李 靜，路 綱

陜西師范大學計算機科學學院， 西安 710119

基于計算思維的Flash教學設計

李 靜，路 綱

陜西師范大學計算機科學學院， 西安 710119

計算思維是當今國際教育界關(guān)注的一個重要課題，對創(chuàng)新人才的培養(yǎng)起著非常重要的作用。文章運用計算思維方法設計Flash教學，以自主學習為主、師生互助交流為輔的方式展開學習活動，并通過實施教學實例“引導層動畫”驗證計算思維在學習和生活中的重要意義。相比傳統(tǒng)教學模式，基于計算思維的教學對提高學生發(fā)現(xiàn)并解決問題的能力和培養(yǎng)創(chuàng)新思維具有更加重要的作用。

計算思維；自主學習；創(chuàng)新能力

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，教育的變革，學會思維與自主學習成為素質(zhì)教育中最基本的內(nèi)容,也是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要環(huán)節(jié)[1]。信息技術(shù)環(huán)境對自主學習能力的要求越來越高，培養(yǎng)具備高效自主學習能力的人才成為亟待解決的問題。

計算思維是當今三大科學思維之一，在教學中的運用越來越受到教育單位的重視[2]。將計算思維觀念引入學科教學，從課程內(nèi)容角度把握系統(tǒng)的計算思維知識，注重可持續(xù)計算思維能力培養(yǎng)，提高學生分析問題和解決問題的能力，對培養(yǎng)自主能力及創(chuàng)新能力有著重要作用[3]。2010年7月，首屆“九校聯(lián)盟(C9 league)計算機基礎課程研討會”(C9會議)在西安交通大學舉辦，把培養(yǎng)學生的“計算思維”能力作為計算機基礎教學的核心任務和目標[4]。但是，目前計算思維能力的培養(yǎng)仍然處于摸索階段，還沒有形成一套完整的方法體系。教師在教學中對學生計算思維能力的培養(yǎng)仍然是不自覺的、小規(guī)模的、探索性的，而不是自覺的、大規(guī)模的、系統(tǒng)化的[5]。

1 基于計算思維的Flash教學

1.1 計算思維

計算思維是建立在計算過程的能力和限制之上的，不管這些過程是由人還是由機器執(zhí)行[6]。計算方法和模型給了我們勇氣去處理那些原本無法由任何個人獨自完成的問題求解和系統(tǒng)設計[7]。2006年3月，美國卡內(nèi)基·梅隆大學計算機科學系主任周以真教授在美國計算機權(quán)威期刊“CommunicationsoftheACM”雜志上給出，并定義計算思維(computational think- ing)：計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統(tǒng)設計以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動[8]。

計算思維可簡單理解為解決問題時，要考慮問題的難度如何，屬于哪類問題，有哪些解決方法，對比這些方法，找出最佳解決方法。在這一過程中用到的抽象、回推、遞歸、約簡、嵌入、啟發(fā)等方法都體現(xiàn)了計算思維，把一個困難的問題重新闡述成幾個簡單問題。

1.2 基于計算思維的Flash教學

教育中大多數(shù)教師注重教會學生某個知識點，忽視了思維過程的培養(yǎng)。Flash是實踐性很強的課程，學生對于實踐課興趣較大。課堂上教師創(chuàng)設生動有趣、貼近生活的情境，引導學生從計算角度分析、比較、提出問題，進行抽象轉(zhuǎn)化等活動，不僅使學生獲得課程知識、學會解決問題，更重要的是認識到Flash實例就在我們身邊，是認識和解決生活與工作問題的有力武器，同時獲得計算思維解決問題的切身體驗。

2 基于計算思維的Flash引導層動畫教學案例[9]

Flash課程要求學生不僅學會制作動畫，更重要的是理解基本原理、解決問題的基本特點及方法，真正理解計算思維在Flash教學中的作用，并從計算角度思考問題。

基于上述計算思維在生活學習中的作用和人才培養(yǎng)需求，該文運用計算思維學習“Flash引導層動畫”，實踐研究計算思維在提高學習效率和培養(yǎng)創(chuàng)新能力上發(fā)揮的作用。

