职业培训课堂编程教学的游戏化体验外文翻译资料

职业培训课堂编程教学的游戏化体验

原文作者 Antonio Garciacute;a-Gutierrez，Raquel Hijoacute;n-Neira

单位 Computer Science Department Universidad Rey Juan Carlos Moacute;stoles, Madrid, Espantilde;a

摘要：本文分析了游戏化环境下的应用程序的使用对理论编程概念的学习和学生计算思维的发展的影响。本应用程序提供了基于Scratch编程软件的理论和实践学习环境。对于这一分析，已经开展了一个试点实验，并将应用程序在学生中进行了测试。目的是分析学生理论概念学习和计算思维发展的进展。为此，进行了两个测试，分析结果，通过前测和后测并收集数据。

关键词：编程；计算思维；Scratch；游戏化

1.简介

目前，电子游戏是儿童和年轻人与电脑互动的最直接方式之一。当涉及到学生的参与和通过颁发徽章来鼓励学习的竞争时，他们鼓励参与的能力可以起到很大的帮助。通过促进参与的环境，学生打破了在他们的训练中出现障碍可能导致的挫败感，这有助于激励学生执行复杂的任务。

本文介绍了在专业培训中应用程序设计和游戏化计算思维教学的经验。进行了一次试点经验，包括进行理论知识和计算思维的预测试。一旦在干预之前进行了测试，就会从基于scratch的应用程序中解释理论概念，并举例说明不同的概念。

一旦干预完成并解释了所有的概念，就会进行一个后测来评估学生的进步，比较前测和后测的结果，并确定是否有显著的进步。

2技术现状

a .游戏化的现状

当今社会正面临着无数的技术和社会变革。技术改变了社会相互作用的方式，促进了获取新知识的途径。游戏化回应了这种对动机的需求，将游戏场景转移到正式的教育环境中，以便让学生参与进来，并打开学习的大门。要做到这一点，有必要让学生置身于有趣的环境中，面对挑战和任务，增加他们的投入和参与。

我们可以合理地认为，一个围绕着类似技术环境的活动，使用与这些游戏相同的组件和动态能够激励和改变学生对学术活动的看法，从而产生更有吸引力和更有动力的表现。寻求游戏化教育的工作有三个方面。

第一种是通过控制的方式来使用游戏，教师选择游戏和时机，这样学生就可以获得应该出现在游戏中的技能和能力。第二种方法是利用游戏的特色元素(关卡、分数、奖牌、界面等)，利用学生的游戏倾向，增加学习动机。第三种方法是将学习过程重新设计成游戏。教师必须以这样一种方式设计主题，学生必须发挥和获得知识，技能和能力[1]。

我们有必要定义一个过程必须满足什么条件才能被视为游戏或游戏化对象。需求或条件降低,活动进行的游戏或用户可以习得的过程,反馈可以向用户交付相关的方式,行动由玩家在游戏的发展。流程或活动可以通过[2]来度量。

图1所示。游戏化元素的层次[3]

这些组件假设有徽章、积分、排名和其他元素，这些元素能够实现机械和动态元素。机制元素是由所有那些让游戏用户在游戏中活动的元素组成的。它可以是获得奖励、挑战或同一等级或同一中心的用户之间的竞争。最后，动态部分是由游戏概念组成的。

为了实现目标，游戏必须整合所有这些元素，除了实现学生的动机(当学生为了自己的兴趣而进行活动时，这可能是内在的动机)，或外部的动机(当学生为了获得奖励而执行任务时)。

编程教学与计算思维密切相关。使用一系列指令来解决问题，这些指令的结构和顺序使它们能够解决问题。

因此，在学习编程时，学生有必要用分析的方法来解决问题;分析问题，并制定一系列解决问题的步骤。

在进行计算思维时，Scratch是一个简单的工具，因为它允许学生与一种简单的编程语言进行交互，在这种编程语言中，编程语言是按块排序的，消除了编程语言的很多复杂性。编程和允许关注问题解决的逻辑和结构，从而工作计算思维。

值得强调的是Dr. Scratch应用程序在这部分学习中所扮演的角色。这个应用程序允许您通过在不同的计算概念之间分配分数来纠正、分析和编目项目的学习程度。

强调Dr. Scratch应用程序的分析是很重要的，该应用程序是在一个由109名小学和高中学生组成的项目中进行的，目的是使用Scratch编程工具分析计算思维的进展。为此，我们开展了一些Scratch工作会议，并将Dr. Scratch工具展示给学生，让学生通过这个工具练习、开发和修改自己的代码。

