用Alice講故事之《迷惑的袋鼠》

陳潔++鐘柏昌

隨著中小學信息技術教育的發(fā)展，近幾年程序設計和機器人教學已成為義務教育階段的選修內容。2013版的江蘇省新編信息技術教材中，Scratch程序設計教學進入了小學的基礎模塊，說明在小學階段進行程序教學已越來越受重視。然而，在小學進行程序設計教學，在實踐中還存在一些較為普遍的問題。一方面，如教學目標不明確，教學模式單調，學生信心不足等；另一方面，更注重編程技能的習得，忽略了思維的培養(yǎng)。此外，學生同伴間缺乏交流互動，教師也很難顧全每位學生的個別需求，使學生差異越來越大。

為此，我們開發(fā)了《用Alice講故事》校本課程，以比Scratch更簡單易用和形象直觀的3D編程語言Alice為編程環(huán)境，采用講故事教學法，充分激發(fā)學生的學習興趣和成就感；并采用Karen Brennan和Mitchel Resnick的計算思維三維框架[1]引領課程目標和內容的設計，培養(yǎng)學生的思維能力；以結對編程作為主要教學策略，培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作能力。

Alice是由CMU已故著名教師蘭迪·波許主持開發(fā)的一種創(chuàng)新性教學工具。它采用類似Scratch的編程方式，以搭建積木的方式編制程序，故不會出現(xiàn)語法錯誤；雖然可能會出現(xiàn)邏輯錯誤，但不會影響程序的執(zhí)行。Alice采用3D編程環(huán)境，實現(xiàn)了程序編寫的可視化和形象化，不僅可以幫助學生理解面向對象編程的概念，還可幫助學生了解程序的執(zhí)行，同時減少可能出現(xiàn)的邏輯錯誤。作為一種全新的面向對象的程序設計軟件，Alice深受學生歡迎。研究結果[2]顯示，Alice有如下優(yōu)點：第一，有助于學生對程序設計概念的理解；第二，能降低學生學習程序設計的挫折感，提高學習程序設計的信心；第三，能提升學生學習程序設計的意愿，增強學習程序設計的樂趣；第四，Alice具有趣味性與易用性。

《用Alice講故事》校本課程簡介

《迷惑的袋鼠》是自編教材《用Alice講故事》第三模塊《故事升級篇》中的第二課。Alice校本教材以編寫代碼設計動畫故事為主線，每個主題都滲透了多個維度的計算思維。該教材一共設置了四個模塊：認識篇、故事篇、故事升級篇、事件篇（見表1）；每個模塊都包含“模仿—半創(chuàng)作—創(chuàng)作”的教學形式，讓學生在模仿中學習，在學習中創(chuàng)作，提高學生的創(chuàng)新意識。

教學設計思路

1. 學生分析

本課的教學對象是小學六年級學生。他們前期學過Logo、Scratch程序設計，且有一學期的Alice學習經(jīng)驗，對動畫制作方法、流程圖都比較了解，上手非?？?。在前面Alice的學習中，學生已掌握了順序、并行、循環(huán)、條件等語句的使用嵌套，以及定義方法和內置參數(shù)的使用。本課主要是根據(jù)故事情節(jié)選擇適合的控制語句來編寫代碼，優(yōu)化代碼，從中培養(yǎng)學生的計算思維。

2. 教學目標

知識與技能：了解順序、并行、循環(huán)以及條件等控制語句的使用方法；知道使用內置參數(shù)和定義方法來簡化代碼，使對象動作更合理、更真實。

過程與方法：通過觀察案例分析動作，理清動作流程；根據(jù)流程圖編寫代碼；根據(jù)創(chuàng)意設計稿編寫代碼完成動畫。

情感、態(tài)度與價值觀：通過動畫設計培養(yǎng)學生興趣及計算思維；通過模擬故事情境，培養(yǎng)學生關注生活、創(chuàng)造生活的熱情；通過結對編程，培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作能力。

行為與創(chuàng)新：聯(lián)系實際，發(fā)揮想象力、創(chuàng)造力設計動畫；通過設計動畫，培養(yǎng)學生解決在生活中或學習上遇到的問題的能力。

3. 任務設計

根據(jù)前面教材和學生分析以及教學目標，筆者以故事劇情為主線，為本課設計了由易到難、循序漸進的三種類型的任務（見表2）。其中，封閉任務較為簡單，解決任務的方法基本是單一的，涉及的計算思維主要是計算概念中的順序與并行。半封閉任務難度有所增加，且解決方法不唯一，涉及計算思維的計算概念和計算實踐維度。教師可以適當提醒學生采用更簡便的方法來完成任務，達到算法最優(yōu)化。開放任務即創(chuàng)意任務，是指目標開放、方法多樣的任務，指在原有半成品和已有故事情節(jié)的基礎上續(xù)寫劇情，編寫代碼。它涉及計算思維的計算概念、計算實踐和計算觀念三個維度。

