馬莉

（珠海市斗門區(qū)和風(fēng)中學(xué)，廣東珠海 519000）

在高中程序設(shè)計(jì)的課堂教學(xué)過(guò)程中，筆者困惑于一旦不給學(xué)生提供程序流程圖，大部分學(xué)生就不能完成課程目標(biāo)。直到筆者看到中華人民共和國(guó)教育部制定的《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017年版）一書中提到高中信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)由信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任四個(gè)核心要素組成。其中關(guān)于“計(jì)算思維”的解讀是指?jìng)€(gè)體運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，在形成問(wèn)題解決方案的過(guò)程中產(chǎn)生的一系列思維活動(dòng)[1]。

App Inventor是一款谷歌公司開(kāi)發(fā)的手機(jī)編程軟件,它是一個(gè)完全在線開(kāi)發(fā)的Android編程環(huán)境，拋棄復(fù)雜的程式代碼而使用積木式的堆疊法來(lái)完成Android程式，這一特征尤其適合應(yīng)用在中學(xué)信息技術(shù)的編程教學(xué)中。而目前計(jì)算思維的研究缺乏實(shí)踐性的研究，在課堂環(huán)境中鮮有落實(shí)[2]，因此筆者將研究重點(diǎn)放在基于培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的高中信息技術(shù)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐。

一、計(jì)算思維的內(nèi)涵及其研究現(xiàn)狀

自2006年卡內(nèi)基.梅隆大學(xué)的周以真教授提出“計(jì)算思維”的概念之后，計(jì)算思維便在世界信息技術(shù)領(lǐng)域掀起了研究熱潮。目前關(guān)于計(jì)算思維概念的界定有問(wèn)題解決說(shuō)、系統(tǒng)說(shuō)、過(guò)程說(shuō)、活動(dòng)及方法說(shuō)、工具說(shuō)幾個(gè)方面[3]，其中問(wèn)題解決說(shuō)在業(yè)界得到的共識(shí)比較高，我國(guó)《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》也是將計(jì)算思維的落腳點(diǎn)放在解決問(wèn)題上，認(rèn)為“計(jì)算思維是指?jìng)€(gè)體運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，在形成問(wèn)題解決方案的過(guò)程中產(chǎn)生的一系列思想活動(dòng)”。因此，將解決問(wèn)題作為計(jì)算思維的核心要求是符合高中信息技術(shù)教學(xué)的實(shí)際的，本研究在教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)上也是基于問(wèn)題解決而展開(kāi)。

二、研究方法

1.文獻(xiàn)研究法

2.歸納演繹法

通過(guò)分析、比較、抽象等方法，在已有學(xué)者的研究基礎(chǔ)上提出基于培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的高中信息技術(shù)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)模型。

3.問(wèn)卷調(diào)查法

課前的問(wèn)卷調(diào)查幫助筆者了解高一新生的信息技術(shù)學(xué)習(xí)現(xiàn)狀與學(xué)習(xí)心理，為后續(xù)教學(xué)設(shè)計(jì)提供了參考，對(duì)于教學(xué)起點(diǎn)的定位十分重要。

4.觀察法

教師在學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程中充當(dāng)觀察者的角色，為教學(xué)實(shí)施提供豐富的個(gè)案研究，也可以對(duì)單個(gè)學(xué)生做出更加準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。

“表達(dá)差異”又可細(xì)分為近義詞、詞義擴(kuò)大(可以根據(jù)語(yǔ)境具體化)、詞義增加(表示強(qiáng)調(diào))、詞義相對(duì)(譯者用了相反的思維來(lái)翻譯術(shù)語(yǔ))、使用相對(duì)的普通詞。“語(yǔ)法差異”又可細(xì)分為定語(yǔ)修飾(不同形式的定語(yǔ))、定語(yǔ)修飾(介詞不同)、名詞性術(shù)語(yǔ)譯成句子、從句、動(dòng)詞短語(yǔ)、介詞短語(yǔ)、名詞術(shù)語(yǔ)譯成現(xiàn)在分詞、名詞術(shù)語(yǔ)譯成形容詞或過(guò)去分詞作定語(yǔ)。

5.訪談法

課后教師與個(gè)別學(xué)生的訪談，可以讓筆者聽(tīng)到學(xué)生最直接的感受與想法，深入探索學(xué)生計(jì)算思維學(xué)習(xí)的歷程，為后續(xù)教學(xué)改進(jìn)提供一手的資料。

