摘要" 目前，小學(xué)階段利用圖形化編程軟件培養(yǎng)學(xué)生的計算思維已成為信息科技課程中的主流趨勢。但在常規(guī)的信息科技課程中教師采用“講授—操作”的教學(xué)方法，學(xué)生計算思維的培養(yǎng)效果并不理想，如采用游戲化教學(xué)法能在一定程度上激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進而培養(yǎng)學(xué)生的計算思維?；诖?，本文以超級馬里奧游戲為例，基于Kitten圖形化編程軟件進行游戲化教學(xué)設(shè)計，旨在為教育工作者培養(yǎng)小學(xué)生的計算思維提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：計算思維培養(yǎng)；游戲化教學(xué)；小學(xué)生；Kitten

一、引言

當代小學(xué)生作為數(shù)字化時代的原住民，亟需借助計算思維成長為優(yōu)秀的數(shù)字公民，以便適應(yīng)未來社會的生產(chǎn)生活。利用編程教學(xué)培養(yǎng)計算思維已經(jīng)取得共識。我國教育部正在制定專門文件推動和規(guī)范編程教育發(fā)展，包括將編程教育納入中小學(xué)相關(guān)課程[1]，提高學(xué)生的計算思維能力。目前小學(xué)編程的培養(yǎng)主要以Kitten、Scratch、Micro：bit等可視化編程軟件為主，但由于編程本身的復(fù)雜性及枯燥性，教師在教學(xué)過程中也遇到諸多難題，導(dǎo)致學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效果并不理想，學(xué)習(xí)過程中表現(xiàn)出極大的畏難情緒。因此，以“寓教于樂”為核心理念的游戲化教學(xué)模式逐漸邁進了少兒編程教育視野中，在培養(yǎng)學(xué)生計算思維方面取得了良好的教學(xué)效果。

二、計算思維

2006年，卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的周以真教授提出了計算思維的內(nèi)涵，即：運用計算機學(xué)的基礎(chǔ)概念進行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計，以及人類行為理解的涵蓋計算機科學(xué)廣度的一系列思維活動[2]。各國的研究機構(gòu)以及學(xué)者均從不同角度對計算思維概念進行了深入研究。我國教育部于2022年頒布的義務(wù)教育《信息科技課程標準》對計算思維進行了明確的定義：計算思維是指個體運用計算機科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，在問題解決過程中涉及的抽象、分解、建模、算法設(shè)計等思維活動[3]。綜上所述，計算思維是人類學(xué)習(xí)計算機問題求解的一系列思維過程，為人們理解信息化、數(shù)字化、智能化的世界提供的新視角。本文將計算思維定義為基于計算機科學(xué)視角進行問題解決的思維方式，不局限于計算機科學(xué)領(lǐng)域，而是包括分析、抽象、建模、算法等。

三、kitten軟件

Kitten軟件是由我國編程貓教育科技有限公司自主研發(fā)并向全球免費開放的可視化編程工具，它將復(fù)雜的英文代碼編程語言轉(zhuǎn)換成積木圖形，并通過指令化、模塊化方式，以游戲、情景動畫、積木構(gòu)建等多種形式呈現(xiàn)給學(xué)習(xí)者。學(xué)習(xí)者只需以鼠標拖拽的方式將色彩豐富的代碼塊像搭積木一樣組合在一起，便可以創(chuàng)建動畫、游戲等作品。目前Kitten已經(jīng)得到NOC（全國中小學(xué)信息技術(shù)創(chuàng)新與實踐大賽）與NCT（全國青少年編程能力等級考試）的支持。相比于Scratch軟件的復(fù)雜應(yīng)用，Kitten編程軟件更適合中國兒童的計算思維培養(yǎng)?；诖耍狙芯繉⒃诮虒W(xué)過程中可以利用Kitten平臺，通過制作游戲進行游戲化教學(xué)，進而培養(yǎng)學(xué)生的計算思維。

四、利用游戲化教學(xué)培養(yǎng)計算思維的可行性分析

游戲化教學(xué)是依據(jù)學(xué)習(xí)者的心理特征，通過開發(fā)或選擇游戲，并將其與教學(xué)過程相結(jié)合，使學(xué)生在輕松愉悅的氛圍中開展學(xué)習(xí)的一種教學(xué)活動[4]。思維培養(yǎng)需要一個長期的過程，尤其是計算思維的培養(yǎng)本身就具有枯燥性、長期性等特點，因此更加需要融入游戲元素來激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動機，助力計算思維的培養(yǎng)。此外，小學(xué)階段是培養(yǎng)計算思維的關(guān)鍵時期，低年齡段的學(xué)生更傾向于通過游戲化的方式學(xué)習(xí)課程內(nèi)容，這使得培養(yǎng)計算思維具有可行性及易操作性。目前，借助游戲培養(yǎng)計算思維主要有兩種方式：一種是結(jié)構(gòu)游戲化，即利用游戲元素驅(qū)動學(xué)習(xí)項目，使整個計算思維培養(yǎng)的流程呈現(xiàn)明顯的游戲特征；另一種是內(nèi)容游戲化，即教師將教學(xué)內(nèi)容設(shè)計為游戲的開發(fā)與制作，讓學(xué)生在動手操作過程中體會學(xué)習(xí)的樂趣，并在與游戲交互的過程中發(fā)展計算思維能力。因此，本文借助以上兩種游戲化教學(xué)的方式，以計算思維能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，以Kitten軟件為依托進行教學(xué)設(shè)計研究，以期為研究者和一線教師提供啟發(fā)。

