基于Minecraft的Python编程活动设计

项目负责人：余悦雯

项目组成员：潘金晶 叶晨晨 姚佳佳

指导教师：李艳

摘要：随着新科技革命的推动，以及人才培养对学生发展的高要求，编程教育越来越受到人们的重视，计算思维也成为青少年的必备素养之一。青少年编程教育在不断发展，但依然存在教学形式单一、内容低龄化等问题，并缺乏有理论指导的教学设计。因此，本项目从编程教育的发展现状与问题出发，积极响应科技人才培养的号召，基于Minecraft游戏平台，创新设计Python语言的编程教学活动，为日后的编程教育提出改进意见，也为其他编程教育工作者提供借鉴，从而促进游戏在教育上的应用，推动编程教育的发展。

一 项目概述

（一）研究缘起

1.时代要求

2015年5月，习近平总书记在致国际教育信息化大会的贺信中提到，“信息技术的发展，推动教育变革和创新，构建网络化、数字化、个性化、终身化的教育体系，建设‘人人皆学、处处能学、时时可学’的学习型社会，培养大批创新人才，是人类共同面临的重大课题”。近年来，例如云计算、大数据、慕课等新型科技及新型学习方式在不断改变人们的生活，逐渐成为促进社会发展前进的中坚力量、推动教育发展的主要力量，更昭示着有无限可能的世界前景与未来。国家与政府充分意识到信息技术教育的重要性。2016年6月，教育部制定了《教育信息化“十三五”规划》，其中提到：要积极探索信息技术在新的教育模式中的应用，着力发展学生的信息素养、增强学生的创新意识和创新能力，促进学生的全面发展。由此可见，信息技术课程内容、教学方式的创新，以及如何运用好信息技术，让它更好地为教育服务，都是亟待探索的领域。科技创新人才已成为全世界争相抢夺的资源，为抓住信息时代发展的重大战略机遇，构筑我国信息技术教育发展的优势，2017年7月，国务院颁布的《新一代人工智能发展规划》明确指出，要实施全民智能教育项目，在中小学设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育，鼓励社会力量参与寓教于乐的编程教学软件、游戏的开发和推广。国家开始意识到编程教育以及教育游戏的重要性，这是实施智能教育项目、提升学生信息素养、培养创新人才的良好途径。

科学发展的竞争正是人才的竞争。信息化社会的大背景下，编程教育的发展和创新在科技人才的培养过程中是必不可少的环节。作为信息社会的“原住民”，高水平的信息素养和创新能力也应成为每一位青少年的必备能力。

2.能力要求

2016年9月，我国发布《中国学生发展核心素养》，指出学生应具备的能够适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力，可表述为文化基础、自主发展和社会参与三个方面，分为人文底蕴、科学精神、学会学习、健康生活、责任担当、实践创新六大素养。之后，在中小学课程设计中，核心素养便成为重要的参考依据，对每个学段的学生在各个科目学习之后应达到何种程度都有了一定的要求，这既可帮助教师提高专业素养，又可帮助学生更好地规划未来的发展方向。其中，信息技术学科的核心素养可界定为信息意识、计算思维、数字化实践力和信息社会责任，可以培养学生的创新实践、逻辑思维、探索研究等素养要点。

综上可以发现，要培养适应时代发展的新人才，则必须注重其创新、批判等思维能力的提高。针对基础教育阶段的学生，新内容、新形式的信息技术教育，尤其是编程教育，越来越受到重视与关注，其能有效帮助学生理性思考、勇于探究，勤于反思、总结经验，掌握科学的学习方法，拥有追求真理的科学态度。

3.现阶段编程教育存在的问题

在2007年美国麻省理工学院发布Scratch这款面向儿童的简易编程工具后，人们才意识到原来编程可以变得如此有趣。Scratch把枯燥的代码变成可爱的积木，把生硬的逻辑变成生动的游戏。2012年，Scratch在中国得到一定的普及，在信息技术教育领域掀起一股变革狂潮，其具有简洁明朗的界面、模块化的指令语言和拼图化的写作语法。即使学习者英语水平较低，也可以轻松制作出交互式动画或游戏，这在很大程度上改变了传统编程软件的环境，受到了广大学生以及相关教育者的一致好评。

然而，编程教育存在的问题也日益浮现。首先，Scratch软件在中小学编程课堂独领风骚，但其形式内容单一，久而久之，学生略显疲态，学习积极性不复从前。其次，Scratch积木搭建的动画风格固然有趣，但其面向的主要是偏低龄的学生，缺少面向中高段学生的学习方法和内容。编程教育作为信息技术教育和人工智能教育的重要基础单元，在培养学生学习兴趣的基础上，更应该关注语言语法，以语法和算法为导向，培养学生的逻辑能力，提高学生的计算思维。对学生而言，学习编程的意义重大，教育者应通过编程活动、创意计算实践来培养学生的创造性思维、系统性推理和协同创作的能力。

（二）研究过程

本项目通过文献分析法，调研、梳理编程教育、计算思维等的研究现状，发现问题和不足，并确定教学活动编程语言的选择、实施游戏平台，深入分析相关教学理论与教学案例，以游戏化学习为理论基础，设计基于Minecraft的Python编程活动，从编程学习兴趣和计算思维水平等角度来评价该编程教学活动的实施效果，做好总结、反思、改进工作，为后续的编程教育活动提供参考，本项目技术路线如图1所示。

图1 本项目技术路线

（三）主要内容

本次活动于某初中初一年级实施，该校非常注重对STEAM教学课程的建设，对编程类活动十分感兴趣，因此本次研究受到了校方的大力支持，为开展编程活动创造了良好环境。

活动安排在固定时间段，即2018年11～12月每周五下午的社团活动期间，共10个课时，共30名学生参加。学生与时间因素都较为稳定，可保证参与活动的每名学生都能系统地学习完整课程。

