习几种传感器的作用，能够结合生活实际进行创意编程。通过引导学生思考把人工智能技术运用到生活中，学生想到通过人工智能技术为环境保护，智能交通，盲人生活等方面进行发明创造，在信息技术课上恰当融入学生品格教育中，切实促进学生的学习和探究积极性，让他们能够在教师的设计中提出问题、探究问题和解决问题，在这一过程中，实现编程知识的学习和掌握，切实提升课程学习效能。

第二，制定完善的设计方案。

根据学生的兴趣爱好，综合水平等进行分组，确保各族整体水平相对平衡，并选择探究能力强、协调能力相对较好的学生作为小组负责人，在完成小组分工后，组织各小组制作设计图，就智能拐杖的特点、外形、功能，设计难点等加以确定，在后续的设计中，可以根据这些内容进行设计。在小组制定设计方案后，可以就本小组所设计的智能拐杖的特点、功能等进行分析，讨论实现设计的可能性和需要解决的难点问题。如智能测距仪的搭建、安装位置的选择等，需要经过多次分析和讨论，确保设计方案更加科学合理。例如，在“猜数小游戏——if语句”的教学中，教师要提前做好教学设计工作，用富有亲和力的语言，与学生通过“猜数”实现跨越时空在线交流，将编程教育与轻松愉快的游戏体验融于一体，培养孩子编程兴趣。同时辅助网络教学微课资源，复习巩固已学课程，适当进行新课学习，拓展特色课程资源，充分用好线上互动答疑，线上练习实时反馈，培养学生的自主学习能力。在这一过程中，教师要做好充分的教学准备、教案设计、课件制作等，对授课情况等进行认真的讨论和评审，尤其注重教师的基本教学素养，包括教学观念与知识功底、教学组织实施能力，特别是教学语言、教学板书、教学仪态、教学示范和实验操作等方面，通过优化设计，让编程教学充满趣味，激发学生的学习热情，让他们积极主动地融入探索实践，在实践中把握编程的相关知识和技能。

（3）设计方案的实施

首先，学习编程内容。初中生在设计智能拐杖的过程中，会面临多种多样的问题，包括超声波距离感应器等问题，因此，教师需要搜集信息数据等相关资料，准备编程、微课等资源，组织学生可以根据小组设计中遇到的问题有针对性地学习，教师所选用的教学资源，需要包含超声波测距仪的搭建、程序编程等内容，同时小组讨论过程中，教师需要在侧进行及时的了解和现场指导。其次是编程搭建。初中学生在完成编程内容学习后，需要做好设备的搭建工作，各小组可以采取分工合作的形式協助开展实验，当操作遇到问题时可以反复观看微视频操作步骤，遇到难题及时向教师进行求助。再次是程序检测。小组在搭建实验完成后，还需要对超声波测距仪等不断调试，监测设备是否可以正常运行，并对设备的牢固程度、便捷性等进行测试，例如，可以监测与书本进行距离测试，测距完成后，将所显示的数据进行比对分析，确保设计作品的准确性。初中生在设计作品的过程中会遇到一些知识性问题，通过合作探讨和资料查阅的形式，引导学生自主学习，掌握重难点内容，不断迭代优化设计作品，实现知识迁移与实际应用。最后是修改和完善。对实施过程中所遇到的问题进行多次的修改，并在合作反思的基础上，思考设计中问题产生的原因，从而进一步巩固完善，获取新知识的同时不断完善设计作品。

（4）反思总结

首先，各小组对自己所设计的作品进行展示和讲解，包括设计目的、具体的功能特点，方法等进行介绍，在此基础上，教师对所设计的智能拐杖进行评价，及时总结小组设计和讨论中的问题，针对一些重难点再次进行强调，加深学生的印象，并将设计原理进行延伸，引导学生联想到未来智能汽车、机器人等。同时，学生可以根据教师的评价进行反思和修改。

