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(jì)游戲化、教學(xué)評(píng)價(jià)游戲化、教學(xué)組織游戲化、大單元設(shè)計(jì)游戲化等多個(gè)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(jī)制應(yīng)用到非游戲的領(lǐng)域，以提高參與者參與的興趣、動(dòng)機(jī)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(duì)課程內(nèi)容、組織形式、教學(xué)評(píng)價(jià)等進(jìn)行游戲化包裝能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，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(lè)化傾向與需要，是建構(gòu)沉浸式課堂的有效“工具”，但國(guó)內(nèi)對(duì)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(jìn)行程序設(shè)計(jì)，讓晦澀難懂的語(yǔ)法不再成為小學(xué)生學(xué)習(xí)編程知識(shí)的攔路虎。而通過(guò)編程內(nèi)容游戲化、教學(xué)設(shè)計(jì)游戲化、教學(xué)評(píng)價(jià)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(biāo)與內(nèi)容游戲化：讓學(xué)生變身游戲設(shè)計(jì)者圖形化編程積木塊式的搭建過(guò)程本身就具有游戲?qū)傩?，如果在編程?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(dòng)機(jī)及認(rèn)知需求。例如，在講授《江南詩(shī)詞大會(huì)——游戲化編程》（如圖1）一課的內(nèi)容時(shí)，筆者將江蘇衛(wèi)視的詩(shī)詞大會(huì)遷移到課堂，先讓學(xué)生試玩初級(jí)版游戲，然后基于玩家立場(chǎng)講述體驗(yàn)及修正意見（如何增加不確定性是問(wèn)題的焦點(diǎn)），接著讓學(xué)生小組協(xié)作研究添加隨機(jī)函數(shù)模塊，以實(shí)現(xiàn)詩(shī)句的隨機(jī)出現(xiàn)及字詞的隨機(jī)填空，拓展環(huán)節(jié)有學(xué)生使用鏈表功能動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)玩家答題過(guò)程、正確答案及賦分詳細(xì)信息……其間，學(xué)生不斷在玩家及游戲設(shè)計(jì)師之間來(lái)回轉(zhuǎn)換，在游戲試玩時(shí)不時(shí)出現(xiàn)的BUG有利于培養(yǎng)學(xué)生的元認(rèn)知，而升級(jí)到游戲設(shè)計(jì)師的編程經(jīng)歷讓學(xué)生獲取了更多的高階思維體驗(yàn)。教學(xué)設(shè)計(jì)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(jì)是對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行游戲化包裝，嵌入游戲特有的機(jī)制、激勵(lì)、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(rèn)知需求及動(dòng)機(jī)，從而使學(xué)生在游戲的過(guò)程中潛移默化地內(nèi)化新知識(shí)、建構(gòu)新技能、獲取新體驗(yàn)、生成新智慧?；谟螒蚧季S的編程教學(xué)可以通過(guò)趣味性的教學(xué)設(shè)計(jì)與學(xué)生角色互動(dòng)，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(yàn)），同時(shí)，植入相關(guān)的學(xué)習(xí)，提升學(xué)生的元認(rèn)知水平?！缎撵`驛站》是與心理健康學(xué)科知識(shí)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(guò)作者簡(jiǎn)介、師生評(píng)價(jià)隨機(jī)選擇了“負(fù)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(shí)質(zhì)上是進(jìn)行算法模擬，教師運(yùn)用動(dòng)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(yǔ)言再現(xiàn)動(dòng)畫場(chǎng)景；第三關(guān)是用鏈表存儲(chǔ)相關(guān)負(fù)面情緒；第四關(guān)是根據(jù)關(guān)鍵詞進(jìn)行適當(dāng)?shù)摹鞍参俊奔芭沤狻W(xué)生闖關(guān)成功后才可領(lǐng)取進(jìn)階任務(wù)及打開學(xué)習(xí)錦囊的密碼。在通往新目標(biāo)的過(guò)程中，學(xué)生需要過(guò)五關(guān)斬六將，晉級(jí)中不斷增加的徽章可以有效激發(fā)進(jìn)取心和挑戰(zhàn)精神，最終獲得成功的感受。《算法的效率》一課旨在通過(guò)生活中的實(shí)例，了解算法的特征和效率，能根據(jù)程序表征進(jìn)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(guò)順序查找及二分法查找進(jìn)行游戲競(jìng)技比賽。