聶璐

【摘 要】本文基于App Inventor開發(fā)平臺(tái)，詳述了構(gòu)建一門用于培養(yǎng)計(jì)算思維的校本課程的設(shè)計(jì)原則和實(shí)施思路。并以“手機(jī)App開發(fā)”這門課程的教學(xué)實(shí)踐為例，介紹了依托學(xué)習(xí)任務(wù)單培養(yǎng)計(jì)算思維的教學(xué)過程，為初中信息技術(shù)課程培養(yǎng)計(jì)算思維的理論和實(shí)踐提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算思維；App Inventor；初中信息技術(shù)；校本課程；學(xué)習(xí)任務(wù)單

【中圖分類號(hào)】G434 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【論文編號(hào)】1671-7384（2018）02、03-0106-04

《基礎(chǔ)教育信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)2012版》指出，在基礎(chǔ)教育階段，信息技術(shù)課程的總目標(biāo)是培養(yǎng)和提升學(xué)生的信息素養(yǎng)。從實(shí)際教學(xué)效果來看，當(dāng)前初中生的操作技能掌握得較好，但思維層面還有待提高，尚未形成一套成熟的分析問題與解決問題的過程和方法。新版《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》明確了信息技術(shù)學(xué)科的四大核心素養(yǎng)，如何在初中階段培養(yǎng)核心素養(yǎng)之一的計(jì)算思維，已成為一個(gè)非常熱門的話題。

計(jì)算思維與理論思維、實(shí)踐思維一起，并稱人類科學(xué)研究的三大思維模式[1]。美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的周以真教授認(rèn)為：“計(jì)算思維就是通過約減、嵌入、轉(zhuǎn)化和仿真等方法，把一個(gè)看起來困難的問題重新闡釋成一個(gè)我們知道怎樣解決的問題”[2]。如何通過信息技術(shù)教育將這種方法論傳遞給學(xué)生，讓他們學(xué)會(huì)運(yùn)用計(jì)算思維來解決問題，非常值得探討。

App Inventor是一款所見即所得的安卓應(yīng)用開發(fā)軟件，用戶只需拖放圖形化積木式的組件，就能創(chuàng)建功能強(qiáng)大的安卓應(yīng)用。App Inventor開發(fā)環(huán)境非常容易搭建，還提供了豐富的傳感器模塊，學(xué)生可在短時(shí)間開發(fā)功能強(qiáng)大的應(yīng)用。加之學(xué)生對(duì)智能手機(jī)有濃厚興趣，以手機(jī)App開發(fā)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的編程訓(xùn)練，更容易激發(fā)他們的興趣[3]。以上特點(diǎn)使得App Inventor成為培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的理想工具。

課程設(shè)計(jì)原則與實(shí)施思路

基于App Inventor開發(fā)平臺(tái)，筆者在學(xué)校開設(shè)了名為“手機(jī)App開發(fā)”的校本課程，旨在初中階段培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，其開發(fā)過程如下。

1.建設(shè)豐富、有梯度的課程項(xiàng)目資源——埋下興趣的種子

（1）自頂向下進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，形成計(jì)算思維的培養(yǎng)框架

計(jì)算思維內(nèi)涵豐富，應(yīng)明確初中生對(duì)計(jì)算思維需掌握到何種程度，以及訓(xùn)練過程中需要哪些必須的知識(shí)和技能的習(xí)得，嘗試建立計(jì)算思維內(nèi)涵和知識(shí)體系的對(duì)應(yīng)關(guān)系，形成計(jì)算思維的培養(yǎng)框架。

（2）以學(xué)生認(rèn)知規(guī)律為基礎(chǔ)，循序漸進(jìn)地培養(yǎng)計(jì)算思維

《中小學(xué)信息技術(shù)課程指導(dǎo)綱要》指出：初中信息技術(shù)教學(xué)應(yīng)以興趣為起點(diǎn)、以活動(dòng)為載體，螺旋上升地設(shè)置教學(xué)內(nèi)容，要讓學(xué)生在玩中學(xué)，做中學(xué)。因此，在內(nèi)容編排上應(yīng)當(dāng)遵循由易至難、由淺入深、螺旋上升的原則，滾雪球式地設(shè)計(jì)教學(xué)資源。

