極客戰(zhàn)記在高中程序設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用

極客戰(zhàn)記在高中程序設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用

吳苗裘國(guó)永摘要目前，在高中階段的編程教學(xué)中，最常使用的就是VB語(yǔ)言以及近來比較熱門的圖形化編程平臺(tái)，但是取得的教學(xué)效果并不理想。如何提高中學(xué)段編程教育的教學(xué)效果是急需解決的問題。極客戰(zhàn)記是一款游戲化的編程平臺(tái)，在這個(gè)平臺(tái)上，學(xué)生可以編寫代碼，構(gòu)思策略，在闖關(guān)的過程中通過試錯(cuò)和實(shí)驗(yàn)循序漸進(jìn)地掌握編程。筆者實(shí)習(xí)所在的陜西師范大學(xué)附屬中學(xué)在高一年級(jí)的信息技術(shù)教學(xué)中采用了這種編程平臺(tái)，筆者通過課堂聽課、課下與相關(guān)學(xué)生進(jìn)行交流詢問等方式，調(diào)查了極客戰(zhàn)記教學(xué)平臺(tái)在中學(xué)編程教學(xué)中的實(shí)際教學(xué)效果。研究發(fā)現(xiàn)，極客戰(zhàn)記以其游戲化教學(xué)平臺(tái)以及簡(jiǎn)單易學(xué)的Python編程語(yǔ)言受到學(xué)生的歡迎，采用極客戰(zhàn)記教學(xué)平臺(tái)，課堂的教學(xué)效果更好。結(jié)果表明，極客戰(zhàn)記編程平臺(tái)相比于傳統(tǒng)的編程教學(xué)方式有很大的優(yōu)勢(shì)，值得推廣。Key編程教學(xué)游戲化編程極客戰(zhàn)記：G424：ADOI：10.16400/ki.kjdkx.2019.03.067AbstractAtpresent，inthehighschoolprogrammingteaching，themostcommonlyusedisVBlanguageandrecentlypopulargraphicalprogrammingplatform，buttheteachingeffectisnotideal.Howtoimprovetheteachingeffectofmiddleschoolprogrammingeducationisanurgentproblemtobesolved.CodeCombatisagame-basedprogrammingplatform，onwhichstudentscanwritecode，conceivestrategies，andmasterprogrammingstepbystepthroughtrialanderrorandexperimentintheprocessofbreakingthroughthebarrier.ThisprogrammingplatformisusedintheinformationtechnologyteachingofthefirstgradeinthesecondaryschoolaffiliatedtoShaanxiNormalUniversity.TheauthorinvestigatestheactualteachingeffectoftheCodeCombatteachingplatforminthemiddleschoolprogrammingteachingbymeansofclassroomlistening，exchangingandinquiringwiththerelevantstudentsafterclass.TheresearchfindsthatCodeCombatispopularwithstudentsbecauseofitsgame-basedteachingplatformandeasy-to-learnPythonprogramminglanguage.TheclassroomteachingeffectisbetterwhenusingCodeCombatteachingplatform.TheresultsshowthattheprogrammingplatformofCodeCombathasgreatadvantagesoverthetraditionalprogrammingteachingmethod，anditisworthpopularizing.KeywordsProgrammingteaching；Gamificationprogramming；CodeCombat0引言牛津大學(xué)的經(jīng)濟(jì)學(xué)家2013年曾對(duì)現(xiàn)有的702種職業(yè)進(jìn)行量化評(píng)估并得出結(jié)論，未來20年有一半的工作將被機(jī)器所取代。[1]經(jīng)過幾年的發(fā)展，人工智能領(lǐng)域不斷出現(xiàn)突破性的技術(shù)，如語(yǔ)音識(shí)別、人臉識(shí)別、自然語(yǔ)言處理等，這些技術(shù)發(fā)展迅猛，極大地改變了人們的生產(chǎn)生活方式?