面向計(jì)算思維的App Inventor課程建設(shè)與實(shí)踐

吳明暉

(浙江大學(xué)城市學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)系，浙江杭州310015)

0 引言

計(jì)算思維(Computational Thinking)被認(rèn)為是一種反映計(jì)算機(jī)技術(shù)本質(zhì)特征和解決問(wèn)題的核心方法，能提升學(xué)生的計(jì)算素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生用計(jì)算機(jī)處理和解決領(lǐng)域問(wèn)題的思維方法和表達(dá)形式，對(duì)學(xué)生有著深遠(yuǎn)影響［1］。雖然計(jì)算思維并非近來(lái)才有，但在周以真(Jeannette M.Wing)把計(jì)算思維定義為“運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基本概念去求解問(wèn)題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類的行為，包括了涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)”［2］后，使計(jì)算思維清晰化和系統(tǒng)化，并得到了大力推廣。在國(guó)內(nèi)，陳國(guó)良院士于2010年發(fā)出了將“計(jì)算思維能力培養(yǎng)”作為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)改革切入點(diǎn)的倡議［3］，同年我國(guó)九校聯(lián)盟(C9)聯(lián)合發(fā)表了關(guān)于以計(jì)算思維改造大學(xué)計(jì)算機(jī)課程的聯(lián)合聲明，其核心要點(diǎn)就是強(qiáng)調(diào)“需要把培養(yǎng)學(xué)生的‘計(jì)算思維’能力作為計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)”［4］。計(jì)算思維能力培養(yǎng)已經(jīng)成為我國(guó)高校各專業(yè)學(xué)生能力培養(yǎng)的重要組成部分。

目前，增強(qiáng)大學(xué)計(jì)算思維培養(yǎng)主要體現(xiàn)在“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”和“程序設(shè)計(jì)”相關(guān)課程改革上，有眾多院校進(jìn)行了探索和實(shí)踐，并且也取得了一定的進(jìn)展［5－6］。但由于面臨計(jì)算機(jī)等級(jí)考試的壓力，課程中所教授的內(nèi)容局限性較大，課程深度改革還需較長(zhǎng)時(shí)間。因此，針對(duì)不具計(jì)算機(jī)專業(yè)基礎(chǔ)的學(xué)生，設(shè)計(jì)和開設(shè)全校性面向計(jì)算思維培養(yǎng)的公共選修課成為一種新的選擇。

1 App Inventor簡(jiǎn)介

App Inventor最初是由Google公司開發(fā)的一款在線開放的Android編程工具軟件，用戶可以拋棄復(fù)雜的傳統(tǒng)軟件開發(fā)的代碼編寫方法，通過(guò)圖形化積木式的拖放組件來(lái)完成Android軟件開發(fā)。App Inventor在2012年1月移交給麻省理工學(xué)院MIT的行動(dòng)學(xué)習(xí)中心，并由MIT發(fā)布使用，目前App Inventor已經(jīng)發(fā)布了第2 版本［7］。

App Inventor具有如下特點(diǎn)，使得它特別適合學(xué)校用于培養(yǎng)缺乏計(jì)算機(jī)專業(yè)編程知識(shí)的初學(xué)者計(jì)算思維之用。

1)容易吸引學(xué)生興趣?，F(xiàn)在絕大多數(shù)學(xué)生對(duì)智能手機(jī)應(yīng)用都有濃厚的興趣，以手機(jī)App開發(fā)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的編程訓(xùn)練，更容易激發(fā)他們的興趣。而App Inventor正是Android應(yīng)用的開發(fā)工具。

2)開發(fā)環(huán)境搭建簡(jiǎn)單。由于采用瀏覽器+云服務(wù)模式，只需要一臺(tái)能上網(wǎng)的電腦就能通過(guò)瀏覽器完成所有開發(fā)和App下載工作，無(wú)需特殊復(fù)雜的開發(fā)環(huán)境安裝。

3)開發(fā)過(guò)程簡(jiǎn)單。使用App Inventor，手機(jī)App的界面設(shè)計(jì)和行為開發(fā)都可以通過(guò)可視化的拖放拼接組件來(lái)完成，無(wú)需關(guān)注復(fù)雜的語(yǔ)法規(guī)則。

4)組件模塊豐富。App Inventor已經(jīng)預(yù)先設(shè)置好了不同類型的組件模塊，如多媒體類、傳感器類，甚者樂(lè)高機(jī)器人組件。這可以讓開發(fā)者不必關(guān)心底層的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，更容易滿足開發(fā)者的應(yīng)用設(shè)想。這更有利于培養(yǎng)計(jì)算思維和激發(fā)興趣。

5)方便多臺(tái)機(jī)器交叉開發(fā)。App Inventor的所有開發(fā)代碼都是通過(guò)Google賬戶儲(chǔ)存在云端服務(wù)器上，因此方便開發(fā)者在任何一臺(tái)機(jī)器上進(jìn)行開發(fā)，并且保證了源代碼的一致性和安全性。

6)支持及時(shí)調(diào)試。App Inventor提供了強(qiáng)大的調(diào)試功能。調(diào)試中代碼的變更會(huì)自動(dòng)同步到進(jìn)行調(diào)試的手機(jī)或者模擬器中，無(wú)需重裝應(yīng)用。具有單獨(dú)運(yùn)行指定模塊或者使某些模塊不可用功能，在線調(diào)試讓開發(fā)者更具體地了解某些模塊的效用，從而及時(shí)做出反饋。

