王小艷

摘要：計算思維是高中信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)，是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的關(guān)鍵。App Inventor 是一款可視化編程工具，學(xué)習者可通過這種圖形化搭積木的方式快速開發(fā)一款A(yù)PP。本文在項目式學(xué)習背景下，提出了基于APP Inventor培養(yǎng)高中生計算思維的學(xué)習模式，并展示了基于App Inventor 對學(xué)生進行計算思維培養(yǎng)的案例，為高中生計算思維培養(yǎng)的進一步研究提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：項目式學(xué)習 App Inventor 計算思維

一、問題的提出

《普通高中信息技術(shù)課程標準（2017年版）》提出計算思維是高中信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)，是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的關(guān)鍵。編程思維能夠有效幫助學(xué)習者了解編程語言并設(shè)計程序的邏輯結(jié)構(gòu)，進行程序開發(fā)，從而發(fā)展學(xué)生的計算思維。此版課程標準，倡導(dǎo)基于項目的學(xué)習方式。因此，本文主要在項目式學(xué)習背景下，針對APP Inventor培養(yǎng)學(xué)生的計算思維做一些探討。

二、相關(guān)概念

（一）項目式學(xué)習

項目式學(xué)習是基于建構(gòu)主義的學(xué)習模式，源于學(xué)科又超越學(xué)科的綜合性課程學(xué)習，是與真實世界緊密相連的學(xué)習方式，遵循學(xué)生的認知發(fā)展規(guī)律，能夠提升學(xué)生多元能力、綜合組織的有效學(xué)習方式。項目式學(xué)習強調(diào)學(xué)生探究的問題來自真實的情境，將整個項目分解成若干個子項目，進而獲得能力上的提升。

（二）App Inventor

App Inventor 是一種可視化、在線快速開發(fā)移動應(yīng)用的工具，可用來培養(yǎng)學(xué)習者的計算思維能力。學(xué)習者通過拖動模塊來學(xué)習編程、學(xué)習設(shè)計問題解決方案以及培養(yǎng)自己的創(chuàng)造性思維。

作為開發(fā)手機端 APP 的工具，App Inventor 類似于搭積木的簡便的操作方式，在組件面板選中所需的組件后，使用鼠標左鍵拖到手機界面的顯示區(qū)域。在組件設(shè)計模式下，選擇相應(yīng)的組件，在右側(cè)“組件屬性”區(qū)域，可以設(shè)置組件的相關(guān)屬性，如背景顏色、寬和高、形狀、對齊方式等。在邏輯設(shè)計模式下，可以編輯組件對應(yīng)的事件邏輯，如點擊按鈕觸發(fā)的相關(guān)事件，或者晃動手機觸發(fā)一些事件行為等。學(xué)習者使用模擬器就可以對開發(fā)的移動應(yīng)用進行測試，使用手機AI伴侶掃描二維碼就可將設(shè)計完成的應(yīng)用下載到手機中，安裝后就可以使用。設(shè)計開發(fā)APP在為學(xué)生帶來成就感的同時，還培養(yǎng)和鍛煉了他們的思維能力、邏輯能力、溝通能力以及問題解決能力。

（三）計算思維

2006 年，周以真教授提出“計算思維是一種運用計算機科學(xué)基本概念求解問題，設(shè)計系統(tǒng)和理解人類行為的方式，涵蓋了計算機科學(xué)領(lǐng)域廣度的一系列思維工具”。計算思維可以理解為將無法求解的復(fù)雜問題分解成為一個一個可以順利解決的小問題，最終成功解決原本的復(fù)雜問題的一種思維方式。

《普通高中信息技術(shù)課程標準（2017年版）》首次將計算思維寫入國家課程標準。其中，計算思維是最能反映信息技術(shù)學(xué)科本質(zhì)的核心要素。而培養(yǎng)計算思維最直接最有效的方式就是在信息技術(shù)課堂上利用編程學(xué)習來滲透?？紤]到高中生學(xué)習的特點，一般選用的都是以 App Inventor 等為代表的可視化編程工具。與傳統(tǒng)的編程工具相比，可視化編程可通過直觀的操作方式完成界面設(shè)計，學(xué)習者不需要掌握其他編程語言的復(fù)雜代碼規(guī)則，也不需要太高的硬件配置。

三、將App Inventor 作為培養(yǎng)中學(xué)生計算思維工具的優(yōu)勢

梳理國內(nèi)外大量文獻可以發(fā)現(xiàn)，學(xué)者們在對計算思維進行培養(yǎng)的實驗過程中，采用的編程語言普遍具有“低地板、高天花板”的特點，APP Inventor符合這個特點。

APP Inventor是一款在線的免費開發(fā)工具，目前國內(nèi)唯一的App Inventor官方服務(wù)器，由麻省理工學(xué)院（MIT）聯(lián)合廣州市教育信息中心、華南理工大學(xué)計算機科學(xué)與工程學(xué)院部署，登錄網(wǎng)址為app.gzjkw.net。用戶可登錄此網(wǎng)站，在網(wǎng)站上注冊后就可以免費使用。學(xué)習者無須掌握復(fù)雜的代碼規(guī)則，就可通過一臺能上網(wǎng)的計算機，以搭積木的方式快速開發(fā)一款A(yù)PP軟件。

