文/王懷磊

引 言

計(jì)算思維包含分解、模式識別、抽象、算法四個(gè)維度的內(nèi)容。通過分解，學(xué)生可以將復(fù)雜問題分割為簡單的小問題，化繁為簡，讓問題的處理過程更簡便；通過模式識別，學(xué)生可以在操作任務(wù)中找到相似的模式，發(fā)現(xiàn)事物的規(guī)律，然后不斷地重復(fù)執(zhí)行；通過抽象，學(xué)生可以剔除與核心問題無關(guān)的模式，抓住問題最本質(zhì)的部分，創(chuàng)建解決問題的規(guī)則；通過算法，學(xué)生可以利用編程的方法設(shè)計(jì)指令，制訂計(jì)劃和步驟，解決核心問題。在初中信息技術(shù)教學(xué)中，教師首先要對計(jì)算思維的各個(gè)要素進(jìn)行剖析，制訂教學(xué)計(jì)劃，進(jìn)而引入數(shù)字化游戲，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。

一、相關(guān)概念界定

（一）計(jì)算思維釋義

計(jì)算思維是一種運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基本概念求解問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)、理解人類行為的思維。培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維有利于提高學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)造能力，促進(jìn)學(xué)生專業(yè)發(fā)展，對學(xué)生的個(gè)人成長有十分重要的價(jià)值[1]。教師可以通過信息技術(shù)基礎(chǔ)課程、數(shù)據(jù)庫課程、程序設(shè)計(jì)課程培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維。

（二）數(shù)字化游戲釋義

數(shù)字化游戲是信息時(shí)代的產(chǎn)物，這種游戲具有一

定的娛樂和休閑功能，以應(yīng)用程序、軟件的形式存在，可以通過計(jì)算機(jī)設(shè)備運(yùn)行。教師可以將數(shù)字化游戲引入初中信息技術(shù)教學(xué)中，融合數(shù)字化游戲和教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生在游戲中展開人機(jī)互動(dòng)，通過挑戰(zhàn)新的游戲內(nèi)容獲得愉悅的體驗(yàn)。

二、Python課程數(shù)字化游戲教學(xué)中培養(yǎng)初中生計(jì)算思維的模型分析以及Python、數(shù)字化游戲、計(jì)算思維三者間關(guān)系的模型分析

（一）Python課程數(shù)字化游戲教學(xué)中培養(yǎng)初中生計(jì)算思維的教學(xué)模型分析

針對Python課程而言，教師需要科學(xué)布置課堂教學(xué)活動(dòng)，引入數(shù)字化游戲，通過數(shù)字化游戲優(yōu)化課堂教學(xué)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生在數(shù)字化游戲中練習(xí)編程，通過游戲操作體驗(yàn)編程的作用，加深對Python編程的理解。首先，教師需要結(jié)合課本教材及學(xué)生的編程知識基礎(chǔ)，分析課堂教學(xué)內(nèi)容，明確具體的教學(xué)目標(biāo)，設(shè)置相應(yīng)的問題，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)數(shù)字化的游戲情境。對于初中生而言，計(jì)算思維的發(fā)展需要經(jīng)歷一個(gè)循序漸進(jìn)的過程，教師需要在課堂教學(xué)過程中認(rèn)真觀察學(xué)生的反應(yīng)，為學(xué)生提供個(gè)性化的指導(dǎo)，對學(xué)生參與數(shù)字化游戲的過程、學(xué)習(xí)Python的效果進(jìn)行評價(jià)，總結(jié)學(xué)生的階段化學(xué)習(xí)成果，鼓勵(lì)學(xué)生在課堂上與他人分享和交流。Python課程數(shù)字化游戲教學(xué)中培養(yǎng)初中生計(jì)算思維的教學(xué)模型如圖1所示。

圖1 Python課程數(shù)字化游戲教學(xué)中培養(yǎng)初中生計(jì)算思維的教學(xué)模型

（二）Python、數(shù)字化游戲、計(jì)算思維三者間關(guān)系模型分析

Python課程、數(shù)字化游戲和學(xué)生的計(jì)算思維之間有密切的關(guān)聯(lián)，數(shù)字化游戲可以引入Python課程中，增強(qiáng)課程實(shí)施的效果，促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維的發(fā)展[2]。要想充分發(fā)揮數(shù)字化游戲在編程課程中的作用，使學(xué)生的計(jì)算思維獲得快速發(fā)展，教師需要深入分析三者的關(guān)系。通過分析、推理，可以得到如圖2的結(jié)構(gòu)圖。

圖2 Python、數(shù)字化游戲、計(jì)算思維三者間關(guān)系的模型

教師首先要考慮“計(jì)算思維包含哪些部分？”“Python教學(xué)怎樣作用于學(xué)生的計(jì)算思維？”“怎樣利用數(shù)字化游戲激發(fā)學(xué)生的興趣？”等。在關(guān)系模型中，“計(jì)算思維”居于首要位置，是實(shí)踐教學(xué)的核心，教師需要掌握學(xué)生現(xiàn)有的知識基礎(chǔ)，確定教學(xué)目標(biāo)，針對Python知識、數(shù)字化游戲科學(xué)組織課堂教學(xué)活動(dòng)。