，F(xiàn)實(shí)生活中，很多的工作都可以由機(jī)器人取代。如美國(guó)《華盛頓郵報(bào)》的寫作機(jī)器人Heliograf，可以作出含有分析、評(píng)論等語(yǔ)氣的報(bào)道。谷歌在2016年的I/O大會(huì)上推出了語(yǔ)音助手GoogleAssistant，可以和人進(jìn)行無障礙溝通，幫助人們進(jìn)行電話預(yù)約等工作，相當(dāng)于一個(gè)非常完美的私人秘書。另外還有微軟Bing搜索中國(guó)團(tuán)隊(duì)發(fā)布的一款智能聊天機(jī)器人微軟小冰，可以實(shí)現(xiàn)作詞作曲以及歌曲的演唱。這些人工智能工具的使用證實(shí)了牛津大學(xué)經(jīng)濟(jì)學(xué)家的結(jié)論，也標(biāo)志著人們正式跨入了人工智能時(shí)代！人工智能被公認(rèn)為引領(lǐng)未來發(fā)展的戰(zhàn)略性技術(shù)，是國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的新焦點(diǎn)。編程是人工智能產(chǎn)業(yè)的基底，[2]編程在人工智能時(shí)代的定位就相當(dāng)于機(jī)器在工業(yè)時(shí)代的定位。[3]因此，在中小學(xué)開展編程教育，為人工智能的發(fā)展培養(yǎng)人才已經(jīng)刻不容緩。全球已經(jīng)有超過24個(gè)國(guó)家將青少年編程教育納入K12課程大綱或教學(xué)場(chǎng)景。1我國(guó)高中階段的編程教學(xué)存在的問題我國(guó)的編程教育起步較晚。在高中階段的編程教學(xué)中，我國(guó)大多數(shù)的學(xué)校使用的是圖形化編程平臺(tái)和VisualBasic（VB）編程語(yǔ)言。VB語(yǔ)言編程重語(yǔ)法，課程內(nèi)容多為理論知識(shí)的講解。學(xué)生因缺乏計(jì)算機(jī)硬件相關(guān)的知識(shí)，對(duì)教學(xué)內(nèi)容理解起來非常困難，導(dǎo)致學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)的興趣。在上機(jī)操作時(shí)，很多學(xué)生也只是照貓畫虎地將教材上的程序照搬到電腦上，但實(shí)際上他們并不理解代碼的意義，編程課的教學(xué)效果很不理想。而圖形化編程如Scratch通過搭積木的方式編程，用圖形模塊代替代碼指令，用戶可以將代表不同的功能的圖形模塊拼接起來，完成簡(jiǎn)單的動(dòng)作，然后將一個(gè)個(gè)簡(jiǎn)單的動(dòng)作組合起來，構(gòu)建出一個(gè)程序。整個(gè)編程過程不涉及代碼的編寫，比較適合沒有編程經(jīng)驗(yàn)或者編程基礎(chǔ)薄弱的小學(xué)初中階段的學(xué)生，這能激發(fā)他們對(duì)編程的學(xué)習(xí)興趣，幫助他們了解和掌握程序的邏輯結(jié)構(gòu)。但是對(duì)于高中階段的學(xué)生來說，他們?cè)谛W(xué)初中階段已經(jīng)接受過這種教學(xué)，對(duì)程序的邏輯結(jié)構(gòu)已經(jīng)有了一定的了解，此時(shí)需要讓他們開始接觸真正的編程語(yǔ)言，學(xué)會(huì)用真正的編程語(yǔ)言代碼來編寫程序，以培養(yǎng)其良好的編程代碼書寫習(xí)慣，為大學(xué)更深層次的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。2極客戰(zhàn)記的概念極客戰(zhàn)記（CodeCombat）是一款游戲化編程教育產(chǎn)品。它將編程的教學(xué)過程轉(zhuǎn)化為一個(gè)個(gè)游戲關(guān)卡，通過在右側(cè)輸入程序代碼來控制左側(cè)角色的移動(dòng)和攻擊等動(dòng)作，當(dāng)輸入的代碼錯(cuò)誤時(shí)，會(huì)提示代碼輸入錯(cuò)誤，并展示具體的出錯(cuò)信息，學(xué)生可以根據(jù)提示及時(shí)解決錯(cuò)誤。在完成每個(gè)關(guān)卡后都會(huì)有內(nèi)容回顧，展示上一關(guān)卡所學(xué)到的內(nèi)容。而且隨著關(guān)卡升級(jí)，編程的難度會(huì)越來越高，在不知不覺中培養(yǎng)了學(xué)生的編程思維。2016年，極客戰(zhàn)記推出了教師版本，供學(xué)校教學(xué)使用。在教師界面，教師可以創(chuàng)建自己準(zhǔn)備教授編程語(yǔ)言的課程教室，學(xué)生在注冊(cè)了賬號(hào)之后，可以通過搜索教師開設(shè)的課程教室的班級(jí)碼進(jìn)入教室進(jìn)行學(xué)習(xí)。教師通過點(diǎn)擊某個(gè)課堂教室—查看課堂，可以查看具體每個(gè)教室的學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，點(diǎn)擊課程進(jìn)度，可以查看每個(gè)學(xué)生的關(guān)卡學(xué)習(xí)進(jìn)度，非常方便。