教學過程

由于本課設計的任務比較多，且有創(chuàng)意任務，考慮到學生的書面表達能力和時間因素，所以設置了兩個課時的教學計劃。

1. 故事講述 導入新課

第一課時筆者用故事導入，邊播放動畫邊講述故事：一只饑餓的袋鼠出去找吃的，但不知道樹林里還是瀑布邊有吃的，這時它發(fā)現(xiàn)了一個路標。袋鼠很迷惑，想去樹林又想去瀑布，于是去看路標上是否有提示……如圖1。

圖1 袋鼠跳到路標前

設計意圖：有研究表明[3]，利用Alice編程環(huán)境，使用講故事模式創(chuàng)建計算機動畫電影，能有效激發(fā)中學生對學習計算機編程的興趣。本課，以袋鼠找食物為故事主線，激發(fā)學生的上課熱情，提高課堂效率。

2. 案例分析 分解動作

為了讓學生更快、更有效地模仿出案例，引導學生分小組討論分析：該作品案例中對象的動作有哪些？對應的實現(xiàn)方法是什么？教師以流程圖的方式出示，如圖2。

圖2 動作分析簡要流程圖

設計意圖：通過分析案例，理清動作順序，師生共同列出流程圖，并找出相應的方法和代碼，便于學生進行代碼的編寫。這也是“口語——動作關鍵詞——代碼”的轉化過程，這種轉化的思維與習慣有利于學生把想法更好地表達出來，將思維可視化。

3. 多重任務 結對編程

為使學生間能力互補，并且提高課堂效率，筆者采用了結對編程教學策略。一人作為“駕駛員”操作電腦，編寫代碼；一人作為“觀察員”，負責監(jiān)視“駕駛員”的工作情況，發(fā)現(xiàn)并糾正其操作性和策略性錯誤。當出現(xiàn)“駕駛員”難以解決的問題，而恰好是“觀察員”熟悉的內容時，角色交換。通過結對編程來完成四個不同類型的任務，并在每次任務完成后填寫《結對編程過程記錄表》，詳細記錄自己擔任的角色和花費的時間，以及組員出席情況、配合情況和任務完成情況。

教師先提出封閉任務一：袋鼠迷惑，四處觀望。由于實現(xiàn)方法已在上一環(huán)節(jié)通過流程圖展示，學生完成速度快且準確率高。學生通過結對編程來編寫代碼、展示作品，修改代碼后填寫《結對編程過程記錄表》。

根據(jù)案例動作分析，出示半封閉任務二：袋鼠跳到路標前。這一任務有多種解決方式，且代碼結構復雜，有語句嵌套。教師引導學生回憶之前兔子跳動的過程，讓學生小組討論，一起總結出袋鼠跳動的流程圖（如圖3）。學生在結對編程完成任務時，教師適當引導使用定義方法來簡化代碼。完成代碼編寫后，測試與調試代碼，學生可能會出現(xiàn)以下問題：定義好的方法播放不顯示動作；袋鼠跳動的速度太慢；袋鼠越跳方向越偏，沒朝向路標。師生共同尋找解決方法。修改代碼后填寫《結對編程過程記錄表》。

圖3 任務二部分流程圖

完成這兩個任務后，教師繼續(xù)引導學生講述劇情，創(chuàng)設新的情境：袋鼠到達路標后，判斷路標和袋鼠的高度，如果路標高，袋鼠則往上跳，與路標齊平看上面的提示。以此出示半封閉任務三：判斷路標高度，跳起看路標上的提示。

教師先讓學生思考：如何判斷路標和袋鼠的高度呢？使用什么控制語句能完成效果？流程圖怎樣編寫？總結出采用條件執(zhí)行語句結構，即If/Else語句來實現(xiàn)并出示流程圖（如圖4）。同前面的任務一樣，學生采用結對編程教學策略完成代碼的編寫，教師適當引導學生可使用內置參數(shù)來優(yōu)化代碼。調試測試代碼后填寫《結對編程過程記錄表》。

圖4 任務三部分流程圖

第二課時是一個開放任務，讓學生發(fā)揮創(chuàng)造力和想象力續(xù)寫劇情，綜合運用所學的知識來完成任務。教師出示創(chuàng)意任務四：顯示路標提示，到達目的地吃東西。學生先小組討論設計劇情：當袋鼠跳上去，看見路標上寫著……討論得出方案后，完成創(chuàng)意設計稿的填寫，簡略設計稿如下。