在具体的课程实践中，需要对这些流程进行多次循环，最终找到适合初中生编程课程学习的方式。教师在编程的设计型教学中，要确保课程设计有效性，切实提升课程设计教学效果，必须尊重学生，体现学生的学习主体地位，不断以学生的兴趣爱好为出发点和依据，在设计中注重激发学生的探索欲望和学习积极性，合理设计问题情境，引导学生一步步深入开展问题探究和学习，提升课程学习成效。此外，教师也要切实提升自身的课程设计和优化技能，不断把握课程设计要点，把握学生学情，为他们设计多样化的编程课程教学方案，满足不同学生对编程学习的需要，体现对每个学生个体的关注，让学生都能通过课程学习，提升自身的编程知识理解和应用能力，推动初中编程课程教学质量再上一个台阶。

3.应用效果评价

根据初中生编程课程成绩，实验活动记录及信息反馈，并分析学生所设计的作品的质量等，分析设计型学习在初中编程课程应用中的效果。

（1）初中生编程学习的积极性提高

在具体的课程教学中，主要是以具体的项目和情境为导向，针对实际生活中的一些问题，教师提出问题，引导学生利用自身掌握的编程知识解决实际问题，这种从学生实际生活角度出发，有助于加强学生与外界世界的联系，引导学生学会观察和理解世界，并在利用程序设计语言解决实际问题中获得自身的价值，培养初中生计算机思维的同时，也能激发学生的兴趣。通过课堂学习记录现实，所有学生都能积极参与编程课程的讨论和学习，在小组合作探究中能明确分工，很多初中生表示自己更愿意接受设计型学习方式，虽然涉及过程比较复杂，需要查阅相关资料，但在此过程中能体会到作品创作的乐趣，同时可以根据自己所掌握的知识、兴趣爱好等设计作品，而在设计过程中，会涉及到科学、数学等相关知识，并与学生的生活实际相关，学生本身兴趣较大，加上设计型学习是以学生为主体，将抽象的编程问题进行分解和方案设计，降低了编程课程的难度，学生更愿意接受。

（2）有助于提升学生的设计和计算机思维

通过课程实践得知，设计型学习的应用具有一定的综合性，在初中编程课程的应用，其中除了计算机知识，还涉及其他多个学科的内容，是多学科课程基础的拓展，通过小组成员合作设计和交流、评价等，在此过程中能培养学生的合作意识，沟通交流能力，也能推进教学活动的顺利进行。同时，在设计和编程过程中，能培养初中生的创造力和动手能力，其中会涉及算法设计和基础程序语言等，为后续学生高阶编程学习奠定良好的基础。设计型学习有迭代性特点，不断反复设计、制作和评价等环节，学生对最终的作品提出建议，在此过程中增加学生发现问题的机会。此外，在实际应用过程中，学生为了设计优秀的作品，除了课堂所学的编程知识，还需要自身搜集并整理相关资料，获取有价值的信息，在此过程中提升学生独立思考的能力，也有助于引导学生更加客观地思考问题，提升自身的纠错能力和计算机思维能力。

（3）设计型学习可以适应不同水平的学生

设计型学习对教师的教学和学生的学习都提出了较高的要求，具体应用后，基础好的学生和基础相对薄弱的学生，在课程学习中都表现出浓厚的兴趣，各自都取得了一定程度的进步，不同学生群体的成绩差距也在逐渐缩小。这主要是设计型学习改变了以往单一枯燥的编程学习方式，将初中生难以理解的抽象知识加以具象化，通过具体的项目和实际案例，引导学生参与作品的设计，在此过程中加深对知识的理解，除此之外，学生还要参与搜集和整理信息，分析运用信息等，得到了更多锻炼和实践的机会，也营造出活跃的课堂氛围，不论是基础较好的学生还是相对较差的学生，都能融入讨论和设计中，在合作式探究中分工合作，逐渐提升综合能力。这一过程中，编程学习能力相对薄弱的学生能够在团队合作学习和领带中获得成长，各方面能力也能得到有效锻炼。这样的课程设计在一定程度上也体现了因材施教，能够提升不同学习水平和层次学生的学习信心，让他们对后续的学习更充满期待。

4.结语

综上所述，设计型学习是一種新的教学方式，将其应用到初中编程课程教学中能培养学生的编程兴趣，有效提升学生的沟通交流、合作探究等综合能力，具有一定的推广和应用价值。

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