三、App Inventor與高中信息技術(shù)編程教學(xué)的契合點(diǎn)研究

App Inventor是一款快速開(kāi)發(fā)移動(dòng)應(yīng)用的設(shè)計(jì)工具，它提供了基于web的圖形用戶界面設(shè)計(jì)工具，編程部分則是將語(yǔ)言塊像玩拼圖游戲一樣拼接在一起。App Inventor基于網(wǎng)頁(yè)開(kāi)發(fā)的特點(diǎn)使得它不需要投入更多的教育經(jīng)費(fèi)，因而在教育領(lǐng)域可以進(jìn)行廣泛的應(yīng)用。它可視化的編程模式大大降低了編程的難度，對(duì)學(xué)習(xí)者計(jì)算機(jī)編程的基礎(chǔ)要求不高，這些都和我校學(xué)生的學(xué)習(xí)現(xiàn)狀十分契合。近年來(lái)，谷歌為了推進(jìn)App Inventor的學(xué)習(xí)與創(chuàng)新，借助App Inventor培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，在全國(guó)多個(gè)地區(qū)舉辦中小學(xué)教師培訓(xùn)，同時(shí)組織過(guò)多屆中小學(xué)生的競(jìng)賽，得到了國(guó)內(nèi)眾多教師和學(xué)生的積極響應(yīng)，因此筆者相信應(yīng)用App Inventor在編程教育中培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維是可行的。

四、研究流程

圖1 基于計(jì)算思維的課程架構(gòu)

App Inventor是快速開(kāi)發(fā)移動(dòng)應(yīng)用的設(shè)計(jì)工具，它結(jié)合教育功能，把程序設(shè)計(jì)的思想通過(guò)代碼塊的拼接實(shí)現(xiàn)，它的這一特征尤其適合應(yīng)用在中學(xué)信息技術(shù)的課堂教學(xué)中。我校也開(kāi)設(shè)了這門課程。我的課程整體設(shè)計(jì)是每節(jié)課讓學(xué)生在一個(gè)小任務(wù)的驅(qū)動(dòng)下學(xué)習(xí)，不斷完善程序設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)。學(xué)生在開(kāi)始的幾節(jié)課里學(xué)習(xí)興趣濃厚，積極參與，進(jìn)步很大，課堂任務(wù)完成效率比較高。我以為學(xué)生的程序設(shè)計(jì)能力有了一定的基礎(chǔ)，在后面一節(jié)課《貪吃球》的教學(xué)過(guò)程中，我把之前既定的教學(xué)環(huán)節(jié)“參照程序流程圖編寫程序”故意刪掉了，看看學(xué)生能不能自己設(shè)計(jì)程序并實(shí)現(xiàn)，結(jié)果令我大跌眼鏡，只有幾位學(xué)生能夠獨(dú)立完成，并且耗時(shí)很久，而大部分學(xué)生無(wú)法實(shí)現(xiàn)編程。課下我努力反思，怎么少了一個(gè)流程圖學(xué)生就做不出來(lái)了呢？

在2017版《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》中指出，計(jì)算思維是學(xué)生信息技術(shù)學(xué)科需要具備的核心素養(yǎng)之一，如果學(xué)生缺乏這項(xiàng)能力，就無(wú)法在信息活動(dòng)中采用計(jì)算機(jī)處理問(wèn)題的方式形成解決問(wèn)題的方案。

本研究的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)選擇了ADDLE教學(xué)設(shè)計(jì)模型[4]，它體現(xiàn)了科學(xué)的教學(xué)設(shè)計(jì)流程：1）學(xué)習(xí)者、學(xué)習(xí)內(nèi)容分析；2）設(shè)計(jì)教學(xué)的策略與活動(dòng)；3）制定詳細(xì)的課程實(shí)施方案，開(kāi)發(fā)課程教學(xué)所需要的材料；4）實(shí)施和開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)；5）進(jìn)行教學(xué)評(píng)價(jià)。ADDLE教學(xué)設(shè)計(jì)模式如下圖所示：

圖2 ADDLE教學(xué)模式流程圖

李藝教授嘗試把學(xué)科核心素養(yǎng)細(xì)化為三層架構(gòu)，最底層是“雙基層”，以基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能為核心；中間層是“問(wèn)題解決層”，以解決問(wèn)題過(guò)程中所獲得的基本方法為核心；頂層是“計(jì)算思維層”，指在系統(tǒng)的學(xué)科學(xué)習(xí)中通過(guò)體驗(yàn)、認(rèn)識(shí)及內(nèi)化等過(guò)程逐步形成相對(duì)穩(wěn)定的思考問(wèn)題、解決問(wèn)題的思維方法和價(jià)值[5]。筆者認(rèn)為這個(gè)三層架構(gòu)凸顯了計(jì)算思維的核心本質(zhì)——問(wèn)題解決，能夠很好地被遷移到計(jì)算思維的課程架構(gòu)中，但筆者做出了相應(yīng)的修改，李藝教授原架構(gòu)圖是三層柱狀圖，筆者將其修改為三層錐狀圖，旨在突出下層結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)性以及上層架構(gòu)的升華性，更能凸顯計(jì)算思維習(xí)得的指向。如下圖所示：