從多次的競(jìng)技結(jié)果可知，由于無(wú)法通過(guò)目測(cè)計(jì)算機(jī)運(yùn)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(jìng)技游戲的一部分，讓學(xué)生加入等待模塊以人為降低運(yùn)行速率的辦法進(jìn)行觀察（如圖2），或者加入變量CS在不影響運(yùn)行速率的基礎(chǔ)上自動(dòng)計(jì)算查找次數(shù)（如圖3）。經(jīng)過(guò)游戲化的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生真切地體驗(yàn)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(guò)進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)，答案顯然是否定的。教學(xué)評(píng)價(jià)及激勵(lì)游戲化：學(xué)生改變站位深度參與將學(xué)生分成若干個(gè)小組，讓他們?cè)谟螒蚧谋荣愔谢ハ喔?jìng)爭(zhēng)，能促使學(xué)生更主動(dòng)地學(xué)習(xí)。例如，在學(xué)習(xí)編程的過(guò)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(jìng)爭(zhēng)，學(xué)生會(huì)因?yàn)闋?zhēng)奪勝利而變得更加積極主動(dòng)。為了讓比賽的“運(yùn)氣”參數(shù)看起來(lái)更有決定意義，還可以利用Excel中的“方方格子”進(jìn)行隨機(jī)分組配對(duì)。及時(shí)的反饋系統(tǒng)讓學(xué)生在更短的周期內(nèi)從試錯(cuò)走向成功，而疊加了游戲思維設(shè)計(jì)的教學(xué)評(píng)價(jià)則讓學(xué)生在積分、徽章的不斷爭(zhēng)奪中實(shí)現(xiàn)自我成長(zhǎng)。例如，在評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)環(huán)節(jié)可以讓學(xué)生參與“找茬”游戲，看誰(shuí)能輸入讓程序“崩潰”的參數(shù)（一般采用遞歸方式通過(guò)枚舉法找尋目標(biāo)答案，而當(dāng)沒(méi)有整數(shù)解時(shí)程序?qū)⑾萑霟o(wú)限循環(huán)……），即通過(guò)游戲化的評(píng)價(jià)找到程序的BUG，最終進(jìn)入添加無(wú)解算法模塊的拓展環(huán)節(jié)。這種表面上的“找茬”，實(shí)質(zhì)上也是一種質(zhì)疑、一種評(píng)價(jià)，同時(shí)也是培養(yǎng)學(xué)生元認(rèn)知及批判性思維的良好契機(jī)。大單元設(shè)計(jì)游戲化：思維培養(yǎng)在故事的演繹中潛移默化新課標(biāo)、新教材背景下的“新時(shí)代教學(xué)變革”中的很重要的一點(diǎn)就是素養(yǎng)本位的大單元教學(xué)。蘇教版六年級(jí)的智能駕駛單元為了滲透教學(xué)的游戲化設(shè)計(jì)理念，讓學(xué)生體驗(yàn)自我操控學(xué)習(xí)，提升了學(xué)習(xí)過(guò)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(jì)了多個(gè)基于超聲波傳感器的智能駕駛的微項(xiàng)目，并將項(xiàng)目進(jìn)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(diǎn)智能導(dǎo)游等六個(gè)智能駕駛場(chǎng)景。以回字形智能駕駛微場(chǎng)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(shí)別路口，當(dāng)以超聲波傳感器決定是否轉(zhuǎn)彎的共識(shí)達(dá)成后，嘗試?yán)脠D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(guò)搭建設(shè)計(jì)、運(yùn)行驗(yàn)證、質(zhì)疑演進(jìn)的循環(huán)，并進(jìn)行算法速度的PK游戲，讓學(xué)生用秒表測(cè)試駛出回字型迷宮的時(shí)間，讓機(jī)載LED燈實(shí)時(shí)展示當(dāng)前影響左右轉(zhuǎn)的變量值……在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生不但是機(jī)器人智能駕駛方案的掌控者，也是課堂實(shí)施項(xiàng)目的設(shè)計(jì)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(shí)踐創(chuàng)新展望首先，GPT技術(shù)的突破式進(jìn)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(dāng)上述“找茬”游戲進(jìn)入死胡同時(shí)，教師可以適時(shí)引入大語(yǔ)言模型這個(gè)“虛擬教師”，讓它發(fā)表觀點(diǎn)，打破尷尬局面。其次，可以利用AI軟件對(duì)學(xué)生的圖形化編程作品進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，通過(guò)分析作品中的源代碼來(lái)評(píng)估學(xué)生對(duì)計(jì)算思維能力的掌握程度；根據(jù)計(jì)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(gè)維度進(jìn)行評(píng)價(jià)，最終給出基礎(chǔ)、中等或熟練的認(rèn)定。這種來(lái)自AI