面向编程课堂的设计型学习模式研究与实践

徐琪琪

摘  要 设计型学习以设计为核心，重在培养学生的创造力和反思批判精神。将设计型学习的基本理念运用在编程课堂上，分析设计型学习的内涵与基本模型，面向编程课堂提出以“问题—设计—反思”为核心、以评价为具体调控手段的设计型学习模式，用具体实例来进行论证，形成一套系统完善的学习模式。

关键词 编程;数字化学习;创新能力;设计型学习;教学模式

中图分类号：G652    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2019）06-0063-03

Research on Design-based Learning Mode for Programming Classroom//XU Qiqi

Abstract The design-based learning takes design as the core， focus on cultivating students ？creativity and reflective critical spirit， the article applies the basic idea of design learning to the programming class， first analyzes the connotation and basic model of design lear-ning， and then puts forward the 損roblem-design-reflection？as the core of the programming class， 揺valuation？for the specific control means of the design-based learning model， finally with concrete examples to demonstrate， formed a system of perfect learning mode.

Key words programming; digital learning; innovation ability; design-

based learning; teaching model

1 引言

在“互聯网+”时代，提升学生的编程能力和数字化学习与创新能力受到前所未有的关注。2014年，英国将编程课程列入每所学校的必修课中。2017年，芬兰、葡萄牙、澳大利亚等国家也陆续推行全国编程教育。2017年7月，我国颁布《新一代人工智能发展规划》通知，要求在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育[1]。儿童编程教育已经如火如荼，在此背景下，探索面向编程课堂的教学模式，以期提高学生的编程能力，成为教育领域关注的重点。

目前，我国各地已在逐步推广编程教育，但是在推广的同时，由于教师在讲授过程中容易忽视编程的实际应用而只关注具体的语法实例讲解，因此在编程课堂上容易导致学生出现学习兴趣不浓厚、畏难情绪严重，教师教授困难等问题。设计型学习具有以问题为核心，在迭代学习过程中逐渐锻炼学生的逻辑思维和计算思维能力的特点，并且能够在项目式学习过程中发展学生的创造力和个性化学习能力，因此，本文面向编程课堂，构建基于设计型学习的教学模式。

2 编程课堂中设计型学习模式的构建

设计型学习内涵  设计型学习（Design-based Lear-ning）是一种将项目设计与知识学习紧密结合的学习方式[2]。

美国的克罗德纳曾提出：“将我们所学的知识运用到实践中或通过语言表达出来之前，需要经过多次的循环设计才能实现。”[3]这一观点被认为是设计型学习的概念雏形。目前，设计型学习正在受到越来越多的重视，许多研究者从不同的角度对设计型学习的内涵进行了解释，主要包括以下两点。

1）设计型学习是以设计为中心的迭代性学习过程。设计型学习的重点在“设计”上，它的最大特点是迭代性学习，学生在学习过程中不断地发现问题并解决问题，在这一过程中形成自身的认知和学习。有研究者归纳出设计型学习的过程一般包括：“挑战性任务——教师给学生提出挑战任务发散学生思维;整合型思维——学生将各科知识进行整合，回忆利用已学知识设计能反映主题的制品;迭代性设计——再通过新学的知识，重新加以修改和设计。”[4]

2）设计型学习是一种基于项目的探究性学习方式。设计型学习运用的主要方式是项目式学习法或基于问题的学习，是在完成项目的过程中学习相关的知识与技能。项目式探究学习是一种以真实性问题为基础的学习方式，这就容易激发学生学习的主动性和积极性，发挥学生的创造力。但是设计型学习的偏重点有所不同，它更注重的是学生发现错误、改正错误，从而形成正确的认知结构的过程。

设计型学习实践模型  目前，国外关于设计型学习的模型研究有很多，最典型的是美国的尼尔森基提出的设计型学习的“逆向思维”学习模型和克罗德纳的“双循环探究模型”[5-6]，这两者的模型各有特点。

1）“逆向思维”学习模型是偏重于从已有的课程内容或结构中找到问题，然后不断地去探索，配合教师对于新知识的讲授，学生的认知在这个过程中加以构建。

2）“双循环探究模型”强调的是设计与迭代，它主要由两部分构成：一部分是由理解挑战、规划设计、展示分享、建构测试和分析解释组成的设计/再设计循环模式;另一部分是由建立假设、澄清疑问、展示分享、分析结果、产品调查和设计调研组成的调查研究循环模型。

可以看出，这两个模型共同强调的都是“发现问题—设计构建”的一个循环过程，并且更加强调学生自己的动手实践。本文主要结合这两种模型的共同特点并且适应于我国编程教学的特点来设计面向编程课堂的模型。

