“编程猫”在中学信息技术教学中的应用研究-以《分支程序》课为例

“编程猫”在中学信息技术教学中的应用研究——以《分支程序》课为例目录TOC\o"1-3"\h\u102791绪论 3224741.1研究背景 3312441.2研究意义 475382“编程猫”在中学信息技术教学中的教学现状 5316572.1国外研究现状 548582.2国内研究现状 6219143“编程猫”在中学信息技术教学中的优势 6227084“编程猫”教学设计原则 81424.1注重学科融合，趣话学习任务 8153154.2教学任务目标要具有层次性 8129054.3教学评价方式应该多元化 86125“编程猫”教学设计案例 8123975.1明确《分支程序》课程的课程目标 8247875.2准备教学资源 989105.2.1微课视频的准备 969815.2.2“编程猫”所用素材的准备 937995.2.3学习任务的设计 952935.3教学设计 9151625.4教学评价 12210765.4.1诊断性评价 1251105.4.2“编程猫”作品评价量表 1212006教学实施情况 13292657研究总结与展望 142033参考文献 144534致谢 15摘要：随着信息技术的飞速发展，编程教育逐渐成为中学信息技术教学的重要组成部分。编程猫作为一款适合中学生的编程教学平台，其趣味性和互动性深受学生喜爱。本文以《分支程序》课程为例，探讨了编程猫在中学信息技术教学中的应用，分析了其教学效果及存在的问题，并提出了相应的改进建议。关键词:编程猫；中学信息技术；教学研究1绪论1.1研究背景信息社会的飞速发展要求青少年必须具备新的能力当前，我们正在经历第四次工业革命的智能化时代。2015年，国务院总理李克强签署了《中国制造2025》，这标志着中国制造业迈入了一个全新阶段，强调以创新驱动和智能制造为核心，推动制造业向价值链高端发展，提升国家整体竞争力[1]。在当今社会，培养人才是至关重要的一环，将青少年打造成懂得编程的人才，是适应时代潮流的重要举措。在信息化时代中，掌握编程这一重要技能已经变得至关重要。它有助于青少年发展逻辑思维、创造力和问题解决能力，为他们未来的职业发展奠定良好基础。让年轻人尽早接触编程，不仅可以增强他们的技术自信和熟练度，还能激发他们对科技创新的热情，为未来的科技发展注入新的活力。青少年的编程能力培养，迎合了当前经济社会的发展需求。随着人工智能、大数据和云计算等技术的迅猛发展，对懂得编程的专业人才的需求越来越大。因此，将计算机编程纳入青少年的学习范畴，不仅可以促进个人技能的提升和发展，也有助于社会科技的迅速进步和发展。为了让更多的青少年学习编程，教育部门、学校和社会可以通过开设专业课程、组织比赛、推广教育软件等多种举措，为青少年提供更多学习机会，让他们更好地适应社会发展需要。2、国家高度重视信息社会下中小学编程教育信息时代的发展对于中小学生编程教育的培养和教育而言至关重要,为了全面发展和提高我国的基础教育水平,学校教育应当重视培养中小学生的审美素质和创造能力。许多法规和政策的制定明确表明了政府高度重视信息社会时代中小学编程教育的重要性。国家支持学校逐步完善课程设置和内容，将编程教育纳入课程，以拓宽青少年学习机会，培养他们的信息技术和计算思维能力。我国在《新一代人工智能发展规划》中明确要求设置人工智能相关课程，并逐步推广编程教育，这意味着将编程教育作为发展人工智能的关键策略，将其纳入学校教育体系中[2]。《教育信息化2.0行动计划》提出了充实人工智能和编程课程内容的重要性，强调适应信息时代和智能时代的发展需要，使学生能够在日常学习中接触到相关知识，培养相关技能[3]。在《义务教育信息科技课程标准》中，强调了计算思维、信息意识、数字化学习与创新以及信息社会责任等要素在信息科技课程中的核心作用，强调了在实践中培养基本要素的重要性[4]。