圖3 基于計(jì)算思維的課程架構(gòu)

筆者在上面生成的基于計(jì)算思維的課程架構(gòu)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了教學(xué)設(shè)計(jì)模型，如下圖4所示。

圖4 基于培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的高中信息技術(shù)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)模型

雙基層的教學(xué)活動(dòng)以教師的講授和學(xué)生的體驗(yàn)為主，教學(xué)內(nèi)容主要是App Inventor中組件及其屬性的應(yīng)用和內(nèi)置塊的調(diào)用，設(shè)計(jì)意圖是通過(guò)老師的介紹讓學(xué)生對(duì)App Inventor的操作盡快地熟悉起來(lái)，掌握組件的設(shè)計(jì)，是整個(gè)學(xué)習(xí)的最基礎(chǔ)階段。

問(wèn)題解決層中教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)主要是基于協(xié)作與探究的任務(wù)式學(xué)習(xí)，教學(xué)內(nèi)容涉及順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)、變量、列表、過(guò)程這些知識(shí)點(diǎn)，設(shè)計(jì)意圖是讓學(xué)生在每節(jié)課的任務(wù)中掌握App Inventor程序設(shè)計(jì)的核心編程思想，在學(xué)生解決問(wèn)題的過(guò)程中逐漸培養(yǎng)學(xué)生在建模、分解、抽象等方面的計(jì)算思維，是整個(gè)學(xué)習(xí)的重要階段。

計(jì)算思維層的教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)主要是基于探究與創(chuàng)新學(xué)習(xí)，學(xué)生的學(xué)習(xí)活動(dòng)依托項(xiàng)目展開(kāi)，設(shè)計(jì)目的是強(qiáng)化學(xué)生編程中分解、抽象、概括以及評(píng)價(jià)等方面的計(jì)算思維，最終目的是學(xué)生能夠利用已有知識(shí)解決新的問(wèn)題。值得一提的是在本模型中，計(jì)算思維并不是在頂層“計(jì)算思維層”中習(xí)得的，計(jì)算思維的培養(yǎng)與習(xí)得在第二層中早有體現(xiàn)，在頂層中得到了升華與遷移。在頂層所體現(xiàn)的內(nèi)容應(yīng)當(dāng)是計(jì)算思維的最高級(jí)目標(biāo)——利用計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的過(guò)程與方法，遷移到與之相關(guān)的其他問(wèn)題解決中。項(xiàng)目學(xué)習(xí)會(huì)給學(xué)生提供一個(gè)探究與創(chuàng)新的舞臺(tái)，在完成項(xiàng)目的過(guò)程中學(xué)生的計(jì)算思維應(yīng)該能夠得到不同程度的提高。

教學(xué)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)：

1.雙基層強(qiáng)調(diào)體驗(yàn)，教師講授是盡量選擇組件設(shè)計(jì)豐富，編程易于實(shí)現(xiàn)的案例。一方面讓學(xué)生快速熟悉組件及其屬性設(shè)置，另一方面激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，樹(shù)立學(xué)生的編程信心，這點(diǎn)對(duì)筆者所在這類學(xué)校還是很有必要的。

2.問(wèn)題解決層強(qiáng)調(diào)引導(dǎo)，每節(jié)課選取的學(xué)習(xí)任務(wù)要有針對(duì)性，教師對(duì)程序的算法教學(xué)可以借助流程圖展開(kāi)，但不能讓學(xué)生依賴流程圖編程。教學(xué)的推行要從教師創(chuàng)建流程圖逐步過(guò)渡到學(xué)生創(chuàng)建流程圖，教學(xué)設(shè)計(jì)需要將計(jì)算思維的抽象、分解、迭代、遞歸、邏輯等內(nèi)容以難度漸進(jìn)的梯度分散到每節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容中。教師的課堂評(píng)價(jià)和反饋必不可少，教師適當(dāng)?shù)母深A(yù)和啟發(fā)對(duì)于學(xué)生計(jì)算思維的習(xí)得至關(guān)重要。

3.項(xiàng)目的選題需要由教師把關(guān)，項(xiàng)目學(xué)習(xí)前期設(shè)計(jì)與規(guī)劃對(duì)于項(xiàng)目能否有效開(kāi)展起決定性作用，這個(gè)環(huán)節(jié)少不了教師的監(jiān)督與指導(dǎo)，項(xiàng)目進(jìn)行過(guò)程中教師還可以轉(zhuǎn)變成參與觀察者，對(duì)單獨(dú)學(xué)生計(jì)算思維的習(xí)得情況進(jìn)行質(zhì)性評(píng)價(jià)，在評(píng)價(jià)過(guò)程中教師亦能反思問(wèn)題解決層教學(xué)中的得與失。