我的故事情節(jié)：

我的流程圖：

根據(jù)小組續(xù)寫的劇情及流程圖，結對編程完成作品代碼的編寫，以達到劇情效果。若有技術上的困難，可尋求同學或教師的幫助。教師提醒：請參照《結對編程學習手冊》中的結對準則，注意作為“駕駛員”和“觀察員”的時間，每個角色所花費的時間不能超過總任務時間的75%。創(chuàng)意任務的測試和調試代碼在原有組員調試的基礎上添加組間調試，相鄰小組測試后提出修改意見。小組再次修改后填寫《結對編程過程記錄表》。

設計意圖：這一環(huán)節(jié)主要采用了結對編程教學策略。多項研究表明：結對編程技術具有互相監(jiān)督、互相協(xié)商、互相鼓勵、互相復查、互相糾錯、互相學習、互相信任等激勵效應。為了讓學生更好地結對編程，筆者在課前發(fā)放了《結對編程手冊》，包括結對準則、結對小組名單、結對編程過程記錄表。每次結對編程后，學生都要把角色分配情況、出席情況、配合情況和任務完成情況等記錄下來，便于教師觀察、監(jiān)督和評價。為了讓學生更好地設計情節(jié)，講述故事，筆者在創(chuàng)意任務的過程中加入了創(chuàng)意設計稿的填寫。要求學生把創(chuàng)意劇情寫下來，并進行動作分析形成流程圖，把創(chuàng)作過程的思維可視化，形成學習支架以支持程序腳本的編寫。

4. 作品展示 評價總結

測試完成后，展示學生作品，師生共同評價，評選出班級最有創(chuàng)意的作品進行展示。

設計意圖：評價不僅能激勵學生，給學生帶來成就感，也能培養(yǎng)學生的審美能力和鑒賞能力。同時，在評價的過程中，學生可以取長補短。

教學反思

本課以“講故事、設計動畫”為主線，在完成不同類型任務的過程中培養(yǎng)學生的計算思維。每個任務都要求學生分析故事情節(jié)，并通過流程圖來分析對象動作，使學生形成“想法—口語—動作關鍵詞—代碼”的轉換習慣，把思維可視化。同時采用結對編程教學策略來完成代碼的編寫，在這個過程中教師引導學生測試和調試代碼，使用定義方法和內置參數(shù)來優(yōu)化代碼，達到算法的最優(yōu)化。在完成創(chuàng)意任務時，先讓學生完成創(chuàng)意設計稿，續(xù)寫劇情，并把劇情流程圖寫出來，讓學生養(yǎng)成先規(guī)劃設計后創(chuàng)作的習慣，形成學習支架，培養(yǎng)學生創(chuàng)意與表達、抽象與建模思維。

在整個教學過程中，學生基本能完成各個任務，能自己發(fā)現(xiàn)問題并分析和解決問題。其中，任務一、任務二完成率較高；在任務二中，在教師的引導下，學生基本都使用了定義方法來優(yōu)化代碼；在任務三中，能正確使用內置參數(shù)來完成任務的學生占總人數(shù)的2/3，沒有使用內置參數(shù)的學生，經(jīng)課后訪談了解，主要原因是時間不夠；在任務四中，學生的想象力和創(chuàng)造力得到了很好的發(fā)揮，大部分作品都采用并行、順序、循環(huán)等為主體結構，也有很多學生使用了定義方法來簡化代碼。

本課的不足之處：因為整個動畫的情節(jié)和任務是前后關聯(lián)的，在前面任務沒完成的情況下，將無法完成后續(xù)任務，導致部分進度慢的小組越來越慢，跟不上教學節(jié)奏，拖累了全班的教學進度。創(chuàng)意設計稿在課上完成，占用很多操作實踐的時間，使作品的創(chuàng)作受到一定限制，不能很好地全部呈現(xiàn)出來。

注：本文系教育部人文社會科學研究青年基金項目“義務教育STEM校本課程的開發(fā)與應用研究”（項目編號：13YJC880121）階段成果。

參考文獻

K.Brennan and M.Resnick.New frameworks for studying and assessing the development of computational thinking[C].In AERA 2012，2012：1-25.

Bishop-Clark，C.，Courte，J.，& Howard， E. V. Programming in pairs with Alice to improve confidence， enjoyment， and achievement.Journal of Educational Computing Research，2006，34（2）：213-228.

Caitlin Kellehen and Randy Pausch.Using storytelling to motivate programming.Communications of the ACM，2007，50（7）：59-64.

[美]Laurie Williams，RobertKessler著，楊濤，楊曉云譯.結對編程技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

（作者單位：江蘇常熟市碧溪中心小學 南京師范大學教育科學學院）