这些因素的引入不仅对编程教育起到了指导作用，同时也为学生的综合素质培养奠定了基础。总的来说，国家正在倡导编程教育的普及和低龄化发展，以便让更多年轻人在学校学习编程，培养他们在信息化时代所需的能力和素养。3、我国编程教育上存在多个软件并行的情况在我国的编程教育领域,尚存诸多软件互相配合、相互促进的现象。大学生在进行项目实施中所接触到的，有许多新的知识和技术需要接受和学习，需要不断吸收和应用。目前，中国的义务教育阶段还没有普及统一的编程教育。不同地区的经济发展水平和教育资源配置的不平衡都会影响到义务教育阶段编程教育的发展，而不同的教学条件也会导致在选择教学软件时出现差异。编程教育日益兴起，推动了教育产品的不断涌现，凸显了社会对编程教育的高度重视，丰富了学生的学习选择，但也为教师的教学带来了一定挑战。1.2研究意义理论意义加强和发展中学信息技术教育理论通过对“编程猫”在中学信息技术教学中的应用进行深入探讨，可以为中学信息技术教育理论的进一步发展提供有益的参考和借鉴，从而丰富和完善中学信息技术教育理论体系。促进高中编程教育的普及和深度随着计算机科学教育的发展，中学学校对编程教育的重视程度不断提升。研究“编程猫”在中学信息技术教学中的运用，有助于推动中学编程教育的发展，为普及和提高中学编程教育提供了新的思路和途径。通过加深融合教育技术与课程的深度当前教育改革的关键方向是深度融合教育技术与课程教学。“编程猫”不仅仅是一种寓教于乐的编程教育工具，它还能够为教育技术和课程教学的融合提供实际操作经验，从而推动教育技术的发展和提升教育质量。为学生全面发展提供切实可行的操作经验通过在中学信息技术教学中采用quot;编程猫quot;这一工具，可以培养学生的逻辑思维、创新能力和实践技能，为学生提供全面发展的实践经验，促进他们的成长和成才。实践意义激发学生学习兴趣通过利用“编程猫”这种寓教于乐的编程教育工具，可以增加学生对编程的兴趣和热情，帮助他们更主动地参与学习，从而提高学习效果。提升学生编程能力通过参加“编程猫”的课程，学生可以学到基本的编程知识和技能，提升自己的编程能力和思维，为未来的学习和职业发展奠定良好的基础。培养学生创新思维通过“编程猫”这一教育工具的引导，学生可以自主进行探索和创新，从而培养他们的创造力和实践能力，提高他们的综合素质。2“编程猫”在中学信息技术教学中的教学现状2.1国外研究现状国外关于青少年编程教育的研究主要侧重于Scratch、计算思维、编程课程以及儿童编程领域。Scratch这种儿童编程启蒙语言，在全球范围内广泛应用并获得认可，尤其显著。2014年Lye发表的论文和雷斯尼克关于Scratch的研究在如何通过编程培养K-12学生计算思维方面受到了人们的关注。除此之外，国外的学校会借助Logo、Scratch等图形化软件来进行编程教育，这些软件可以帮助孩子们以视觉化的方式理解编程知识。总的来说，研究表明，利用Scratch等编程工具进行教育可以提升学生计算思维和创造力。2.2国内研究现状国内关于青少年编程教育的研究主要集中在信息科技课程的核心素养上，包括信息意识、计算思维、数字化学习与创新以及信息社会责任等方面。目前在国内，编程教育起步相对较晚，正在努力赶上世界编程教育的水平。在中国知网文献检索平台上，使用关键词“Scratch”进行检索，发现研究的焦点主要聚焦在“视觉化编程”、“教学方法”和“儿童编”等领域，共有79篇相关文献。编程猫软件的研究文献相对较少，显示该领域有很大的发展潜力和研究空间。3“编程猫”在中学信息技术教学中的优势编程猫作为本土软件在国内应用比较广泛编程猫作为国内的本土软件，在青少年在线编程教育领域有着广泛的应用。