宣震

【摘要】計算思維是信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分，本文針對普通高中學(xué)生計算思維的培養(yǎng)，通過借助Google公司開發(fā)的App Inventor這一具有可視化功能的且無須記憶編程代碼的移動應(yīng)用開發(fā)平臺工具，開發(fā)App Inventor校本課程，初步探索了在校本課程中培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力的教學(xué)實踐。

【關(guān)鍵詞】計算思維;App Inventor;教育實踐

2017年教育部頒布的《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》指出高中信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)包括以下四個方面的內(nèi)容：信息意識、計算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會責(zé)任。其中計算思維是指“運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計以及人類行為理解等涵蓋計算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動。”它是通過嵌入、轉(zhuǎn)化和仿真等方法，把一個看來困難的問題重新闡釋成一個我們知道問題怎樣解決的方法。在數(shù)據(jù)時代向我們走來的今天，教師應(yīng)當(dāng)要注重培養(yǎng)學(xué)生的計算思維，讓學(xué)生創(chuàng)造性的思考、解決問題。

一、當(dāng)前信息技術(shù)課堂教學(xué)存在的問題

筆者通過對當(dāng)前教育現(xiàn)狀的資料研究，結(jié)合自身教學(xué)實踐發(fā)現(xiàn)，當(dāng)下高中信息技術(shù)教學(xué)主要面臨以下幾個問題。

1.重技能，輕思維訓(xùn)練

在教學(xué)實踐中，教師普遍將掌握計算機(jī)的基礎(chǔ)知識和工具軟件的操作技能作為課堂教學(xué)的重心，由此導(dǎo)致信息技術(shù)課淪為工具課，忽視了學(xué)生利用計算機(jī)解決問題的能力訓(xùn)練和思維訓(xùn)練。

2.課堂索然無趣，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高

當(dāng)前信息技術(shù)課堂普遍采用項目教學(xué)法，但仍有一定數(shù)量的課堂教學(xué)采取單一的任務(wù)驅(qū)動方式，導(dǎo)致課堂變得索然無趣，影響學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)新性。

3.課時不足，學(xué)業(yè)水平測試壓力大

筆者所在地區(qū)有四所普通高中，其中三所學(xué)校在高一的第一學(xué)期不開設(shè)信息技術(shù)課，高二每周兩節(jié)課;另一所學(xué)校高一高二每周均為一節(jié)課。而根據(jù)2017年《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》，高中階段每周應(yīng)保證至少兩節(jié)課。課時的嚴(yán)重不足，導(dǎo)致每年的學(xué)業(yè)水平測試復(fù)習(xí)壓力巨大。在這種情況下，教師們完成學(xué)測復(fù)習(xí)已屬不易，而平時教學(xué)過程中的能力培養(yǎng)更是無從說起。

針對以上現(xiàn)狀，筆者在校本課程中嘗試開設(shè)App Inventor相關(guān)內(nèi)容，對提升學(xué)生計算思維做了初步探究。

二、什么是App Inventor

App Inventor最初是谷歌實驗室（Google Lab）自2009年開始，由麻省理工學(xué)院的Hal Abelson教授主導(dǎo)的一個實驗項目。它的設(shè)計初衷是幫助人們在移動通信的世界里成為創(chuàng)造者，而不僅僅是消費(fèi)者。它是一款基于瀏覽器，面向無編程基礎(chǔ)的初學(xué)者的安卓應(yīng)用開發(fā)軟件工具。

App Inventor具有如下幾個特點(diǎn)。

1.界面友好，操作便捷

App Inventor界面友好，功能清晰明了，不同的功能模塊都用不同的形狀和顏色進(jìn)行區(qū)分，辨識度高，容易上手，全中文的操作界面使高中學(xué)生可以完全零門檻介入。

2.簡單的開發(fā)過程

不需要關(guān)注復(fù)雜的語法結(jié)構(gòu)，和初中生學(xué)習(xí)過的Scratch類似，通過一個個模塊化圖形化組件的拖曳來完成App開發(fā)，這使得編程零基礎(chǔ)的高中生也能夠完成開發(fā)。而且App Inventor開發(fā)周期短，可以較快得到App作品。

3.豐富的組件模塊

App Inventor有不同類型的組件模塊：多媒體類、傳感器類，甚者有樂高機(jī)器人組件。這可以讓學(xué)習(xí)者無須關(guān)心底層的技術(shù)實現(xiàn)細(xì)節(jié)，更容易滿足學(xué)習(xí)者的應(yīng)用設(shè)想，也更有利于培養(yǎng)計算思維。

三、為什么是用App Inventor來提升學(xué)生的計算思維

因為App Inventor是一款零基礎(chǔ)要求的入門軟件。學(xué)生在進(jìn)行程序開發(fā)時，第一步想到的是要實現(xiàn)的功能，可以呈現(xiàn)給使用者什么樣的界面;第二步，在界面設(shè)計完成后，就要選擇組件模塊;最后，選擇使用哪些邏輯模塊來完成整體設(shè)計。這整個開發(fā)的過程都能鍛煉學(xué)生的實踐能力、合作能力和動手能力。而通過長期的練習(xí)，就可以提高學(xué)生的計算思維能力。App Inventor的優(yōu)勢具體表現(xiàn)在以下幾個方面。