五、面向計算思維培養(yǎng)的游戲化教學(xué)設(shè)計

（一）學(xué)習(xí)內(nèi)容和游戲資源分析

在學(xué)習(xí)內(nèi)容方面，選用黑龍江省A小學(xué)信息科技課程校本教材《超級馬里奧》，其中涉及的知識點包括循環(huán)、判斷、偵測、聲控等基本語句模塊的綜合運用，最終實現(xiàn)通過聲音控制角色人物跳過障礙物的效果。在游戲資源方面，以經(jīng)典游戲《超級馬里奧》為游戲背景，通過角色跳過障礙物進行闖關(guān)，具有可玩性和易操作性。其次，此課學(xué)習(xí)的知識點為該游戲的制作提供了技術(shù)支持，具有一定的關(guān)聯(lián)性和拓展性。最后，在完成闖關(guān)任務(wù)的過程中設(shè)有學(xué)習(xí)幣、闖關(guān)游戲攻略等環(huán)節(jié)，可以提高學(xué)習(xí)娛樂性，增加學(xué)生游戲的體驗感和愉悅感。

（二）學(xué)情分析

從思維發(fā)展的角度看，五年級學(xué)生正處于具體運算階段，其認知結(jié)構(gòu)特點表現(xiàn)為邏輯思維能力開始發(fā)展，抽象思維能力正在快速發(fā)展。從知識掌握的程度上來看，學(xué)生已經(jīng)具備一定的編程基礎(chǔ)，熟悉編程貓操作平臺，并具備獨立編寫使角色移動的程序的能力，能夠利用循環(huán)、條件判斷編寫程序，但還需要進一步學(xué)習(xí)偵測和聲控模塊如何控制角色移動。從學(xué)習(xí)動機的角度看，五年級學(xué)生的心理特點為好奇心強，感知覺發(fā)展迅速，對色彩、聲音、動畫非常敏感，對游戲內(nèi)容具有一定的學(xué)習(xí)興趣。

（三）教學(xué)目標

為了更有針對性地培養(yǎng)學(xué)生的計算思維，本次教學(xué)目標選擇了王旭卿教授提出的計算思維三維框架目標，內(nèi)容包括：計算概念、計算實踐、計算觀念。其中，計算概念指的是在編程中廣泛運用的概念，包括序列、循環(huán)、事件、并行、條件語句、運算符號和數(shù)據(jù)。計算實踐是指作者對一個作品的創(chuàng)作過程，研究中將其分解為四個部分：試驗與迭代、測試與調(diào)試、重用與改編、抽象與模塊化。計算觀念指的是學(xué)習(xí)者對超出作品本身事物的思考和理解能力，包括表達、聯(lián)系和質(zhì)疑。

1.計算概念：學(xué)生能夠理解變量模塊如何控制角色人物的連續(xù)移動，并明確循環(huán)、判斷、偵測、聲控模塊的功能；能深入理解條件語句、判斷語句以及邏輯循環(huán)語句等命令。

2.計算實踐：將整個游戲任務(wù)按照角色人物、人物動作分解為具體的游戲項目并完成程序設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生的分解問題能力；將抽象語言轉(zhuǎn)化成顯示語言，用思維導(dǎo)圖來表示抽象問題，鍛煉學(xué)生將角色功能轉(zhuǎn)化成程序語言的抽象思維能力；對程序進行測試、調(diào)試，并解決程序中出現(xiàn)的問題，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的實踐操作能力。

3.計算觀念：在游戲的設(shè)計過程中，學(xué)生將體會游戲創(chuàng)作和編程的樂趣；通過撰寫思維導(dǎo)圖培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維能力；通過代碼的調(diào)試和程序漏洞的修改，對程序進行完善，培養(yǎng)學(xué)生良好的編程習(xí)慣；通過游戲的編寫和完善，培養(yǎng)學(xué)生不畏艱難、勇于探索的學(xué)習(xí)意識，幫助學(xué)生樹立強大的自信心。