2.1游戲化教學(xué)極客戰(zhàn)記編程平臺(tái)不同于VB語(yǔ)言編程，它使學(xué)生在玩游戲的過程中學(xué)習(xí)編程，這正好契合了當(dāng)今學(xué)生普遍愛玩游戲的心理。極客戰(zhàn)記編程平臺(tái)界面設(shè)計(jì)炫酷，能夠吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生在玩兒游戲這樣一個(gè)輕松愉快的過程中學(xué)會(huì)編程，同時(shí)也能緩解學(xué)生對(duì)于各種網(wǎng)絡(luò)游戲的癡迷。2.2編程語(yǔ)言的選擇極客戰(zhàn)記編程平臺(tái)支持多種編程語(yǔ)言，其中包含Python、Javascript等語(yǔ)言。傳統(tǒng)的C、VB語(yǔ)言由于過分強(qiáng)調(diào)語(yǔ)法，需要學(xué)生對(duì)地址、指針等計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相關(guān)的知識(shí)以及語(yǔ)言的開發(fā)環(huán)境等非常熟悉，這需要花費(fèi)大量的時(shí)間，且學(xué)生往往很難理解，所以教學(xué)效果不理想。Python語(yǔ)言的執(zhí)行是基于虛擬機(jī)機(jī)制的，并且它的虛擬機(jī)距離真實(shí)機(jī)器的距離更遠(yuǎn)，該特點(diǎn)使得學(xué)生無需具備太多的硬件知識(shí)。[4]Python語(yǔ)言編程支持圖形輸出，具有更少的代碼。在編程的過程中對(duì)于變量可以直接使用而無需定義，且代碼易讀易學(xué)，維護(hù)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)同樣的操作，使用Python編寫的程序代碼要遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于VB和C編寫的程序代碼。Python語(yǔ)言是目前最接近自然語(yǔ)言的通用編程語(yǔ)言，是一種輕語(yǔ)法、弱類型的腳本語(yǔ)言。[5]閱讀一段好的Python程序就像是閱讀英語(yǔ)，使得學(xué)生能夠?qū)Ｗ⒂谟?jì)算問題的求解過程，對(duì)程序設(shè)計(jì)有一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)，使他們更愿意更好地使用計(jì)算機(jī)解決問題，體現(xiàn)了計(jì)算機(jī)解決計(jì)算問題的計(jì)算思維理念。另外，不同于其他語(yǔ)言用大括號(hào)或是采用控制結(jié)構(gòu)配套的結(jié)束語(yǔ)句來確定程序代碼的起止范圍。Python語(yǔ)言編程使用程序語(yǔ)句的縮進(jìn)來確定代碼塊的起止范圍，類似于中文中的段落縮進(jìn)，結(jié)構(gòu)清晰，便于閱讀。在極客戰(zhàn)記中，當(dāng)輸入的代碼格式錯(cuò)誤時(shí)，系統(tǒng)會(huì)立即報(bào)錯(cuò)，提示修改，這樣能夠培養(yǎng)學(xué)生良好的程序代碼編寫習(xí)慣，為后續(xù)更加深入的學(xué)習(xí)奠定良好的基礎(chǔ)。3研究過程在本學(xué)期的前半部分，該學(xué)校高一年級(jí)學(xué)生在程序設(shè)計(jì)教學(xué)中所使用的是VB編程語(yǔ)言以及Scratch圖形化編程。在后半學(xué)期，學(xué)校引入了極客戰(zhàn)記游戲化教學(xué)平臺(tái)。在實(shí)習(xí)的過程中，筆者通過課堂聽課觀察、課下向?qū)W生了解學(xué)習(xí)效果來調(diào)查使用極客戰(zhàn)記教學(xué)平臺(tái)的教學(xué)效果。3.1研究對(duì)象筆者實(shí)習(xí)所在的陜西師范大學(xué)附屬中學(xué)高一年級(jí)的學(xué)生。3.2極客戰(zhàn)記在高中編程教學(xué)中的運(yùn)用在前期的教學(xué)中，老師已經(jīng)向?qū)W生介紹了極客戰(zhàn)記，指導(dǎo)學(xué)生完成了奪取寶石、逃出地牢等關(guān)卡，學(xué)生學(xué)會(huì)了編寫讓角色移動(dòng)以及攻擊敵人的指令。本節(jié)課主要來學(xué)習(xí)循環(huán)結(jié)構(gòu)。通過讓學(xué)生輸入Python代碼指令控制游戲角色的行動(dòng)的過程來讓學(xué)生理解什么是循環(huán)結(jié)構(gòu)以及循環(huán)結(jié)構(gòu)的重要性，學(xué)會(huì)使用Python語(yǔ)言來實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的循環(huán)結(jié)構(gòu)程序。