它由深圳某公司自主开发，包含了专有的可视化编程工具、趣味编程课程系统和在线社区。其可视化编程工具包括了多种形式，比如编程猫kitten，这是一个2D图形化编程工具，适合初学者进行编程学习。除此之外，还有编程猫box，提供了更加立体的3D图形化编程工具，以及编程猫pyblock，专门用于Python编程学习，以及编程猫nemo，针对移动场景的图形化编程工具。这些工具的综合运用构成了编程猫的编程教育平台，通过掺杂一些小游戏元素，增加了趣味性，有助于吸引青少年的学习兴趣。编程猫使用场景灵活编程猫的使用场景非常灵活，学生可以通过电脑上的网页版或手机上的APP来进行学习和编程实践。这种多平台支持使得学生可以在不同的设备上随时随地进行学习，提高了学习的便捷性。编程猫的素材丰富且重复率较低编程猫的界面设计简洁清晰，主要由舞台区、角色区、搭建区和积木区四个部分组成。在舞台区，用户可以看到实时的编程效果，直观地了解自己编写的代码的执行结果。角色区提供了丰富的角色素材，用户可以选择不同的角色来进行编程创作。搭建区则提供了各种背景素材，用户可以根据需要选择合适的背景来丰富编程场景。积木区则是编程猫的核心部分，其中的积木以属性分类，并以不同的颜色进行标注，使得用户可以轻松地找到需要的编程模块，完成自己的编程任务。编程猫提供了287个角色素材、71个背景素材、68个声音素材，且这些素材偏向游戏情景。另外编程猫提供了多种不同水平和主题的编程课程，涵盖了从基础入门到高级应用的各个方面。这些课程包括游戏开发、动画制作、Web开发、人工智能等多个领域，学生可以根据自己的兴趣和需求选择适合的课程进行学习。编程猫也鼓励学生通过实际项目的开发来应用所学知识，从而加深对编程概念和技能的理解。它提供了各种项目案例和模板，学生可以基于这些模板进行创作，并将自己的想法和创意实现为具体的程序或作品。除此之外，编程猫拥有一个活跃的在线社区，学生可以在这里与其他编程爱好者交流、分享经验，获取学习建议和技术支持。这种社区互动不仅可以丰富学生的学习体验，还可以帮助他们建立起良好的学习氛围和合作关系。编程猫能够同步将图形化转换为Python代码、JavaScript代码编程猫具有将图形化编程转换为Python代码和JavaScript代码的功能。这种功能称为可视化编程转文本编程，它允许在使用图形化界面进行编程的同时，生成对应的文本编程代码，从而方便学生在需要时深入学习编程语言或者在其他环境中使用这些代码。通过这种功能，学生可以先通过拖拽、连接图形模块的方式构建出想要的程序逻辑，然后通过导出功能将这些图形模块转换为Python代码或JavaScript代码。这样一来，学生们既可以通过直观的图形界面快速地构建程序，又可以获取生成的代码并进行进一步的学习或应用。这种功能对于初学者来说尤其有用，因为他们可以通过图形化编程快速入门，并逐步了解和学习底层的文本编程语言。同时，这也为有一定编程基础的用户提供了更加灵活的选择，他们可以根据实际需求在图形化界面和文本编程之间进行切换，以满足不同场景下的需求。4“编程猫”教学设计原则4.1注重学科融合，趣话学习任务在《分支程序》课程中，教学设计应注重学科融合，以趣味化的学习任务吸引学生。通过编程猫平台，设计涵盖数学、科学等多个学科领域的任务，如模拟物理现象或解决数学问题的编程任务，让学生在编程学习中获得跨学科知识。任务设计应注重趣味性，融入游戏化元素，激发学生的学习兴趣和参与度。4.2教学任务目标要具有层次性教学任务目标应具有层次性，逐步引导学生提升编程能力。针对《分支程序》课程，设定不同层次的学习目标，如初步理解分支结构概念、能够运用分支结构解决简单问题、能够设计复杂的分支程序等。通过逐步实现不同层次的目标，帮助学生建立起系统的编程知识体系，提高解决问题的能力。