（四）教學(xué)過程

教學(xué)過程以培養(yǎng)計算思維為基礎(chǔ)，將游戲化教學(xué)思想貫穿課程始終，并具體劃分為四個層面和五大步驟，具體教學(xué)設(shè)計過程如下所示。

1.游戲?qū)?，激趣增效：在正式上課之前，教師將馬里奧.exe游戲通過極域電子課堂由教師機發(fā)送至學(xué)生機。隨后，組織學(xué)生進行游戲競賽，設(shè)定45秒的倒計時，利用倒計時的緊張感調(diào)動學(xué)生參與的積極性。在游戲競賽的過程中，馬里奧存活時間最長的學(xué)生將獲得學(xué)習(xí)金幣。與以往教師展示游戲操作、講解游戲規(guī)則的傳統(tǒng)授課方式不同，學(xué)生在動手操作中可以體會到游戲的魅力，獲得學(xué)習(xí)參與感和學(xué)習(xí)樂趣。在游戲競賽結(jié)束后，由教師引出本節(jié)課學(xué)習(xí)任務(wù)——制作超級馬里奧游戲。

2.角色分析，場景搭建：教師引導(dǎo)學(xué)生分析馬里奧和背景的角色功能，目的是幫助學(xué)生理清游戲思路，避免學(xué)生過度沉迷游戲。學(xué)生通過觀察分析、交流討論等活動，明確游戲中不同角色的具體功能，并最終將思考的結(jié)果以思維導(dǎo)圖的形式呈現(xiàn)出來。在繪制思維導(dǎo)圖過程中，思路清晰的同學(xué)將獲得學(xué)習(xí)幣作為獎勵。若在展示思維導(dǎo)圖時存在明顯的邏輯思維漏洞，則會扣除相應(yīng)的學(xué)習(xí)幣，并且告知學(xué)生可以在后續(xù)任務(wù)中繼續(xù)賺取學(xué)習(xí)幣，以此調(diào)動學(xué)生的自我激勵意識和競爭意識。此環(huán)節(jié)的設(shè)計意圖在于利用游戲的價值重塑學(xué)生學(xué)習(xí)方式，引導(dǎo)學(xué)生進入心流的學(xué)習(xí)狀態(tài)。通過游戲，學(xué)生能夠?qū)⑺季S過程進行抽象概括，主動聚焦關(guān)鍵信息，有利于發(fā)展學(xué)生計算思維中的抽象能力。此外，繪制游戲角色流程圖還有助于促進小學(xué)生思維過程具體化和系統(tǒng)化，提高小學(xué)生的邏輯表達力和語言組織力。隨后，學(xué)生運用教師準備的馬里奧游戲資源，選擇游戲人物、背景等添加到舞臺上。這一環(huán)節(jié)旨在帶領(lǐng)學(xué)生復(fù)習(xí)添加背景角色等的基本模塊操作，為下一步游戲的編寫與制作奠定基礎(chǔ)。

3.闖關(guān)挑戰(zhàn)，游戲編寫：教師與學(xué)生共同進行游戲分析，將整個游戲化繁為簡，有利于發(fā)展學(xué)生計算思維中的分解能力。本環(huán)節(jié)的具體代碼如表1所示。第一闖關(guān)任務(wù)為實現(xiàn)馬里奧角色運動。教師發(fā)布關(guān)于“角色跳躍”的闖關(guān)攻略，為學(xué)生搭建腳手架學(xué)習(xí)，學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)以及與同伴合作實現(xiàn)馬里奧跳躍的效果。第二關(guān)任務(wù)是實現(xiàn)背景圖向相反方向移動，從而營造出馬里奧前進的視覺效果。由于學(xué)生已經(jīng)具備實現(xiàn)角色移動的基礎(chǔ)，在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生將馬里奧和背景圖進行規(guī)律整合，最終呈現(xiàn)角色運動的效果。在此過程中，學(xué)生的模式識別能力得到了鍛煉。第三關(guān)任務(wù)是實現(xiàn)拍手跳躍功能。教師講解聲控模塊的模塊功能，學(xué)生運用聲音偵測模塊實現(xiàn)該游戲效果。在此過程中，調(diào)動學(xué)生眼、手、耳等多重感官，通過游戲元素與知識的深度融合，增強學(xué)生游戲的體驗感，增加學(xué)習(xí)的交互性。在每一關(guān)闖關(guān)成功后，教師應(yīng)獎勵完成者學(xué)習(xí)幣，給予學(xué)習(xí)者及時反饋，提高學(xué)生學(xué)習(xí)愉悅感。

4.游戲內(nèi)測，迭代優(yōu)化：在程序搭建完成后，需要對現(xiàn)有程序進行測試，提升學(xué)生開發(fā)測試能力和游戲主體意識。學(xué)生基于對游戲的興趣，主動思考馬里奧和背景是否都實現(xiàn)了預(yù)設(shè)的角色功能；教師在教室巡場的過程中，給予同學(xué)必要的答疑和指導(dǎo)。對于學(xué)習(xí)者來說，這個過程是一個自我監(jiān)控、反思和調(diào)節(jié)的過程，也是有意識地使用元認知策略的過程，可以有效地提高計算思維中問題解決的能力。

