基于游戲化思維的小學(xué)信息科技沉浸式課堂建構(gòu)研究

摘要：本文分析了游戲化思維的研究現(xiàn)狀，從圖形化編程的課程內(nèi)容游戲化、教學(xué)設(shè)計游戲化、教學(xué)評價游戲化、教學(xué)組織游戲化、大單元設(shè)計游戲化等多個維度闡述小學(xué)信息科技沉浸式課堂的諸多建構(gòu)樣態(tài)，并結(jié)合最新GPT技術(shù)展望了新AI技術(shù)背景下游戲化沉浸式課堂的建構(gòu)模式，為信息科技核心素養(yǎng)的培育提供了新的思路。關(guān)鍵詞：游戲化思維；圖形化編程；沉浸式課堂游戲化思維是指將游戲的元素、原理和機制應(yīng)用到非游戲的領(lǐng)域，以提高參與者參與的興趣、動機和效果。游戲化思維在教育領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用和研究，對課程內(nèi)容、組織形式、教學(xué)評價等進行游戲化包裝能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機，玩中學(xué)的模式也更能使學(xué)生沉浸其中。游戲化迎合了人類固有的娛樂化傾向與需要，是建構(gòu)沉浸式課堂的有效“工具”，但國內(nèi)對基于游戲化思維的教學(xué)研究尚處于起步階段。目前，小學(xué)信息科技課堂中普遍使用圖形化編程工具開展編程教學(xué)，它采用積木塊拖拽的方式進行程序設(shè)計，讓晦澀難懂的語法不再成為小學(xué)生學(xué)習(xí)編程知識的攔路虎。而通過編程內(nèi)容游戲化、教學(xué)設(shè)計游戲化、教學(xué)評價游戲化、教學(xué)組織游戲化，能給編程教學(xué)添加“游戲化思維”，有助于培養(yǎng)學(xué)生的編程思維。編程目標與內(nèi)容游戲化：讓學(xué)生變身游戲設(shè)計者圖形化編程積木塊式的搭建過程本身就具有游戲?qū)傩裕绻诰幊虄?nèi)容中添加游戲元素，則可以促使沉浸效應(yīng)的快速生成，從而有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機及認知需求。例如，在講授《江南詩詞大會——游戲化編程》（如圖1）一課的內(nèi)容時，筆者將江蘇衛(wèi)視的詩詞大會遷移到課堂，先讓學(xué)生試玩初級版游戲，然后基于玩家立場講述體驗及修正意見（如何增加不確定性是問題的焦點），接著讓學(xué)生小組協(xié)作研究添加隨機函數(shù)模塊，以實現(xiàn)詩句的隨機出現(xiàn)及字詞的隨機填空，拓展環(huán)節(jié)有學(xué)生使用鏈表功能動態(tài)存儲玩家答題過程、正確答案及賦分詳細信息……其間，學(xué)生不斷在玩家及游戲設(shè)計師之間來回轉(zhuǎn)換，在游戲試玩時不時出現(xiàn)的BUG有利于培養(yǎng)學(xué)生的元認知，而升級到游戲設(shè)計師的編程經(jīng)歷讓學(xué)生獲取了更多的高階思維體驗。教學(xué)設(shè)計與組織游戲化：多維度打造沉浸式課堂基于游戲化思維的教學(xué)設(shè)計是對教學(xué)內(nèi)容進行游戲化包裝，嵌入游戲特有的機制、激勵、反饋等元素，以增加學(xué)生的學(xué)習(xí)黏性及沉浸感，充分激發(fā)其內(nèi)在認知需求及動機，從而使學(xué)生在游戲的過程中潛移默化地內(nèi)化新知識、建構(gòu)新技能、獲取新體驗、生成新智慧?；谟螒蚧季S的編程教學(xué)可以通過趣味性的教學(xué)設(shè)計與學(xué)生角色互動，讓學(xué)生自發(fā)自愿地沉浸其中（引發(fā)學(xué)生的心流體驗），同時，植入相關(guān)的學(xué)習(xí)，提升學(xué)生的元認知水平?！缎撵`驛站》是與心理健康學(xué)科知識整合的一節(jié)課，課前教師布置了相關(guān)紙工制作，引入環(huán)節(jié)通過作者簡介、師生評價隨機選擇了“負面情緒消滅垃圾箱”游戲。游戲比賽的第一關(guān)是繪制思路導(dǎo)圖，實質(zhì)上是進行算法模擬，教師運用動畫將學(xué)生的思維算法直觀呈現(xiàn)；第二關(guān)是用圖形化編程語言再現(xiàn)動畫場景；第三關(guān)是用鏈表存儲相關(guān)負面情緒；第四關(guān)是根據(jù)關(guān)鍵詞進行適當?shù)摹鞍参俊奔芭沤?。