（3）項(xiàng)目的選取要符合時(shí)代性、豐富性和趣味性

課程應(yīng)以項(xiàng)目為引領(lǐng)，注重問題的分析和求解。為調(diào)動(dòng)學(xué)生興趣，設(shè)計(jì)項(xiàng)目時(shí)需結(jié)合學(xué)生的年齡特點(diǎn)，選取他們感興趣的主題，如游戲。同時(shí)選取一些跨學(xué)科的主題，如英語百詞斬、詩詞大會(huì)等，實(shí)現(xiàn)技術(shù)學(xué)習(xí)與技術(shù)應(yīng)用之間的整合，體現(xiàn)“雙價(jià)值”。

2.定制具有“計(jì)算思維”特點(diǎn)的教學(xué)過程——孕育培養(yǎng)計(jì)算思維的土壤

為實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)計(jì)算思維的目標(biāo)，需明確利用計(jì)算思維解決問題的具體過程。上海市信息技術(shù)特級(jí)教師謝忠新在《關(guān)于計(jì)算思維進(jìn)入中小學(xué)信息技術(shù)教育的思考》一文中總結(jié)了此過程[4]。

具體使用App Inventor進(jìn)行App開發(fā)的思維過程如下。

（1）分解

面對(duì)一個(gè)具體的App時(shí)，學(xué)生能將其分解為一系列小而可管理的問題，如分解為界面設(shè)計(jì)和邏輯設(shè)計(jì)兩方面。

界面設(shè)計(jì)需考慮App是單屏幕還是多屏幕應(yīng)用。針對(duì)一個(gè)屏幕，需明確App使用的組件及素材；邏輯設(shè)計(jì)需考慮App使用了哪些數(shù)據(jù)及事件。數(shù)據(jù)方面，分為永久存儲(chǔ)（數(shù)據(jù)庫）和臨時(shí)存儲(chǔ)（變量）。

（2）模式與概括

模式是發(fā)現(xiàn)分解后的問題之間的相似性。概括是發(fā)現(xiàn)模式后，尋找適合這類問題的解決方案，或基于已有方案進(jìn)行改進(jìn)，從而生成新的辦法。

因?yàn)榻虒W(xué)內(nèi)容在編排上遵循了螺旋上升的原則，實(shí)際教學(xué)時(shí)，學(xué)生很容易發(fā)現(xiàn)模式，并概括出解決方案。之后遇到類似問題時(shí)基于已有方案，融入新知識(shí)與新技能，從而滾雪球式地逐漸完善解決方案。

（3）抽象

抽象可被用于簡化問題。由于課堂時(shí)間有限，學(xué)生應(yīng)集中精力解決主要矛盾。如開發(fā)游戲時(shí)，重在游戲玩法的實(shí)現(xiàn)，如果學(xué)有余力，再從視覺和聽覺等方面進(jìn)行優(yōu)化。

（4）算法思維

算法思維體現(xiàn)在一個(gè)具體事件的處理，如按鈕被點(diǎn)擊后，如何用恰當(dāng)?shù)某绦蚪Y(jié)構(gòu)來解決問題。具體教學(xué)時(shí)可以引入流程圖，幫助學(xué)生理解順序、分支、循環(huán)和模塊化編程思想的意義。

（5）評(píng)估

任何問題的解決方案都不唯一。周以真教授認(rèn)為，具備計(jì)算思維意味著學(xué)生能夠判斷計(jì)算工具、技術(shù)和問題之間的匹配程度，并理解計(jì)算工具、技術(shù)的局限和優(yōu)勢。學(xué)生可通過對(duì)比流程圖或App運(yùn)行效率，來評(píng)估不同方案，并發(fā)現(xiàn)開發(fā)平臺(tái)的局限性。

實(shí)際教學(xué)時(shí)，教師需依托一些工具，將以上五個(gè)步驟融入課堂。下文的教學(xué)案例中，將以學(xué)習(xí)任務(wù)單為例，說明具體實(shí)現(xiàn)方法。

基于以上兩方面的考慮，“手機(jī)App開發(fā)”課程設(shè)計(jì)了九個(gè)項(xiàng)目，并遵循由易至難的原則，一學(xué)期的規(guī)劃如表1所示。

建議教師針對(duì)不同項(xiàng)目，盡可能運(yùn)用相似的模式來實(shí)施教學(xué)，從而讓學(xué)生反復(fù)經(jīng)歷借助計(jì)算思維解決問題的過程，助力計(jì)算思維的形成。

3.構(gòu)建多元的評(píng)價(jià)機(jī)制——助力計(jì)算思維的成長

作品完成后，教師應(yīng)搭建展示的平臺(tái)，讓學(xué)生在分享時(shí)鞏固計(jì)算思維的形成。教師還應(yīng)設(shè)計(jì)多元的評(píng)價(jià)機(jī)制，如師評(píng)、互評(píng)、自評(píng)等。通過評(píng)價(jià)幫助學(xué)生明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，掌握薄弱技能，同時(shí)開闊眼界。