5.課后小結(jié)，創(chuàng)意制作：教師發(fā)布開放式任務(wù)，鼓勵學(xué)生根據(jù)自己的想象對游戲進行創(chuàng)新，避免作品同質(zhì)化。同時，教師還應(yīng)以強化素養(yǎng)為導(dǎo)向，對作品進行多元評價，確保評價全面而客觀。在課程結(jié)束后，教師統(tǒng)計學(xué)習(xí)幣，為學(xué)生頒發(fā)學(xué)習(xí)徽章，給予學(xué)生直接反饋，進而提高學(xué)生的自我效能感。

六、思考與建議

本文根據(jù)編程教學(xué)中遇到的問題和困惑，借助游戲化教學(xué)的原則與策略，以培養(yǎng)學(xué)生的計算思維為目標設(shè)計出了相關(guān)的教學(xué)流程，但在實際教學(xué)的過程中，筆者產(chǎn)生了以下幾點思考。

1.基于學(xué)情，調(diào)整教學(xué)內(nèi)容：Kitten作為一個國產(chǎn)的圖形化編程軟件，便于小學(xué)生學(xué)習(xí)與操作。由于學(xué)生正處于思維發(fā)展的階段，因此要控制學(xué)生的學(xué)習(xí)難度，以此保持學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣?？紤]到學(xué)生編程基礎(chǔ)較弱，計算思維能力不強，在該課的教學(xué)中刪除了傳感器相關(guān)內(nèi)容，直接為學(xué)生提供搭建好的場景與角色，降低學(xué)習(xí)難度，使學(xué)生通過完成作品獲得學(xué)習(xí)成就感。

2.利用思維導(dǎo)圖，理清作品思路：教師引導(dǎo)學(xué)生利用思維導(dǎo)圖對游戲《超級馬里奧》中的不同角色進行分析，這樣做不僅有助于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力，也是幫助學(xué)生理解編程的重點。筆者在《超級馬里奧》游戲教學(xué)設(shè)計中，通過思維導(dǎo)圖理清了主角馬里奧和背景的相對運動關(guān)系，將邏輯順序進行層層細化與形象化，使學(xué)生能真正地理解整個編程的邏輯順序，從而能快速、高效地搭建腳本。

3.關(guān)注學(xué)生個性差異，實現(xiàn)分層教學(xué)：由于每個學(xué)生接觸計算機的程度不同，在編程的學(xué)習(xí)中也存在一定的差異，從而導(dǎo)致計算思維水平存在差異。因此，教師在進行教學(xué)設(shè)計時需要充分考慮全體學(xué)生的情況，讓各個年齡段的學(xué)生都學(xué)有所得。在《超級馬里奧》這節(jié)課中，筆者最后給學(xué)生留了一些思考空間，讓學(xué)生通過增加不同的關(guān)卡模式完善其作品，這樣既鍛煉了高水平學(xué)生在計算思維中的問題解決能力，又面向了全體學(xué)生，充分利用分層教學(xué)的教學(xué)理念，落實了全員育人的教育思想，提高小學(xué)生整體的計算思維水平。

七、結(jié)束語

綜上所述，本文在對計算思維、游戲化教學(xué)、Kitten軟件平臺分析和闡述的基礎(chǔ)上，設(shè)計了以《超級馬里奧》為例的Kitten游戲化教學(xué)課程，旨在培養(yǎng)小學(xué)生計算思維中的抽象能力、分解能力、模式識別能力和問題解決能力。在整個教學(xué)過程中，倡導(dǎo)先學(xué)后教、以學(xué)定教，讓學(xué)生在玩中學(xué)，在做中悟，從而打造學(xué)、教、做、評四位一體的學(xué)習(xí)閉環(huán)。期望通過這一實踐過程，能夠培養(yǎng)小學(xué)生的計算思維能力，幫助學(xué)生更好地融入未來的信息社會。

作者單位：趙淼 孫崴 佳木斯大學(xué)

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.《關(guān)于政協(xié)十三屆全國委員會第三次會議第3172號（教育類297號）提案答復(fù)的函》[EB/OL].[2022-01-21].http：//www.moe.gov.cn/jyb_xxgk/xxgk_jyta/jyta_jiaocaiju/202012/t2020120_504364.html.

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

[3]教育部.義務(wù)教育信息科技課程標準（2022年版）[M].北京：人民教育出版社，2022.

[4]熊秋娥，葛越. Kitten游戲化編程培養(yǎng)小學(xué)生計算思維的實證研究[J].基礎(chǔ)教育，2019，46（6）：27-35.