學(xué)生闖關(guān)成功后才可領(lǐng)取進階任務(wù)及打開學(xué)習(xí)錦囊的密碼。在通往新目標的過程中，學(xué)生需要過五關(guān)斬六將，晉級中不斷增加的徽章可以有效激發(fā)進取心和挑戰(zhàn)精神，最終獲得成功的感受?！端惴ǖ男省芬徽n旨在通過生活中的實例，了解算法的特征和效率，能根據(jù)程序表征進行算法效率的逆向分解。教師從生活中的猜球游戲引入課題，隨后讓學(xué)生分A、B組通過順序查找及二分法查找進行游戲競技比賽。從多次的競技結(jié)果可知，由于無法通過目測計算機運行速度區(qū)分兩種算法的優(yōu)劣，于是教師將此研究小課題作為競技游戲的一部分，讓學(xué)生加入等待模塊以人為降低運行速率的辦法進行觀察（如圖2），或者加入變量CS在不影響運行速率的基礎(chǔ)上自動計算查找次數(shù)（如圖3）。經(jīng)過游戲化的實驗，學(xué)生真切地體驗到算法思維的神奇與巧妙。游戲的拓展部分則讓學(xué)生比賽找二分法的BUG，回答鏈表中按序排列的所有數(shù)字的查找是否都是二分法最快，經(jīng)過進一步的實驗，答案顯然是否定的。教學(xué)評價及激勵游戲化：學(xué)生改變站位深度參與將學(xué)生分成若干個小組，讓他們在游戲化的比賽中互相競爭，能促使學(xué)生更主動地學(xué)習(xí)。例如，在學(xué)習(xí)編程的過程中，可以設(shè)置編程比賽或挑戰(zhàn)任務(wù)，讓不同小組之間展開競爭，學(xué)生會因為爭奪勝利而變得更加積極主動。為了讓比賽的“運氣”參數(shù)看起來更有決定意義，還可以利用Excel中的“方方格子”進行隨機分組配對。及時的反饋系統(tǒng)讓學(xué)生在更短的周期內(nèi)從試錯走向成功，而疊加了游戲思維設(shè)計的教學(xué)評價則讓學(xué)生在積分、徽章的不斷爭奪中實現(xiàn)自我成長。例如，在評價方式上可以采用游戲化色彩更濃的做法，在“雞兔同籠”編程的評價環(huán)節(jié)可以讓學(xué)生參與“找茬”游戲，看誰能輸入讓程序“崩潰”的參數(shù)（一般采用遞歸方式通過枚舉法找尋目標答案，而當沒有整數(shù)解時程序?qū)⑾萑霟o限循環(huán)……），即通過游戲化的評價找到程序的BUG，最終進入添加無解算法模塊的拓展環(huán)節(jié)。這種表面上的“找茬”，實質(zhì)上也是一種質(zhì)疑、一種評價，同時也是培養(yǎng)學(xué)生元認知及批判性思維的良好契機。大單元設(shè)計游戲化：思維培養(yǎng)在故事的演繹中潛移默化新課標、新教材背景下的“新時代教學(xué)變革”中的很重要的一點就是素養(yǎng)本位的大單元教學(xué)。蘇教版六年級的智能駕駛單元為了滲透教學(xué)的游戲化設(shè)計理念，讓學(xué)生體驗自我操控學(xué)習(xí)，提升了學(xué)習(xí)過程的沉浸感。因此，筆者在學(xué)生學(xué)習(xí)了傳感器的原理之后，設(shè)計了多個基于超聲波傳感器的智能駕駛的微項目，并將項目進行排序，重構(gòu)成為智能駕駛大單元，其中有Z字、回字型迷宮，九曲橋，景點智能導(dǎo)游等六個智能駕駛場景。以回字形智能駕駛微場景為例，學(xué)生需要連續(xù)右轉(zhuǎn)三次后左轉(zhuǎn)出迷宮，用變量識別路口，當以超聲波傳感器決定是否轉(zhuǎn)彎的共識達成后，嘗試利用圖像化編程搭建自己的智能駕駛“思維積木小屋”，其間要經(jīng)過搭建設(shè)計、運行驗證、質(zhì)疑演進的循環(huán)，并進行算法速度的PK游戲，讓學(xué)生用秒表測試駛出回字型迷宮的時間，讓機載LED燈實時展示當前影響左右轉(zhuǎn)的變量值……在這個過程中，學(xué)生不但是機器人智能駕駛方案的掌控者，也是課堂實施項目的設(shè)計者，潛移默化中培養(yǎng)了高階思維。AI賦能游戲化：GPT助力編程實踐創(chuàng)新展望首先，GPT技術(shù)的突破式進階可以為基于游戲化思維的圖形化編程沉浸式課堂添加更多色彩。例如，當上述“找茬”游戲進入死胡同時，教師可以適時引入大語言模型這個“虛擬教師”，讓它發(fā)表觀點，打破尷尬局面。其次，可以利用AI軟件對學(xué)生的圖形化編程作品進行分析評價，通過分析作品中的源代碼來評估學(xué)生對計算思維能力的掌握程度；根據(jù)計算思維能力的“流量控制、數(shù)據(jù)表示、抽象化、用戶交互性、同步、排比、邏輯”7個維度進行評價，最終給出基礎(chǔ)、中等或熟練的認定。這種來自AI