此外，教師應(yīng)該開拓比賽出口，為學(xué)生提供更廣闊的實(shí)踐空間。實(shí)踐過程中積累的優(yōu)秀作品亦能反哺課程，助力課程形成良好的閉環(huán)生態(tài)。

教學(xué)案例

以“手機(jī)App開發(fā)”課程第七個(gè)項(xiàng)目“App Inventor之無坑版打地鼠”第一課時(shí)為例，說明如何培養(yǎng)計(jì)算思維。

1.特色說明

由于計(jì)算思維實(shí)質(zhì)上是一種思維方式，只有充分暴露學(xué)生的思維過程才能讓教師發(fā)現(xiàn)問題，幫助學(xué)生提高。因此，在教學(xué)過程中，師生均需要一些媒介和載體來暴露自己的思維過程。

本課的特色在于采用學(xué)習(xí)任務(wù)單來輔助學(xué)生掌握計(jì)算思維。教師通過一段視頻展開教學(xué)后，學(xué)生將以學(xué)習(xí)任務(wù)單為線索，逐一經(jīng)歷任務(wù)分解、模式與概括、抽象、算法思維與評(píng)估的過程。教師還將在這一過程中引入新知“過程塊”，讓學(xué)生感知模塊化編程的優(yōu)勢。評(píng)價(jià)方面，教師將依據(jù)學(xué)習(xí)任務(wù)單和項(xiàng)目文件，在課后對(duì)學(xué)生進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.教學(xué)目標(biāo)

了解無參“過程塊”的基本功能，掌握無參“過程塊”的定義和用法；鞏固標(biāo)簽、按鈕、圖像精靈和計(jì)時(shí)器的用法。觀看示例視頻，了解本次開發(fā)項(xiàng)目的實(shí)際要求；依托學(xué)習(xí)任務(wù)單，經(jīng)歷計(jì)算思維解決問題的全流程。

3.教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)

學(xué)習(xí)并掌握“過程塊”的用法，培養(yǎng)模塊化的編程思想；梳理程序流程，綜合運(yùn)用新知（過程塊）和舊知完成開發(fā)。

4.教學(xué)流程（表2）

本課采用的學(xué)習(xí)任務(wù)單如表3所示，任務(wù)單標(biāo)明了本節(jié)課的過程性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

5.實(shí)施效果

游戲打地鼠任務(wù)符合初中生的喜好，很好地激發(fā)了學(xué)生的熱情。通過學(xué)習(xí)任務(wù)單的指引，學(xué)生再次經(jīng)歷了計(jì)算思維解決問題的全過程，輕松地將任務(wù)分解為界面設(shè)計(jì)和邏輯設(shè)計(jì)兩部分，并基于游戲開發(fā)的模式完成了算法設(shè)計(jì)。對(duì)于尚未形成較好計(jì)算思維的學(xué)生，學(xué)習(xí)任務(wù)單實(shí)現(xiàn)了腳手架的功能，一定程度上降低了開發(fā)的難度。

同時(shí)，本課依托學(xué)習(xí)任務(wù)單，很好地將學(xué)生訓(xùn)練和發(fā)展計(jì)算思維的過程暴露出來，幫助教師定位學(xué)生的薄弱點(diǎn)，具備一定的實(shí)踐價(jià)值。

本文針對(duì)初中信息技術(shù)課程，探討了進(jìn)行計(jì)算思維培養(yǎng)的必要性，并基于App Inventor開發(fā)平臺(tái)，詳述了構(gòu)建一門用于計(jì)算思維培養(yǎng)的校本課程的設(shè)計(jì)原則和實(shí)施思路。之后以手機(jī)App開發(fā)課程的一節(jié)游戲開發(fā)課為例，依托學(xué)習(xí)任務(wù)單描述了計(jì)算思維培養(yǎng)的詳細(xì)過程。這門校本課程經(jīng)過實(shí)踐取得了較為理想的教學(xué)效果，學(xué)生表現(xiàn)出極強(qiáng)的參與熱情和學(xué)習(xí)興趣，一定程度上助力了計(jì)算思維的培養(yǎng)，具備一定的推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

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[2]J.M.Wing. Computational Thinking[J]. Communication of the ACM，2006，49（3）： 33-35.

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[4]謝忠新. 關(guān)于計(jì)算思維進(jìn)入中小學(xué)信息技術(shù)教育的思考. 中小學(xué)信息技術(shù)教育， 2017（10）： 38-42.