4.3教学评价方式应该多元化教学评价应采用多元化的方式，包括定量和定性评价，并结合课堂表现、作业成绩、项目作品等多种评价指标。在评价中可以考虑编程作业的完成情况、编程项目的设计水平以及学生的课堂参与度等方面。同时，采用同学互评、自评等方式，促进学生之间的交流与合作，提高评价的全面性和准确性。5“编程猫”教学设计案例5.1明确《分支程序》课程的课程目标学生需要掌握程序编程中的分支结构，即根据条件选择性地执行不同的代码块，熟悉分支语句的基本语法和逻辑，并能够运用条件语句（如if语句）解决各种简单问题，包括单一条件和多重条件的情形。培养学生信息技术的基础知识和操作技能，使他们具备信息的获取、处理和利用能力，培养学生对信息安全和信息伦理的认识，并培养学生在信息技术领域的创新和实践能力。5.2准备教学资源5.2.1微课视频的准备准备视频《坐飞机可以自动托运行李了》用来展示科技对生活的影响及引入新课。5.2.2“编程猫”所用素材的准备准备行李箱、检测装置的图片。5.2.3学习任务的设计1、根据现实案例，模拟其中部分功能2、设计相关游戏（例：接苹果游戏）5.3教学设计教学目标知识与技能：理解分支结构的含义和功能；能改写双分支同类选择结构程序代码，进行测试运行以解决问题。过程与方法：使用口头描述自然语言、流程图等方法，来展示算法中选择结构的实际运行过程；通过比较类似的生活化问题来激发学生运用规律解决问题的能力。情感态度与价值观：通过帮助学生运用计算机解决生活中的各种实际问题，使他们深刻体会到计算机在问题解决中的优势；通过阶梯电价收费这类生活问题，可以培养学生节约资源的意识。学情分析初中生学习编程语言的重点在于培养他们的程序设计思维，锻炼逻辑和计算能力，达到基础水平即可。经过前三节课的学习，八年级的学生对于算法和程序设计已经有了初步的了解。因此这堂课不仅着重于传授知识，更加强调算法思维的引导，通过多个贴近生活的案例来帮助学生更好地理解分支程序算法，激发学生发现生活中判断应用的主动性，提升学生实践运用理论的能力。教材分析本节内容是新世纪出版社出版的《信息技术》八年级上册的第四课。本书前面几课已经介绍了算法的基本思想和程序的顺序结构，本节则在此基础上学习算法中三大结构之一的分支结构，编写具有判断与选择功能的程序，为后续设计程序解决实际问题打下基础。依据《中小学综合实践活动课程指导纲要》的思想，在教材处理中更加注重面向生活实践，以解决现实问题为出发点设计教学案例；同时，在知识讲解中强化算法思想的训练，注重培养学生的信息技术核心素养。教学重难点重点：理解条件语句的概念：强调条件语句的作用和使用场景，即根据条件的真假选择执行不同的代码路径。掌握if语句的基本结构：着重介绍if语句的语法和基本结构，包括条件表达式、代码块等要素，并通过示例演示如何编写简单的if语句。应用实例的解决：提供多个实际场景的问题，引导学生运用条件语句解决问题，例如判断一个数字是奇数还是偶数，或者根据用户输入的成绩判断其等级等。掌握if-else语句和if-elif-else语句：着重介绍if语句的语法和基本结构，包括条件表达式、代码块等要素，并通过示例演示如何编写简单的if语句并解释if-elif-else结构的作用和语法，让学生了解如何根据多个条件进行不同的判断和执行。难点：理解条件逻辑：一些学生可能会在理解条件表达式和逻辑运算符时感到困难。处理多个条件的组合：学生可能会觉得难以理解如何组合多个条件，并根据不同的情况选择执行不同的代码块，特别是在使用if-elif-else结构时。应用实例的抽象能力：一些学生可能会觉得难以将已学的知识应用到实际问题中，特别是在解决更复杂的问题时需要一定的抽象能力。嵌套条件语句的理解：对于嵌套条件语句的理解和使用可能会对一些学生来说比较困难，他们可能需要更多的例子和练习来加深理解。