本次活动除了活动内容以外，实施过程还包括编程学习兴趣、计算思维水平、学生作品等评价环节。这些环节穿插在活动实施过程中，研究课时安排如图2所示。

图2 研究课时安排

本次编程活动框架如表1所示，共分为四个阶段。整个过程中，学生是主体，任务是主线，知识目标和技能的获得为暗线。第一阶段，创设学习情境，起到启发、联系的作用，可以结合生活中的一些现象或者体验经历，让学生更好地集中注意力，激发其学习兴趣，并且要求学生对上节课程的内容进行复习回顾，以便进行下一节课程。第二阶段，任务是整个教学活动的载体，须与教学内容、生活实际等相联系，针对学生学习到的知识技能进行加工，且需要具备一定的趣味性和挑战性。学生通过教师的知识讲解，学会主动思考，配合教师的引导，与教师互动、与同学分组讨论，明确学习任务，针对任务和目标提出解决办法。教师在该阶段也要做好引导工作，灵活掌握教学节奏和问答互动过程，帮助学生理解知识点和任务，引导学生提出问题及解决问题的方案。第三阶段，学生分为多个学习小组，重点在于小组之间的讨论交流以及互帮互助，一起讨论解决方案并改正其中的不足之处，让思维碰撞、智慧绽放，强化所学知识，完成学习任务。第四阶段，学生与教师、同学分享本节课的成果和收获，在他人中肯的评价中取得进一步的收获，并反思不足之处。

表1 基于Minecraft的Python编程活动框架

整个教学活动以“我是小小农场主”为主题，共10个课时的活动，如表2所示。学生将利用所学知识，分阶段地完善农场布局、优化农场功能等，最终完成对农场的设计。每个课时的内容既独立又连贯，同时覆盖Python语言的重点基础，节奏紧凑、内容有趣，可以充分激发学生的学习兴趣，提高学生的计算思维水平。

表2 基于Minecraft的Python编程活动大纲

表2 基于Minecraft的Python编程活动大纲-续表

二 研究成果

（一）编程学习兴趣

通过上海师范大学的高思鑫基于Arduino的创客项目学的代码学习兴趣量表，展现学生对编程学习兴趣的评价情况，从情感、认知、行为三个维度进行前后两次测量。使用配对样本T检验的方法对前后测数据进行分析后，发现该研究项目可显著提升学生对编程的学习兴趣。

（二）计算思维

通过Ozgen Korkma等人在2017年提出的量表，展现学生对计算思维的评价情况，考虑到初中学生的知识水平和理解能力，对该量表略进行调整，从创造力、算法思维、批判性思维、问题解决、合作思维五个维度进行前后两次测量。使用配对样本T检验的方法对前后测数据进行分析，发现该研究项目可显著提升学生的计算思维水平。

（三）学生作品

经过本次对10个课时的Python编程活动的学习之后，学生交出最后的成果作品，包括农场效果图及相应代码。参考浙江省大学生多媒体作品设计竞赛评价量规，评价的内容从游戏性、创新性、技术性、现实性、艺术性等方面进行考量。游戏性是指编程作品的有趣性、可玩性，创新性是指游戏设计的新颖程度，技术性是指游戏设计的难易程度，现实性是指编程游戏设计的创意是否与生活实际紧密联系，艺术性是指编程作品的美观性。优秀学生作品如图3所示。

图3 优秀学生作品

三 创新点

首先，这是游戏化学习与编程教育结合的一次崭新尝试，充分发挥Minecraft的游戏特色，挖掘游戏化学习的潜力，培养学生正确的游戏观，提高学生的学习兴趣与动力。该编程活动也可使编程这件事不再像大众认为的那样深奥难学，以更有趣、更生动也更易学的方式传播编程知识。其次，目前的青少年编程教育仍以图形化编程（如Scratch）为主，它有界面可爱有趣、图形化的表达更容易理解等优势。本项目在保留这些优势的前提下，引导学生学习高级命令语句的编程，这可有效提升学生各项能力，也可以为日后的编程学习和工作打下基础。最后，随着Python进入高考体系，现在的中小学信息技术课程也在积极探索新的改革，将Python学习有效地融入现有的课堂。本次教学活动设计难易适中，为中小学信息技术改革提供了新方向和新形式。后续教育者也可在本次教学活动的基础上设计进阶课程，因为其具有很好的延展性，且包含数学、英语、科学等学科内容，符合跨学科教学理念。

四 应用价值

在这个信息技术飞速发展变革的时代，创新型科技人才成为全世界争相抢夺的资源，编程教育也越来越被人们重视，计算思维成为应对未来挑战的必备素养之一。本项目将编程活动与游戏化学习结合，使学生的学习兴趣和计算思维水平有了一定的提高，让学生们感受到了编程学习和创作的乐趣。之后可以考虑将本项目与中小学信息技术课堂相结合，也可与跨学科教学融合。这进一步丰富了青少年阶段编程教育的形式和内容，促进了游戏在教育领域的发展和应用，可为其他教育工作者在编程教育的研究和对学生计算思维的培养上提供一定的借鉴和参考，为编程教育教学设计提供新思路。

教育与游戏有机结合，是教育前进和改革路上的必然趋势。虽然目前还存在形式内容单一、缺乏相应系列教材和专业教师、缺乏完善的评价标准，以及缺乏针对不同年龄段的教学实践等问题，但相信经过广大教育工作者积极不断的尝试和实践，在不久的将来，编程教育会得到足够的重视和发展，游戏会在教育领域大放异彩。

参考文献

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