編程課程對學(xué)生的計(jì)算思維要求較高，學(xué)生必須熟練掌握計(jì)算機(jī)的應(yīng)用知識，熟悉計(jì)算機(jī)的操作，這樣才能完成簡單的編程，提高編程能力。從這個(gè)角度來說，編程課程是培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的重要方法，教師需要引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)Python語言，在編程的學(xué)習(xí)過程中緊緊抓住計(jì)算思維的四個(gè)維度。另外，數(shù)字化游戲是Python課程的有效輔助工具，通過引入豐富多彩的數(shù)字化游戲，學(xué)生能夠提高編程學(xué)習(xí)的動(dòng)力。計(jì)算思維的四個(gè)要素為分解、抽象、模式識別、算法。Python中通用的要素可概括為類、對象、屬性、方法、事件，計(jì)算思維中的四個(gè)要素可以通過Python課程體現(xiàn)。數(shù)字化游戲包含角色、場景、任務(wù)、規(guī)則等，這些要素可以和Python課程結(jié)合，將Python課程中的要素以游戲的形式體現(xiàn)出來。

三、Python課程數(shù)字化游戲教學(xué)對培養(yǎng)初中生計(jì)算思維的意義

（一）助力學(xué)生計(jì)算思維能力的提升

數(shù)字化游戲教學(xué)能夠讓學(xué)生擁有更多機(jī)會(huì)操作計(jì)算機(jī)，熟練掌握鍵盤、鼠標(biāo)的應(yīng)用方法，提高打字速度，最終實(shí)現(xiàn)計(jì)算思維能力的提高。在實(shí)踐教學(xué)中，教師引入“紙牌游戲”“大魚吃小魚”“連連看”等數(shù)字化游戲，能讓學(xué)生沉浸于緊張的闖關(guān)氣氛中，通過不斷探索、競爭提高學(xué)習(xí)質(zhì)量，熟練掌握鼠標(biāo)的基本操作，快速、準(zhǔn)確發(fā)出指令。在鍵盤的操作方面，教師引入“警察抓小偷”等游戲，能讓學(xué)生完成相關(guān)指法練習(xí)。

（二）助力學(xué)生計(jì)算思維態(tài)度的轉(zhuǎn)變

Python課程包含Python基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)庫、函數(shù)模塊等內(nèi)容，很多學(xué)生在剛剛接觸編程時(shí)興趣盎然，但在真正展開練習(xí)時(shí)，就會(huì)變得不耐煩。針對這種情況，教師引入數(shù)字化游戲，能讓枯燥乏味的編程教學(xué)變得生動(dòng)有趣，減輕學(xué)生的學(xué)習(xí)壓力，轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度。在Python課程的教學(xué)中，教師結(jié)合課堂教學(xué)內(nèi)容，為學(xué)生編一些數(shù)字化游戲的程序，能讓學(xué)生體驗(yàn)編程的功能、用法。

四、Python課程數(shù)字化游戲教學(xué)培養(yǎng)初中生計(jì)算思維的實(shí)踐研究過程

（一）研究對象

本次實(shí)踐研究的對象為初二年級的兩個(gè)班，其中一班共有42名學(xué)生，為本次研究的實(shí)驗(yàn)組，二班共有40人，為本次研究的對照組。實(shí)驗(yàn)組在Python教學(xué)中融合數(shù)字化游戲，包括“貪吃蛇”“俄羅斯方塊”“五子棋”等，不同的教學(xué)內(nèi)容對應(yīng)不同的數(shù)字化游戲。此外，對照組在教學(xué)中采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法，為確保實(shí)驗(yàn)的對比性和有效性，實(shí)驗(yàn)組和對照組的教師相同。

（二）研究工具

本次教學(xué)實(shí)踐研究的工具為陳興治等人編制的“本土化計(jì)算思維評價(jià)指標(biāo)體系”，運(yùn)用該評價(jià)指標(biāo)測試學(xué)生計(jì)算思維的變化，驗(yàn)證數(shù)字化游戲?qū)Υ龠M(jìn)學(xué)生計(jì)算思維發(fā)展的作用。

（三）研究案例

1.教師設(shè)定教學(xué)目標(biāo)