首先向?qū)W生展示需要用到循環(huán)結(jié)構(gòu)的關(guān)卡，讓學(xué)生思考，互相討論，為了使角色達(dá)到目的地，應(yīng)該怎樣操作。提示學(xué)生觀察角色在到達(dá)目的地的過程中的行為，有些動(dòng)作是重復(fù)的，相應(yīng)的語(yǔ)句代碼也是重復(fù)的，引出循環(huán)結(jié)構(gòu)的使用。指導(dǎo)學(xué)生來使用whiletrue語(yǔ)句結(jié)構(gòu)，完成角色闖關(guān)。向?qū)W生講解循環(huán)結(jié)構(gòu)，使用循環(huán)結(jié)構(gòu)應(yīng)該注意的地方及其在程序設(shè)計(jì)中的巨大作用。3.3教學(xué)效果分析通過課堂觀察發(fā)現(xiàn)，在使用VB語(yǔ)言講解循環(huán)結(jié)構(gòu)時(shí)，需要定義變量，語(yǔ)句繁瑣，學(xué)生往往不能很好的理解，導(dǎo)致他們學(xué)習(xí)興趣不高，教學(xué)效果差。在使用極客戰(zhàn)記進(jìn)行教學(xué)時(shí)，游戲化的教學(xué)氛圍能夠充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。使用Python語(yǔ)言，無需太多的代碼語(yǔ)句，程序簡(jiǎn)單，且Python語(yǔ)句中使用很多的英文單詞，接近人們常用的自然語(yǔ)言，程序代碼容易理解和記憶。在編寫好相應(yīng)的程序之后開始運(yùn)行時(shí)，在屏幕左側(cè)會(huì)出現(xiàn)角色的動(dòng)作演示，能夠形象地告訴學(xué)生每一條代碼語(yǔ)句代表的意思，清晰明了，使學(xué)生意識(shí)到編程并沒有想象中的那么難，從而愿意主動(dòng)地來學(xué)習(xí)，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性高，課堂教學(xué)氣氛活躍，教學(xué)效果更好。圖形化編程平臺(tái)雖然也是一種游戲化的編程環(huán)境，但是整個(gè)過程只是圖形化模塊的移動(dòng)拼湊，不涉及代碼的編寫。而使用極客戰(zhàn)記時(shí)，學(xué)生需要按照語(yǔ)法規(guī)則編寫Python程序代碼，學(xué)生能夠接觸到真正的編程語(yǔ)言。并且在編寫代碼的過程中系統(tǒng)會(huì)有格式提醒，如果出錯(cuò)會(huì)立即提醒。這樣能夠幫助學(xué)生養(yǎng)成良好的代碼編寫習(xí)慣，為后續(xù)深入的學(xué)習(xí)奠定良好的基礎(chǔ)。通過課下與學(xué)生交流發(fā)現(xiàn)，比起圖形化編程和VB編程，學(xué)生們認(rèn)為極客戰(zhàn)記平臺(tái)編程更好理解更有趣，學(xué)習(xí)起來相對(duì)輕松，他們更加傾向于極客戰(zhàn)記教學(xué)平臺(tái)。4結(jié)束語(yǔ)本次研究通過課堂聽課觀察學(xué)生們?cè)谡n堂上的反應(yīng)、課堂教學(xué)的氣氛以及課下與學(xué)生們進(jìn)行溝通交流，調(diào)查了在中學(xué)編程教學(xué)中使用極客戰(zhàn)記教學(xué)平臺(tái)的教學(xué)效果。結(jié)果表明，極客戰(zhàn)記能夠提供游戲化的編程平臺(tái)，且支持簡(jiǎn)單易學(xué)的Python編程語(yǔ)言。使用極客戰(zhàn)記平臺(tái)進(jìn)行編程教學(xué)，降低了老師的教和學(xué)生的學(xué)的難度，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生養(yǎng)成良好的代碼編寫習(xí)慣，為日后的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。相比于VB編程和圖形化編程，極客戰(zhàn)記編程平臺(tái)更加適合高中階段學(xué)生的編程教學(xué)，值得推廣。本次研究的對(duì)象是高中階段的學(xué)生，研究結(jié)果只能說明極客戰(zhàn)記教學(xué)平臺(tái)適合高中階段的學(xué)生，但是是否適合小學(xué)、初中階段的學(xué)生還不能給出結(jié)論。在日后的研究中，應(yīng)當(dāng)擴(kuò)大研究對(duì)象的范圍，確定極客戰(zhàn)記教學(xué)平臺(tái)的適用范圍，提高我國(guó)編程教育的教學(xué)效果。Reference[1]向程冠，熊偉程.“做中教，做中學(xué)”在程序設(shè)計(jì)教學(xué)中的應(yīng)用[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2017（13）：75-76.[2]王楠.編程教育：跨入人工智能時(shí)代的階梯[N].人民政協(xié)報(bào)，2017-10-12.[3]歐星星.編程：通往另一個(gè)世界的大門[N].電腦報(bào)