2.1 明確內(nèi)容，提出探究性問題

Flash動畫中經(jīng)常遇到一個或多個對象沿曲線運動的問題，這是對運動對象沿直線運動動畫的引申，學生掌握了圖層、關(guān)鍵幀、元件、直線運動動畫等知識，并能制作簡單動畫。但那些讓運動對象沿任意指定路徑運動的動畫看上去非常復雜，學生往往感覺無從下手。教師注意引導啟發(fā)、注重臺階搭設、面向全體學生，使不同水平的學生都能有所收獲，重要的是使學生體驗到制作動畫的樂趣，養(yǎng)成自主學習的習慣，培養(yǎng)學生的合作、探究精神，訓練學生的思維，體驗計算機完成動畫的自動性。

通過前幾節(jié)基本動畫的學習，學生對各種動畫制作已感興趣。但在“Flash引導層動畫”制作過程中，運動對象與引導線不重合，或引導層的位置錯誤，都不能實現(xiàn)效果，所以設置重點為：引導層及引導線的作用和創(chuàng)建方法。難點：運用引導層，制作曲線運動動畫；運動對象與引導線的吸附操作。

2.2 學生體驗真實情境，教師引導啟發(fā)學生思考

教師打開準備好的實例，測試效果，引導學生明確上節(jié)課的主題是動作補間動畫；然后打開帶有山路背景的動作補間動畫，此動畫汽車沒有沿路徑運動，先將背景圖層隱藏，待學生看清楚圖層關(guān)系后，將該圖層顯示，然后測試該動畫，提出問題：汽車是否沿山路運動？(學生思考)。最后打開動畫：汽車沿山路運動。該動畫應用了引導層和引導線，從而引出主題：引導層動畫。學生對實踐活動感興趣，設置應用性和興趣性的問題。

教師引導學生體會，F(xiàn)lash是一種交互式動畫設計工具，可以實現(xiàn)網(wǎng)站所需的動態(tài)效果，設計化學實驗過程輔助理解，等。這些都是通過Flash的幾種基本動畫逐幀動畫和補間動畫進行不同組合實現(xiàn)的。Flash動畫如同演員在舞臺上的表演，每個演員都有屬于自己的舞臺。類似的，F(xiàn)lash中抽象出的每個動畫又可分解出任意個對象，如背景、運動對象。每個對象都有自己的舞臺，即圖層。

此處曲線運動問題遞推為抽象出的各個動畫的制作問題，已經(jīng)學習了直線運動動畫，如何用逐幀動畫或補間動畫實現(xiàn)曲線運動呢？啟發(fā)學生結(jié)合數(shù)學知識直線轉(zhuǎn)化折線，折線轉(zhuǎn)化曲線的例子，為了便于理解，拿一根木條演示。學生提出解決辦法：將直線上任意一點拉到直線外可得到折線，將連續(xù)多個點拉到直線外不同位置可以得到曲線，每個點相當于動畫中的幀，所以曲線運動可以用逐幀動畫來實現(xiàn)。結(jié)合數(shù)學知識，使學生意識到動畫制作的遞推分解思想可以滲透到其他學科中，進而開闊思維。

這是一種方法，但是如果曲線很長，需要的關(guān)鍵幀很多，實現(xiàn)逐幀動畫的工作量太大。用另一種動畫即補間動畫完成的話會不會簡便一些？親自體驗橡皮擦在紙張上的運動，在紙上任意畫一條曲線，第一種：橡皮不受控制隨意移動；第二種：使橡皮沿此線移動。請學生比較兩種運動效果的異同。

2.2.1 學生總結(jié) 第一種運動的曲線可有可無，橡皮沒有沿線移動，第二種橡皮按照曲線移動。

教師啟發(fā)學生思考第二種運動較第一種運動多了什么對象？

學生總結(jié)：多了一條曲線，橡皮沿線移動?；貧w上述類比案例，曲線屬于動畫的一個對象，應該有自己的舞臺(即圖層)，因此需要添加一個曲線圖層。

這種體驗比學生只觀看教師提供的實例更有趣味性和真實性，學生在興趣中主動學習，積極探索，體驗分解、抽象、遞推在分析動畫中的作用。學生在教師的引導啟發(fā)下感受轉(zhuǎn)化、仿真等方法在實際情境中的運用。

2.2.2 教師提出問題 曲線圖層是不是直接“新建圖層”就可以了？和普通圖層一樣嗎？運動對象和曲線有什么關(guān)系？

結(jié)論：曲線相當于路線，作為引導線，所在的圖層為引導層，相應的運動對象在被引導層上。兩圖層對象是牽引和被牽引的關(guān)系。

引導學生分析類比動畫，學會用類比思想思考問題，進而發(fā)現(xiàn)問題。學生觀察對比兩個Flash界面，思考：如何添加引導層？(如圖1、圖2所示)