为了衡量这些学生的进步，在使用该工具之前和之后分别进行了前测和后测。结果采用t检验，建立显著性水平alpha = 0.05，结果为p另一个重要的经验是在六年级学生中进行的一项研究的开发，其目的是验证Scratch编程工具是否能够发展计算思维。这些主题的工作方法包括4个阶段。

第一个阶段，将Scratch指南作为学习资源开发。该指南由5个单元组成，在其中开发不同的活动，以增加难度。该指南是针对那些没有任何编程知识和使用Scratch的主题。

第二阶段是与学生一起开发指南，并进行建议的练习。第二阶段为14节课，共45分钟，在这一阶段，学生们向教师介绍指南中提出的概念和活动。在第三阶段，通过测试的方式对计算思维进行评价。

在最后阶段，对获得的数据进行分析。由此得出结论:Scratch编程软件是[5]幼儿培养计算思维的良好工具。

另一个在很小的时候就引入理论概念和计算思维的有趣例子是RoDy。它由两部分组成:一方面，一个允许教师根据教学大纲生成自己活动的应用程序，另一方面，一个允许学生与应用程序交互的机器人。这个机器人在游戏中由一个小熊形状的虚拟代理来代表，通过对话[7]与用户进行互动。

作为一个未来的项目为一体的游戏化在教室里,值得强调的是,Moodle GameMo模块的提议,这将使集成最常见的元素gamified Moodle平台内的课程,从而促进教学工作的实施gamified课程。一旦开发出初始原型，将通过定量可用性评估在真实环境中对其进行测试，并在真实环境[6]中进行测试后对其进行改进。

b .假说

由于需要研究和分析应用程序在学习和发展编程和计算思维的理论概念方面所能实现的影响。因此，需要确定的假设如下:

H1:有了方法/干预建议，编程概念的学习可以得到改善。

bull;H2:有了方法/干预建议，可以改善计算思维的学习。

3方法

干预措施中所遵循的方法包括发展应用指南中概述的理论概念。概念的发展包括第一个理论部分，在这个理论部分中，教师解释并定义在该主题中将涉及的概念，然后是一个实践部分，在这个实践部分中，学生与基于软件的应用程序Scratch编程中开发的不同程序进行交互。

在干预的开发中，使用了使用Scratch块编程软件的本地web应用程序。

在应用程序的开始有一个主页，其中显示了学生要开发的不同主题。应用程序由两部分组成，表示部分(图2)和实际部分(图3)。

图2。计算思维理论概念互动呈现的屏幕

图3划痕练习屏幕。

演示部分是用来支持教师在理论问题的演示和发展。它以黑板的形式提供一个暴露理论问题的环境，清晰扼要地解释概念，每天给出简单的例子，从而促进理论概念的理解。

实践部分提供了一个互动的环境，在这个环境中，学生可以把老师之前解释的概念付诸实践。为此，应用程序使用Scratch编程软件开发了不同的练习。

应用程序中开发的主题如下:

bull;主题1:序列。

bull;主题2:变量和数据。

bull;主题3:运算符。

bull;主题4:条件句。

bull;主题5:循环。

bull;主题6:事件。

bull;主题7:并行和同步。

bull;主题8:计算思维。

四、实验

a .参与者及排序

参与者是一年级的行政管理学生，由9名年龄在16岁到17岁之间的学生组成。这些学生属于托莱多省的一所学院。选择这一组是因为样本的可访问性和可用性。图4显示了参与的学生的编程知识水平。他们中的大多数人声称他们没有任何关于编程的知识，而且，他们认为理论概念是抽象的和难以理解的。

在第一次干预中，向学生解释活动。在开始使用应用程序之前，进行了理论概念和计算思维的预测试。这个环节由正规的老师进行，老师会向学生们解释这个活动。会话持续时间为50分钟，并在Scratch中举例说明了序列、变量、运算符和条件等概念。

图4有计算机知识背景的学生百分比

在第二次干预中，活动从上一阶段结束的地方恢复。会议持续了50分钟，并解释了其余的概念(循环、事件、并行性和计算思维)。此外，还进行了两次后测，从而结束了干预。

b .数据收集

采集样本采用了两种测试方法。第一个已经被用来分析理论概念知识的进展，第二个已经被用来测量学生经历的计算思维的进展，这得益于应用程序。所进行的研究是在定量研究的框架内进行的，描述观察到的现实，建立因果关系，解释得到的结果。将采用准实验的方法，因为学生的数量，不可能将样本分为一个测试组和一个对照组。两个测试(预测试)将在会话开始之前应用，两个测试将在会话结束时应用(后测试)。