四、App Inventor 對高中生計算思維的培養(yǎng)模式的探究

在廣東教育出版社出版的高中《信息技術(shù)基礎(chǔ)》教材中，在4.1《編制計算機程序解決問題》這節(jié)內(nèi)容中，使用的計算機程序設(shè)計語言是VB（Visual Basic），這是一種基于對象的高級程序設(shè)計語言，對于一些剛接觸編程的高中生來說會有很大的難度。因此對于這部分內(nèi)容的學(xué)習，筆者引入了App Inventor這樣的手機APP開發(fā)平臺，設(shè)計了項目課程“猜數(shù)字”，讓學(xué)生用APP Inventor開發(fā)手機APP“猜數(shù)字”游戲。學(xué)習流程如下：

首先，創(chuàng)設(shè)情景，確定項目。學(xué)生能從問題情境中抽象地表達從1和100之間猜一個整數(shù)。當猜的值比給定值小時，提示猜小了;當猜的值比給定值大時，提示猜大了;當猜的值與給定值相當時，提示猜對了。

學(xué)生能將項目分解成子任務(wù)：組件設(shè)計和邏輯設(shè)計。對于組件設(shè)計可使用的組件有文本輸入框、標簽、按鈕、表格布局、水平布局等。文本輸入框用于輸入數(shù)字。標簽可用于提示，如用戶輸入的數(shù)字必須在1和100之間。表格布局和水平布局可用于組件的手機界面設(shè)計。

在邏輯設(shè)計模式下，學(xué)生完成算法的分析后，可通過拖拽左側(cè)邏輯模塊的方式進行編碼。如當確定按鈕被點擊后，計數(shù)標簽顯示的數(shù)值比上一次增加1，標簽提醒文本顯示是否猜中、確定按鈕是否啟用等。編輯代碼如圖1。

通過模擬測試，學(xué)生能夠?qū)崟r通過組件設(shè)計的手機界面觀察運行結(jié)果，從而進一步優(yōu)化自己的邏輯設(shè)計。經(jīng)過反復(fù)模擬測試，學(xué)生都能夠完成這款猜數(shù)字手機APP游戲。最后通過掃描二維碼就可將設(shè)計好的游戲下載到手機里面。

在交流討論環(huán)節(jié)，同學(xué)們提出了解決問題的多種方式，有的同學(xué)設(shè)計的APP游戲能夠很快就猜中數(shù)字，其所編輯的模塊代碼如圖2。通過交流，學(xué)生感受到了問題的解決有多種不同方案，而不同的算法對問題解決在效率上會有影響。學(xué)生應(yīng)根據(jù)實際情況，盡可能優(yōu)化自己的問題解決方案。

學(xué)生通過該項目課程學(xué)習，能夠利用App Inventor開發(fā)平臺通過搭積木的方式快速給出解決方案，也能夠?qū)崟r對自己開發(fā)的程序進行測試。通過這個項目的學(xué)習，學(xué)生親身體驗了程序的作用及其編制環(huán)境，認識了計算機程序解決問題的一般過程。項目式學(xué)習過程激發(fā)了學(xué)生對編程學(xué)習的興趣，也為4.1《編制計算機程序解決問題》這節(jié)內(nèi)容及選修內(nèi)容的學(xué)習打下了基礎(chǔ)。

筆者在查詢大量文獻和多年教學(xué)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，面對新課標對高中生信息技術(shù)課程核心素養(yǎng)的要求，提出了在項目式學(xué)習背景下，基于App Inventor培養(yǎng)學(xué)生計算思維的模型，如圖3。

在此模型中，學(xué)習者經(jīng)歷了發(fā)現(xiàn)問題、抽象問題描述、任務(wù)分析制定計劃、設(shè)計算法、APP Inventor模塊化拼接、交流討論和總結(jié)評價這樣完整的項目式學(xué)習過程。問題的提出源于真實世界，而不是教師給出的假設(shè)。真實的問題有助于學(xué)生在學(xué)習的過程中關(guān)注現(xiàn)實生活中的一些問題，這樣的問題才有解決的意義。在抽象問題描述和設(shè)計算法之間經(jīng)歷反復(fù)思考，在設(shè)計算法和完善算法的過程中也有設(shè)計，學(xué)生在反復(fù)思考、修改的過程中，發(fā)展了批判性思維，培養(yǎng)了創(chuàng)新思維，最終通過這樣一個完整過程的學(xué)習，能夠提出解決問題的最優(yōu)方案，提高綜合能力。

五、結(jié)語

項目式學(xué)習是學(xué)生對來自真實世界的問題進行探究，在探究的過程中，提升綜合能力。筆者基于這種項目式學(xué)習，提出了利用APP Inventor高中生計算思維的模式，并以“猜數(shù)字”APP的設(shè)計與開發(fā)作為案例，展示了項目式學(xué)習的完整過程，希望能為高中生計算思維培養(yǎng)策略的進一步研究提供借鑒與參考。

參考文獻：

[1]郁曉華，肖敏，王美玲.計算思維培養(yǎng)進行時：在 K-12階段的實踐方法與評價 [J].遠程教育雜志 ，2018（2）：1828.

[2]胡舟濤. 英語項目式教學(xué)的探索與實踐[J]. 教育探索，2008，（2）：7071.

[3]Jeannette M.Wing- Computational Thinking[J].Communications of the ACM，2006（03）：3435.

[4]林崇德.發(fā)展心理學(xué)[M].北京：人民教育出版社，2018.

[5]Grover S，Pea R. Computational Thinking in K-12 AReview of the State of the Field[J].Educational Researcher，2013（1）：3843.

責任編輯：黃大燦 趙瀟晗