圖1 直線運動時間軸界面

圖2 曲線運動時間軸界面

對比圖1和圖2，可以看出圖2多了一個圖層即引導層，該圖層不同于普通圖層，而且汽車運動圖層向右縮進了。該問題把分解和抽象思想展示給學生，把復雜問題“如何實現(xiàn)曲線運動”遞推到簡單問題“使用哪種動畫實現(xiàn)曲線運動”，繼而分解遞推為“動畫中各個對象，如背景、運動對象、路線等的制作”，最后回推到編輯工具的運用問題。背景圖層通過導入素材實現(xiàn)，汽車運動圖層是學習過的動作補間動畫的制作，關(guān)鍵問題是引導層的制作。

2.2.3 通過分析，學生動手試一試，將遇到的問題先記下來 學生打開各自桌面上的“羽毛球.fla”文件，按自己所想制作羽毛球落下的動畫效果，提高學生的觀察和總結(jié)能力。通過觀察思考、自主探究、交流合作，探索操作完成動畫，學生所記錄的問題可能就是該節(jié)的難點，在下面的過程中就可以針對性地突破。

2.2.4 教師查看部分學生的動畫 根據(jù)學生發(fā)現(xiàn)的問題進行啟發(fā)性指導，就存在的問題詳細講解制作的要點：

引導層：設定對象運動路徑的特殊圖層。

引導線：在引導層中繪制的運動路徑(一般為一條平滑的曲線)。

如何添加當前圖層的引導層：在當前圖層名稱上單擊鼠標右鍵，在打開的菜單中選擇“添加傳統(tǒng)運動引導層”。

如何繪制引導線：可以使用鉛筆工具、鋼筆工具或直線工具。

此過程教師引導學生用遞歸方法制作動畫，上一步的問題遞推為更簡單的問題“添加引導層，繪制引導線”，學生發(fā)現(xiàn)曲線運動問題最后回歸到簡單工具的使用，體會遞歸思想。

教師小結(jié)制作引導層動畫的關(guān)鍵點：引導層必須在被引導層的上方；引導線必須繪制在引導層中；被引導的運動對象在起點和終點必須吸附在引導線的兩端。

類比逐幀動畫和補間動畫實現(xiàn)曲線運動的過程，后一種方法更加方便快捷。

在此環(huán)節(jié)，教師主要引導和激勵學生探索學習，結(jié)合實例分解動畫要素，通過觀察、比較、探究等一系列活動，歸納出引導層與引導線的用法，加深對知識的認識和理解，從而掌握曲線運動的本質(zhì)。讓學生體驗學習過程中遞歸、類比等思想的運用。

2.3 探究學習，引導啟發(fā)

掌握了此類問題的技巧后，學生能靈活運用此方法解決問題，教師啟發(fā)學生思維，主動建構(gòu)知識，培養(yǎng)其自主和舉一反三的能力，在地理學科中為了更加容易理解地球公轉(zhuǎn)原理，使此動態(tài)效果直觀形象，我們需要制作地球公轉(zhuǎn)動畫展示給學生。設置以下任務：制作“地球繞太陽公轉(zhuǎn)”動畫。

學生打開桌面上的素材文件“地球公轉(zhuǎn).fla”，完成動畫。

引導學生分析題目，地球沿著橢圓軌跡運動，運動路線正是本節(jié)所學的引導線。因此，可用引導層動畫實現(xiàn)公轉(zhuǎn)效果，地球公轉(zhuǎn)問題轉(zhuǎn)化為地球沿著橢圓運動的問題。進一步從動畫中分解出對象背景、地球、太陽和橢圓。上述問題遞推為各個對象的編輯問題。不斷引導啟發(fā)思考，開闊學生的思維。學生思考：橢圓曲線與上述曲線是否有區(qū)別？回歸到制作要點上，橢圓曲線沒有端點，是封閉曲線，那么對象怎么吸附在曲線上呢？

學生嘗試完成操作，測試作品，展示成果，評價交流。教師選取典型作品，師生相互評價，交流心得，積極評價引導，拓展創(chuàng)新。

教師查看學生作品，發(fā)現(xiàn)問題：地球無法沿著橢圓運動。主要問題在于地球無法吸附在橢圓上，需要有點的出現(xiàn)才能實現(xiàn)此運動。結(jié)合數(shù)學知識中點構(gòu)成線，逆向思考，如何從線獲取所需的點呢？如果將橢圓曲線中任意一點去掉，此曲線就有了兩個端點。因此，可以考慮將橢圓打開一個口，使地球在起點和終點分別吸附在橢圓兩端點。這樣就可以使地球沿著橢圓運動了。