由于应用程序的易用性和可访问性，为了执行这两个问卷调查，我们使用了谷歌Docs表单工具。

理论知识测试由16道题组成，包括多项选择题和开放式问题。测试的目的是评估应用程序如何影响理论概念的学习。图5显示了构成理论知识测试的一个问题示例。

图5理论概念测试

计算思维测试由28个问题,用封闭式问题的学生必须选择四个选项,只有一个是正确答案(图6)。计算思维测试是基于工作由罗马冈萨雷斯,建立标准的细化测试[4]。

图6计算思维测验

c .结果分析

为评价理论概念学习的显著性程度，对相关样本进行t_test，得到如下结果(见表1和图7):

理论概念t检验

在表1和图7中观察到的结果，进行了t_test，显示值p = 0.002，远低于alpha值= 0.05，所以可以说明学习概念的理论性是显著的。

图7理论概念样本t_test的箱线图

为了验证学习在计算思维测试中的显著性，再次进行T_test，得到p值= 0.316大于alpha值= 0.05(见表2和图8)。

表2结果理论概念t检验

图8计算思维样本t_test的箱线图

虽然在大多数情况下观察到轻微的变化(见图6)，但这并不像在理论概念的学习中观察到的那样重要。此外，我们发现前测和后测所得的平均值(有相当多的交叉标记)非常接近。这种较低的进化归因于计算思维要求思维方式的系统改变，分析和处理问题的方式比会议发展过程中获得的要深刻得多。

分别分析不同理论概念的结果发现，在学生中出现难度最大的概念是事件、条件和变量。相反，能够看到最大进步的概念是并行性、事件和操作符的概念。

在将所得结果与第二节所述经验所得结果进行比较时。目前，在使用Dr. Scratch工具进行分析的情况下，可以观察到计算思维的发展并不显著，这与在该研究中描述的使用Dr. Scratch应用程序分析的结果不同。

虽然在目前的研究中，理论概念的学习是重要的，但应用于编程和计算思维的教学，并没有产生足够的影响，以实现计算思维的发展有足够的重要程度。与之前的研究相比，主要的区别在于，研究这个工具的成员使用Scratch应用程序工作了几个星期，获得了一个知识库，当他们开始使用Dr. Scratch时，可以帮助他们更快地进步。

一开始，学生们对干预方法有一定的排斥感，他们认为编程是困难和遥远的。由于干预，大多数学生放弃了这种导致概念无知的感觉，他们了解到编程是基于日常生活中的思想和逻辑。活动结束时，虽然与高年级的专业领域没有直接的联系，但活动得到了同学们的一致好评。

从结果来看，干预的持续时间已经足够实现对理论知识的重要学习，但没有达到足够的影响，以发展计算思维，尽管它确实改善了它。它如何改善未来的干预，提出了更高的会议次数，或者，如果不能，增加他们的持续时间，让学生，除了理论解释和与应用程序的互动，在老师的指导下，开发自己的代码。

所得结果反映出在课程结束后对理论概念有了更好的理解。在理论概念测试的情况下，一旦会议结束，在所有学生中观察到一个进化，在一些学生中更明显，在其他学生中较小的程度。t检验结果为阳性，观察到显著程度的学习。在没有事先编程知识的学生中，干预的时间和应用程序的使用正确地发展了构成计算思维的理论概念。

因此，我们得出的结论是，应用程序的使用显著提高了学生学习和理解他们认为困难的理论概念的倾向。课程结束后，学生对这些概念的认识有了明显的提高，从而证实了提出的第一个假设。在计算思维中，情况并非如此，在计算思维中，可能需要更多的会话来激发这些学生必须解决问题的方法和方法的更深刻的变化(第二个假设)。t检验反映的结果表明，虽然计算思维的学习有了改善和发展，但并没有达到显著的程度，否定了提出的第二个假设。

一个可能的原因可能是，研究对象没有以前的编程知识，因此，有可能的是，会议的持续时间和应用工作，虽然他们已经取得了积极的结果，但不足以实现项目的重大发展。计算思维。如何考虑改进的各个方面，以增加会话的数量和时间，从而能够更深入地研究应用程序的内容。

与学生的合作非常有趣和流畅，总的来说，他们认为这些课程是积极的，是一种有趣的学习方式，在课堂上创造了一种轻松的气氛，鼓励学生参与。积极。学生之前认为抽象和难以理解的概念，通过与Scratch中设计的不同示例的交互，以一种简单的方式完成，这

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