在實(shí)踐研究過程中，教師應(yīng)首先明確教學(xué)目標(biāo)，包含學(xué)生的計(jì)算思維目標(biāo)、游戲目標(biāo)、Python知識目標(biāo)。在確定教學(xué)目標(biāo)后，教師要對學(xué)生進(jìn)行全面分析。在本次實(shí)證研究中，學(xué)生有一定的Python編程基礎(chǔ)，但是游戲編程能力較弱，學(xué)習(xí)積極性不高。在教學(xué)中，教師將“俄羅斯方塊”作為游戲教學(xué)的主要內(nèi)容，設(shè)計(jì)課堂教學(xué)問題：“怎樣通過五大核心概念實(shí)現(xiàn)‘俄羅斯方塊’的游戲？”然后引導(dǎo)學(xué)生思考，鼓勵(lì)學(xué)生制訂具體方案。之后，教師結(jié)合教學(xué)目標(biāo)、Python課程的知識、“俄羅斯”方塊游戲，創(chuàng)建了課堂教學(xué)活動(dòng)。

2.實(shí)施教學(xué)方案

在確定教學(xué)目標(biāo)后，教師要在實(shí)驗(yàn)組完成教學(xué)實(shí)踐工作，為學(xué)生設(shè)置游戲任務(wù)，提出學(xué)習(xí)問題，指導(dǎo)學(xué)生通過交流討論、自主探究完成編程任務(wù)和游戲任務(wù)，提高學(xué)生的計(jì)算思維能力。在實(shí)驗(yàn)組，教師應(yīng)用數(shù)字化游戲，開展了包括“俄羅斯方塊”在內(nèi)的多個(gè)游戲項(xiàng)目，指導(dǎo)學(xué)生開展游戲編程，反復(fù)思考游戲編程中的問題，利用數(shù)字化游戲開展Python編程教學(xué)。在對照組，教師運(yùn)用傳統(tǒng)的Python教學(xué)方法，在教學(xué)進(jìn)度等方面與實(shí)驗(yàn)組保持一致。

（四）研究過程

本次教學(xué)實(shí)踐研究從2022年3月到2022年6月。在實(shí)驗(yàn)過程中，實(shí)驗(yàn)組的Python課程采用數(shù)字化游戲的方式，涉及“俄羅斯方塊”“貪吃蛇”“五子棋”等數(shù)字化游戲教學(xué)項(xiàng)目，在Python知識方面主要涉及函數(shù)、算法、數(shù)據(jù)類型、文件操作等。對照組采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法，涉及的Python知識與實(shí)驗(yàn)組一致。在整個(gè)研究過程中，實(shí)驗(yàn)組共授課28個(gè)課時(shí)，對照組共授課28個(gè)課時(shí)。在Python課程教學(xué)實(shí)踐研究中，研究人員對實(shí)驗(yàn)組和對照組開展了計(jì)算思維前后測試，兩次測試的時(shí)間分別為2022年3月1日和2022年6月30日。

（五）研究結(jié)果

如前測數(shù)據(jù)顯示（見表1），實(shí)驗(yàn)組學(xué)生和對照組學(xué)生的計(jì)算思維基本處于同一水平，兩組學(xué)生的分解、抽象、概括、算法、評估等能力差別較小。后測數(shù)據(jù)顯示，實(shí)驗(yàn)組學(xué)生和對照組學(xué)生在計(jì)算思維上出現(xiàn)了較大差異。通過分析實(shí)驗(yàn)組和對照組前測和后測中計(jì)算思維各個(gè)維度的均值，可以發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組學(xué)生的計(jì)算思維能力有了大幅度提升，對照組學(xué)生的計(jì)算思維能力雖然也在原有基礎(chǔ)上獲得了提升，但總體上的進(jìn)步情況與實(shí)驗(yàn)組學(xué)生有一定差距。

表1 實(shí)驗(yàn)組和對照組前測和后測中計(jì)算思維各維度的均值對比

通過實(shí)驗(yàn)組學(xué)生和對照組學(xué)生Python編程作品中計(jì)算思維四維度計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果（見表2），可以發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組學(xué)生在編程作品中體現(xiàn)的計(jì)算思維能力更高，這充分說明了實(shí)驗(yàn)組學(xué)生的編程實(shí)踐能力和計(jì)算思維能力的提高，同時(shí)也體現(xiàn)了數(shù)字化游戲在編程教學(xué)中的作用。在今后的Python編程教學(xué)中，教師可以適當(dāng)應(yīng)用數(shù)字化游戲，通過數(shù)字化游戲調(diào)動(dòng)學(xué)生的編程學(xué)習(xí)積極性，推動(dòng)學(xué)生計(jì)算思維能力的全面發(fā)展。

表2 實(shí)驗(yàn)組和對照組Python編程作品中計(jì)算思維四維度計(jì)數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果

結(jié) 語

在初中信息技術(shù)教學(xué)中，教師要高度重視對學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)，充分利用Python編程，把握計(jì)算思維的四個(gè)維度要素，促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維態(tài)度的轉(zhuǎn)變和計(jì)算思維技能的提高。在實(shí)踐教學(xué)中，教師可以引入數(shù)字化游戲，將數(shù)字化游戲的各要素與Python課程的要素緊密結(jié)合起來，促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維的發(fā)展。