1.在開發(fā)的過程中深刻體現(xiàn)計算思維

整個應(yīng)用的開發(fā)過程，是先從需求分析開始，接著分析系統(tǒng)開發(fā)的可行性，然后設(shè)計用戶界面，再進(jìn)行算法的設(shè)計與編寫。這一系列的設(shè)計與實現(xiàn)的過程無不體現(xiàn)出深刻的計算思維。

2.搭積木式的操作方式使得計算思維的培養(yǎng)沒有任何障礙

學(xué)生通過拖曳鼠標(biāo)可以很方便地找到所需要的組件和功能模塊，輕松實現(xiàn)應(yīng)用界面的設(shè)計。整個操作過程完全中文化，對高中生不存在認(rèn)知和理解障礙，可以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使得計算思維的培養(yǎng)沒有任何障礙。

3.編程方式為計算思維的培養(yǎng)提供方便

據(jù)筆者在本校高一年級的調(diào)查顯示，學(xué)生學(xué)習(xí)程序設(shè)計的最大障礙是晦澀難懂的程序設(shè)計語言的語法和結(jié)構(gòu)。而App Inventor塊狀編程方式，如圖1所示，使得學(xué)生不需要記憶具體的結(jié)構(gòu)代碼，有效保持了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為計算思維的培養(yǎng)提供方便。

圖1 Tank大戰(zhàn)部分開發(fā)圖

4.計算思維貫穿應(yīng)用開發(fā)的整個過程

在開發(fā)過程中，學(xué)生不斷地將具體問題細(xì)化，而計算思維通過不斷對問題的等價轉(zhuǎn)換、抽象、分解等方式來實現(xiàn)。

5.交流之后，進(jìn)一步完善思維方法

小組交流結(jié)束后，每個小組進(jìn)一步完善思維方法，修改程序，整個項目的學(xué)習(xí)示意圖如圖2所示。

圖2 坦克大戰(zhàn)學(xué)習(xí)示意圖

四、App Inventor校本課程實施過程

App Inventor校本課程的最終目標(biāo)是培養(yǎng)和提升學(xué)生的計算思維能力，下面以Tank大戰(zhàn)為例，談?wù)勑１菊n程的具體實施。

1.通過情境創(chuàng)設(shè)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

教師需要動用智慧，為學(xué)生們創(chuàng)設(shè)喜歡的學(xué)習(xí)情境。Tank大戰(zhàn)游戲是學(xué)生比較熟悉的一款游戲，教師通過熟悉課例的引入，引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)的興趣與動力。

2.項目教學(xué)，鼓勵學(xué)生大膽創(chuàng)新

采用項目教學(xué)法，讓學(xué)生體會“做中學(xué)，學(xué)中做”的方式。首先學(xué)生根據(jù)教師提供的半成品文件完成界面設(shè)計、模塊設(shè)計和邏輯設(shè)計，通過調(diào)試運(yùn)行完成App源文件的開發(fā);然后針對學(xué)有余力的同學(xué)，要求他們加入自己的設(shè)計理念，如探討多種獲勝條件等，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和探究精神。需要解決的問題：敵方坦克如何隨機(jī)出現(xiàn)？敵方坦克如何追蹤我方坦克？如何統(tǒng)計生存時間？

3.小組分工合作，完成項目開發(fā)

項目小組成員分為：項目經(jīng)理、界面設(shè)計師、模塊設(shè)計師和應(yīng)用測試員，他們要明確各自的開發(fā)任務(wù)，并且能夠通過合作完成整個項目的開發(fā)，項目經(jīng)理總體把握開發(fā)進(jìn)度和開發(fā)文檔的收集。教師作為技術(shù)總監(jiān)，巡視課堂，解答各個項目小組遇到的技術(shù)問題。需要解決的問題：Player設(shè)置背景音樂，Clock控制生存時間，PointTowards追蹤目標(biāo)，EdgeReached判斷是否到達(dá)邊際。

4.項目完成后進(jìn)行交流評價

項目開發(fā)完成后，由項目經(jīng)理上傳App源文件并在教師的手機(jī)上進(jìn)行APK文件的安裝，以便進(jìn)行現(xiàn)場測試。教師與各項目小組代表按照項目評價表內(nèi)容進(jìn)行自評與互評。學(xué)生通過交流評價，體會了App Inventor創(chuàng)意編程，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的興趣，并激勵其進(jìn)一步完善自己的作品，形成創(chuàng)新成果。

5.交流之后，進(jìn)一步完善思維方法

小組交流結(jié)束后，每個小組進(jìn)一步完善思維方法，修改程序。

App Inventor校本課程在我校高一年級中展開，采用選修形式，每周一節(jié)課。在課上，由于不需要記憶復(fù)雜的語法結(jié)構(gòu)，學(xué)生可以專注于計算思維的訓(xùn)練。通過一學(xué)期的學(xué)習(xí)，學(xué)生基本掌握了使用App Inventor進(jìn)行移動終端應(yīng)用開發(fā)的方法和過程，培養(yǎng)和提升了信息意識和解決問題的能力，促進(jìn)了計算思維的提升。

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