编程课堂中设计型学习模式的构建  设计型学习是一个循环迭代的过程，本文基于设计型学习的实践模型，结合我国编程教育的特点，设计出图1所示模型。在该模型中以“问题—设计—反思”为核心来进行循环，运用“评价”来进行整体的调控，具体内容包括七大部分。

1）课堂导入。在教学过程中应当设置课堂导入情境，导入方式与教学内容相契合，富有启发性的导入语言对于激发学生的学习兴趣有一定的帮助。

2）确定问题。学生的学习挑战往往是从一个问题或者主题出发，所以说它可以是教师基于这节课所学知识所提出的问题，也可以是来源于生活中的问题，这样的问题使得学习能够从生活中来，最终到生活中去。教师可以和学生共同制定评估标准，列出程序编写的具体要求;或者教师展示要实现一定效果的程序，让学生按照这个要求来评价自己的程序是否符合标准。

3）查阅资料。学生在确定了问题之后开始分析问题，理解这项挑战是什么，怎样解决问题，也就是说针对面临的挑战分析出自己需要的知识内容，用到的程序模块有哪些，教师可以提供参考资料和内容讲解，这也是一个知识学习的过程。

4）设计程序。学生在理解要搭建的程序后，开始探究如何实现。学生可能会对编程的新内容进行探究，也可能用到以前学过的程序模块，这就体现了解法的多样性，并且能够充分发挥学生的主观能动性和个体创造性。

5）展示分享。这个过程需要学生个人或以小组的形式对自己的程序进行展示分享，并且展示程序能达到的效果，以及编写程序的思路和想法。在这个过程中，教师就可以知道学生的学习状况，或者学生可以了解自己的程序的问题，进行相互之间的学习。

6）总结反思。总结反思的过程主要以教师为中心进行开展，教师对于学生编写的程序提出指导意见和建议，对于知识点薄弱的地方进行讲解，鼓励学生进一步完善自己的程序。

7）评价。评价的过程贯穿于整个流程，也就是将形成性评价和总结性评价运用在模型中，评价对象可以是教师，也可以是学生，包括教师对于学生的评价和学生的自评、互评。在评价之后，学生可以重新确定问题，制定标准，经过调查研究，进行迭代性的再设计。

3 设计型学习模式在编程课堂中的应用

笔者在設计型学习模型的基础上提出以“‘问题、设计、反思为主线，以评价为主要监控手段”的教学活动模型。为检验模型的有效性，笔者在北京市某中学开展“Arduino图形化编程”教学实践。该课程每周两学时，共五周（总共10学时），主要包括Arduino-Mixly模块的学习与Mixly

的综合实践教学内容;选课学生为六年级的学生（共15人），他们已经学过“Scratch基础编程”课程，对于Mixly编程中所用到的模块有一个基本了解;上课场地为多媒体网络教学实验室，每位学生配备一台计算机。

组建小组团队  一个学习团队的人数以3～5人比较合适，由于本次课程的学生人数较少，因此，每个团队三人，共分为五组。在组建设计团队时，教师根据学生的兴趣、知识水平、性别等因素进行分组，使各个团队的整体水平相对平衡，确保每个团队有一名认真负责、积极主动、协调能力好的学生作为负责人[7]。

具体环节设计  本文以“Mixly—遥控小车的编程与制作”为例，说明教师与学生的学习活动，如表1所示。

4 结语

本文基于设计型学习的原有模式，以数字化学习与创新能力的培养为导向，构建出一个面向编程课堂的设计型学习模式并将其运用到课堂上。由于设计的作品更尊重原创，并且提倡学生的主观能动性，辅以教师的良好调控，本次编程课堂取得良好的教学效果。笔者希望在这次实践中得到验证的模型能够得到进一步的完善、推广和应用。■

参考文献

[1]国务院最新发文：普及中小学阶段人工智能、编程教育[J].苏州教育信息化，2017（5）：1-2.

[2]Ellefson M R， Brinker R A， Vernacchio V J，et al. Design-based Learning for Biology[J].Biochemistry and Molecular Biology Education，2008，36（4）：292-298.

[3]Kolodner J L. Learning by DesignTM： Iterations of design challenges for better learning of science skills[J].Cognitive Studies，2002（9）：338-350.

[4]王佑镁，李璐.设计型学习：一种正在兴起的学习范式[J].中国电化教育，2009（10）：12-16.

[5]Cal Poly Pomona， Design-Based Learning[EB/OL].http：//www.csupomona.edu/～dnelson.

[6]Kolodner J L. Facilitating the Learning of Design

Practices： Lessons Learned from an Inquiry into Science Education[J].Journal of Industrial Teacher Education，2002，39（3）：9-40.

[7]汤益芳.设计型学习应用于高校计算机公共课的探索[J].中国信息技术教育，2015（17）：115-118.