教学环境多媒体网络教室、编程猫网站（确保网络连接）、授课所需的教学资源（包括教学视频、演示文稿等）教学策略问题导向法；任务驱动法；合作探究法教学过程引起兴趣，导入新课通过展示贴近生活的实例，直入问题，引发学生思考，感受人工智能时代带给我们生活的便利。例如，通过观看《坐飞机可以自动托运行李了》的视频，带学生感受来自科技的便利。让学生产生思考。任务实践，掌握方法通过人工计算和计算机计算的对比，感受计算机带给人类的优势，同时让学生清晰计算过程。例如，显示一部分乘客行李数据，让班上的学生进行计算，体会人工计算阶梯价格的过程。让学生积极思考人工与计算机完成问题的异同，再形成对计算机解决问题的一般步骤的印象。让学生了解计算机解决问题的步骤，并能根据实际问题进行问题分析，描述算法和改写程序。提出算法的概念，让学生用自然语言描述该算法，并指导学生在平台上进行操作。回忆旧知，根据自然语言描述迅速整理出此问题的流程图，指引学生拼接流程图（乱序）并请一位学生展示板书展示分支结构流程图的结构。合作探究，解决问题指导学生在平台上根据问题进行选择结构算法描述及程序编写，以小组为单位完成课堂任务，然后由学生把程序结构图和程序代码图投屏到投影上进行展示，通过实例让学生思考生活中的类似问题，使学生意识到生活中有很多问题都可以用同一种分支结构算法来解决。拓展延伸展示阶梯电价收费问题，让学生了解多分支选择结构。通过展示阶梯电价收费问题，一方面让学生了解多分支选择结构，另一方面倡导学生节约能源抑制过度消费，通过生活化的问题让学生进行深度的思考。当堂测试通过解答一些测试题，检验学生本节课知识掌握情况，巩固本节课的所学内容。课后评价由老师统计学生的答题情况，进行教学反思。学生根据成绩来自查问题。5.4教学评价5.4.1诊断性评价八年级的学生经过前面三节课的学习，对于算法和程序设计已经有了初步的认识。因此本节课在讲解知识的基础上，更加注重算法思想的介绍，通过多个与生活紧密结合的实例来加深学生对分支程序算法的理解，引导学生主动发现生活中的判断应用，提高学生理论联系实际的能力。5.4.2“编程猫”作品评价量表表SEQ表\*ARABIC1作品评价量表评价要素评价标准自我评价小组评价ABCDABCD学习态度积极主动参与学习，有进取心学习目标明确，按时完成学习任务学习兴趣浓厚，求知欲强应变能力敢于提出问题，发表个人意见，提高口头表述和答辩能力理解课程的价值取向，具有一定创新能力主动经历创造过程，养成自主学习的能力动手能力积极主动参与搭建过程，搭建流程条理清晰搭建结构既科学合理，又不失美观可以使用编程猫对素材进行加工和修改合作意识能和同学共同学习，共享学习资源，互相促进，共同进步积极参与讨论，乐于帮助同学在小组中主动承担任务探究意识积极思考问题，提出解决问题的方法，有创新意识善于探索，思维活跃情感态度努力发展自我，能正确认识自身优缺点明辨是非，明辨善恶，明辨美丑具有正确的自我行动意识目标评价任务（作品）的完成水平综合评价自我评价小组评价教师评价评语：6教学实施情况学生参与情况：有一部分学生在课堂上表现出积极性，他们愿意回答问题、参与讨论，并且在编写代码时展现出较高的主动性和积极性；另一部分学生表现比较被动，可能对课程内容或编程猫平台不够熟悉，因此在课堂上参与度较低，需要额外的引导和指导来提高他们的参与度。学生理解情况：一些学生对条件语句的概念理解较为深入，能够准确地运用if-else-elif条件语句解决问题，并且在实践任务中表现出较高的代码质量和逻辑思维能力；也有一部分学生对条件语句的理解较为困难，可能存在一些逻辑错误或代码书写不规范的情况，需要额外的指导和讲解来帮助他们理解和掌握相关知识。