由此總結(jié)得出，引導線不能是封閉曲線。此任務加深學生對引導層動畫實質(zhì)的理解。

設計此任務，拓寬學生視野，活躍思維，加強操作，體會遞歸思想的意義。體驗動畫制作的樂趣，通過其他學科實例不斷啟發(fā)學生找出問題的關(guān)鍵點，同時，使學生感受到Flash動畫在學習其他學科知識上起到的作用，學會將Flash中類比、抽象、分解、遞推思想運用在各個學科中。

2.4 反思總結(jié)

教師根據(jù)學生掌握情況提出遷移性知識，讓學生用所學方法反思、遷移。

課后思考：如果需要在動畫播放時顯示引導線，應如何做？(需再新建一個圖層)

此案例中，學生通過分解、轉(zhuǎn)化等思維方法，順利地完成學習任務，遇到問題時學習者可以化繁為簡，分解復雜問題，從原理上理解引導層動畫。

實踐基于計算思維的引導層動畫，加強學生對計算思維概念，如計算、抽象、分解、評價、設計、仿真、遞推等的理解，靈活掌握計算思維方法的運用，學會將理論和生活實際相結(jié)合，熟練地將計算思維方法運用于生活中，體驗計算思維對學習生活所起的重要作用。

計算思維學習不僅教會學生課程內(nèi)容，更重要的是學會如何思維，如何高效地解決問題。文章以Flash“引導層動畫”為例，闡明了計算思維在學習生活中的意義。當然還需要我們不斷探索，努力實踐，進一步研究完善計算思維的運用，這對于提高學生的信息素養(yǎng)和創(chuàng)新能力有很大作用。

[1]龐維國.自主學習理論的新進展[J].華東師范大學學報,1993(3):68-69

[2]陳國良.計算思維[J].中國計算機學會通訊,2012,8(1)：31-34

[3]董榮勝,古天龍.計算思維與計算機方法論[J].計算機科學,2009,36(1):1-4

[4]何欽銘,陸漢權(quán),馮博琴.九校聯(lián)盟.計算機基礎教學發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明[J].中國大學教學,2010(9)：7-11

[5]龔沛曾,楊志強.大學計算機基礎教學中的計算思維培養(yǎng)[J].中國大學教學,2012(5):51-54

[6]陳國良,董榮勝.計算思維與大學計算機基礎教育[J].中國大學教學,2011(1):7-12

[7]李廉.計算思維—概念與挑戰(zhàn)[J].中國大學教學,2012(1):7-12

[8]周以真.計算思維[J].中國計算機學會通訊,2007,3(11):83-85

[9]郭鴻波.《Flash引導層動畫》的教學設計[EB/OL].http://wenku.baidu.com/view/09a76cdd5022aaea998f0f1d.html,2010-11-30

Flash teaching design based on computational thinking

LiJing,LuGang

CollegeofComputerScience,ShaanxiNormalUniversity,Xi'an710119,China

Computational thinking is an important concern in today's international field of education and plays a very important role in producing innovative talents. We have designed Flash teaching by using the computational thinking approach, with autonomic study as the main part and teacher-student communication as the assistance, to carry out learning activities. By implementing the teaching example "layers of animation", we have verified the significance of computational thinking in study and life. Teaching based on computational thinking plays a more important role than the traditional teaching mode in improving students' ability to find and solve problems and developing innovative thinking.

computational thinking; autonomic learning; innovative ability

陜西師范大學教師教育研究專項資助成果(JSJY2012YB13)；2014年陜西師范大學信息化示范課程建設項目(計算機網(wǎng)絡、C語言程序設計)和雙語示范課程建設項目(計算機網(wǎng)絡原理)

2015-03-02

李靜(1989-),女，山西孝義人，碩士研究生在讀，主要研究方向：信息技術(shù)教育。

路綱(1972-)，男，陜西洋縣人，博士，副教授，主要研究方向：計算幾何、人工智能、人機交互、智能優(yōu)化算法。 電話：15319943248；E-mail：goforlg@126.com

G40-057

A

1004-5287(2015)05-0501-04

：10.13566/j.cnki.cmet.cn61-1317/g4.201505007