五、課程教學(xué)實(shí)踐

(一)學(xué)習(xí)者分析

筆者任教于珠海郊區(qū)的一所農(nóng)村高中，過(guò)半生源都來(lái)自于農(nóng)村家庭，學(xué)生中考排位區(qū)段在珠海市的七千名之后，不論是學(xué)習(xí)成績(jī)還是學(xué)習(xí)習(xí)慣都差強(qiáng)人意。因此，即使新教材已然落地，但也不是完全適用于我校學(xué)生，筆者和科組同仁必須以學(xué)生為主體，探究更加適合我校學(xué)生的課程及其教學(xué)設(shè)計(jì)。

在開(kāi)學(xué)伊始，筆者設(shè)計(jì)了一份針對(duì)高一新生的問(wèn)卷調(diào)查，見(jiàn)附錄1。問(wèn)卷調(diào)查的結(jié)果顯示，92.5%的學(xué)生對(duì)計(jì)算思維一無(wú)所知，79.8%的學(xué)生不能夠用計(jì)算思維解決數(shù)學(xué)問(wèn)題，“和同學(xué)一起合作”是學(xué)生最喜歡的信息技術(shù)學(xué)科學(xué)習(xí)方式，占總比例50.3%，其次是“老師邊講，我們邊做”，學(xué)習(xí)信息技術(shù)最大的困難是“沒(méi)有興趣，不喜歡學(xué)”，占總比例的41.7%，其次是“沒(méi)有養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣”。

綜上所述，學(xué)生對(duì)計(jì)算思維的認(rèn)識(shí)基本空白，運(yùn)用計(jì)算思維解決問(wèn)題的能力有待培養(yǎng)，對(duì)信息技術(shù)課程的學(xué)習(xí)很大程度上依賴興趣，這對(duì)教師的教學(xué)設(shè)計(jì)提出了極高的要求。

（二）研究的落實(shí)

本研究在珠海市斗門區(qū)和風(fēng)中學(xué)2018級(jí)高一新生中筆者任教的8個(gè)班級(jí)中展開(kāi)。學(xué)生通過(guò)15個(gè)課時(shí)，完成App Inventor課程的學(xué)習(xí)。在學(xué)生自我評(píng)價(jià)表中，我們發(fā)現(xiàn)在完成本課程的學(xué)習(xí)之后，學(xué)生對(duì)程序語(yǔ)言設(shè)計(jì)中有很好的認(rèn)知，在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中能夠?qū)θ蝿?wù)進(jìn)行分解，采用計(jì)算思維形成解決問(wèn)題的方案，與此同時(shí)，學(xué)生在團(tuán)隊(duì)合作、批判性思考等方面也大有進(jìn)步。

課下筆者選擇了幾位學(xué)生進(jìn)行訪談，主要涉及在項(xiàng)目中表現(xiàn)非常積極的學(xué)生，在項(xiàng)目學(xué)習(xí)中表現(xiàn)不積極的學(xué)生和愛(ài)提問(wèn)的學(xué)生這三類。筆者設(shè)計(jì)的訪談問(wèn)題關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀體驗(yàn)和感受，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)困難以及對(duì)課程的看法。訪談中無(wú)論基礎(chǔ)好壞的學(xué)生都表示自己在編程方面收獲很大，也能認(rèn)識(shí)到計(jì)算思維在編程中的重要作用，并且能夠運(yùn)用計(jì)算思維解決課堂問(wèn)題，學(xué)生對(duì)課程和教師整體都持肯定態(tài)度。

由于目前我國(guó)高中信息技術(shù)學(xué)科領(lǐng)域沒(méi)有權(quán)威的關(guān)于學(xué)生計(jì)算思維的評(píng)價(jià)量表，所以本研究主要采用質(zhì)的研究方法，并沒(méi)有量化的數(shù)據(jù)進(jìn)行教學(xué)前后以及實(shí)驗(yàn)組、對(duì)照組的數(shù)據(jù)對(duì)比，筆者也期望今后能夠完善這部分研究。

六、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，筆者提出的基于培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的高中信息技術(shù)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)模型在高中信息技術(shù)課堂教學(xué)中具有很強(qiáng)的操作性，通過(guò)本模型的實(shí)施，確實(shí)能夠有效地提高學(xué)生的計(jì)算思維，讓學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用編程的思維去解決問(wèn)題。同時(shí)，筆者認(rèn)為本模型具有很強(qiáng)的遷移性，它不僅適用于App Inventor的課堂教學(xué)，也同樣適用于其他的編程工具的教學(xué)，可以給一線教師提供參考和借鑒。