学生表现情况：在实践任务中，有一些学生展现出较高水平的编程能力和创造力，他们能够灵活运用条件语句解决复杂的问题，并且提出了一些创新性的思路和方法；大多数学生的表现处于中等水平，能够完成基本的编程任务，但可能存在一些简单的错误或不完善的地方，需要在课后进行巩固和复习；少数学生的表现较为欠缺，可能需要额外的辅导和个性化的指导来帮助他们提高编程能力和理解能力。学生反馈情况：一些学生对课程内容和教学方法给予了积极的反馈，表示课程内容有趣并且有助于他们理解条件语句的概念和应用；大多数学生的反馈处于中立态度，对课程内容和教学方法没有特别的意见，但也没有表达不满或抵触情绪；少数学生可能对课程内容或教学方法持有消极的态度，可能觉得课程内容过于晦涩或难以理解，需要及时沟通和解决问题。7研究总结与展望研究总结：本研究旨在探索“编程猫”在中学信息技术教学中的应用，以《分支程序》课为例进行实证研究。通过对中学生的学习成绩、学习兴趣和学习动机的调查和分析，结合教师的教学观察和反馈，得出以下总结：首先，在《分支程序》课程中应用“编程猫”可以有效提高学生的学习成绩。学生通过使用“编程猫”进行编程练习，不仅能够提高他们的逻辑思维和问题解决能力，还能够加深对分支程序概念的理解。实证结果显示，学生在使用“编程猫”后，其编程能力和实践操作水平得到明显提升。其次，使用“编程猫”可以激发学生对信息技术学科的学习兴趣。通过以游戏化的方式进行编程学习，学生可以更加主动地参与到学习过程中，并体验到编程的乐趣。研究结果表明，学生对于使用“编程猫”进行学习的积极性较高，在学习中表现出较强的主动性和积极性。最后，通过“编程猫”的应用，可以增强学生的学习动机。学生在使用“编程猫”进行编程练习时，能够获得实时的反馈和奖励，促使他们更加努力地完成任务。此外，学生之间还可以通过“编程猫”的社区功能相互交流和分享学习心得，增强学习的互动性和合作性。展望未来研究：尽管本研究对于“编程猫”在中学信息技术教学中的应用取得了一定的研究成果，但仍然存在一些局限性和可以改进的地方。因此，未来的研究可以从以下几个方面展开：扩大研究范围：本研究仅以《分支程序》课为例进行实证研究，未来的研究可以扩大研究范围，涵盖更多的信息技术课程，以全面了解“编程猫”在中学信息技术教学中的应用效果。深入挖掘学习成效：未来的研究可以进一步深入挖掘学生在使用“编程猫”后的学习成效，包括对学生逻辑思维、创造力和问题解决能力的影响等方面进行更具体的量化分析。探索教学策略：未来的研究可以结合“编程猫”的特点，探索针对中学信息技术教学的有效教学策略。比如，如何在课堂教学中更好地引导学生使用“编程猫”，如何应对学生可能遇到的困难和挑战等。进行长期跟踪研究：本研究主要关注短期内对学生学习成效和学习动机的影响，未来的研究可以进行长期跟踪研究，探讨学生在使用“编程猫”后的持久学习效果和影响。综上所述，未来的研究可以进一步完善和深化“编程猫”在中学信息技术教学中的应用研究，以促进信息技术教学的改革和创新。同时，还需要关注教师的角色和培训需求，以提高他们在“编程猫”应用中的教学能力和专业素养。参考文献王玉珉.中国制造2025背景下的职业技术人才培养问题研究[D].北京化工大学,2022.DOI:10.26939/ki.gbhgu.2022.001874.国务院新闻办公室(2019).新一代人工智能发展规划[EB/OL]．[2019-5-10].http://www.S/34473/34515/Document/1559231/1559231.htm.中华人民共和国教育部.关于印发《教育信息化2.0行动计划》的通知.[EB/OL]./srcsite/A16/s3342/201804/t20180425_334188.html.郑桂华.义务教育课程标准中“核心素养”之名与实辨析——以语文课程标准为例[J].中国教育学刊,2023,(02):24-29+54.刘月.基于STEAM