7)提供服務(wù)軟件安裝包。可以把云服務(wù)端功能安裝到本地服務(wù)器，為局域網(wǎng)中的計(jì)算機(jī)提供服務(wù)。這對(duì)學(xué)校教學(xué)特別有利，避免了因?yàn)闄C(jī)房互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn)權(quán)限和帶寬可能帶來(lái)的問(wèn)題。

2 課程建設(shè)

2.1 課程建設(shè)目標(biāo)

在智能手機(jī)已經(jīng)普及、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和Android平臺(tái)蓬勃發(fā)展的背景下，以Android的圖形化積木式編程軟件App Inventor為載體，面向不具備編程基礎(chǔ)的大一學(xué)生和非計(jì)算機(jī)專業(yè)大學(xué)生，探索和實(shí)踐教學(xué)方法和教學(xué)手段，通過(guò)案例引導(dǎo)和項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方式，使學(xué)生具備基本的Android應(yīng)用開發(fā)能力，并初步養(yǎng)成計(jì)算思維。

2.2 課程內(nèi)容建設(shè)

在教學(xué)內(nèi)容的選擇和組織上突出了Android平臺(tái)的特點(diǎn)和基于App Inventor開發(fā)移動(dòng)互聯(lián)應(yīng)用的主要方法和技能，并融入計(jì)算思維培養(yǎng)，教學(xué)內(nèi)容具有鮮明的趣味性和實(shí)用性特色。

本課程不以語(yǔ)法和組件的使用細(xì)節(jié)作為主要教學(xué)內(nèi)容，而是通過(guò)一個(gè)虛擬的主角“小機(jī)器人安安”來(lái)串起系列案例，包括“安安誕生”、“安安愛(ài)畫畫”等8個(gè)趣味案例，以此激發(fā)學(xué)生的興趣，增強(qiáng)主動(dòng)學(xué)習(xí)。如表1所示，課程中每章均以一個(gè)精心設(shè)計(jì)的案例引入，一方面介紹App Inventor編程的方法和技能，另一方面體現(xiàn)相關(guān)計(jì)算思維和程序設(shè)計(jì)思想。具體設(shè)置如表1所示。

2.3 課程考核

主要考核對(duì)計(jì)算思維、程序設(shè)計(jì)思想、移動(dòng)應(yīng)用創(chuàng)意、App Inventor的掌握和應(yīng)用情況。

考核形式為平時(shí)考勤及課堂表現(xiàn)(占20%)+課后實(shí)驗(yàn)(8次課后作業(yè)，占40%)+期末大作業(yè)(占40%)。期末大作業(yè)可由學(xué)生分組完成，最多4個(gè)人1組。自由選題，完成一個(gè)移動(dòng)應(yīng)用的設(shè)計(jì)與開發(fā)。最終提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告、源代碼、可執(zhí)行安裝包和演示答辯ppt，由組長(zhǎng)代表進(jìn)行演示和答辯。期末大作業(yè)根據(jù)以下3方面進(jìn)行綜合評(píng)分:1)大作業(yè)設(shè)計(jì)與開發(fā)情況(占總評(píng)70%)，根據(jù)以下5部分評(píng)價(jià):創(chuàng)意(20%)+UI(20%)+功能(20%)+可玩性(20%)+技術(shù)(20%);2)實(shí)驗(yàn)報(bào)告 +演示(占總評(píng)分30%);3)個(gè)人貢獻(xiàn)(根據(jù)小組成員貢獻(xiàn)適當(dāng)調(diào)節(jié))。

在大作業(yè)考核時(shí)，引入學(xué)生組互評(píng)，當(dāng)一個(gè)小組在臺(tái)上演示講解自己小組的作品時(shí)，其他小組會(huì)進(jìn)行打分，這些分?jǐn)?shù)和教師評(píng)分共同決定該小組的演示分。

表1 課程內(nèi)容設(shè)置

3 教學(xué)方式方法

3.1 注重實(shí)踐，學(xué)練一體

本課程作為單獨(dú)一門選修課程，在浙江大學(xué)城市學(xué)院安排了48學(xué)時(shí)(每周3學(xué)時(shí))，每次3小節(jié)課程連上，都安排在計(jì)算機(jī)機(jī)房教學(xué)。這樣將有利于學(xué)生在老師演示案例時(shí)邊學(xué)邊做。

3.2 案例引領(lǐng)，激發(fā)興趣

App Inventor移動(dòng)應(yīng)用開發(fā)教學(xué)不以語(yǔ)法和組件的使用細(xì)節(jié)作為主要教學(xué)內(nèi)容，而是通過(guò)案例來(lái)激發(fā)學(xué)生的興趣，增強(qiáng)主動(dòng)學(xué)習(xí)。課程中每個(gè)章節(jié)均以一個(gè)精心設(shè)計(jì)的案例引入，通過(guò)對(duì)案例的演示和開發(fā)過(guò)程分析，由淺入深，逐步引出需要掌握的知識(shí)點(diǎn)，并討論其中涉及的相關(guān)計(jì)算思維。

3.3 項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)，分組合作

設(shè)計(jì)了系列實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，通過(guò)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)，強(qiáng)調(diào)“做中學(xué)”。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要包括兩大類型:一類是每章的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，和教師演示的案例比較類似，主要用于鞏固所學(xué)知識(shí);另一類是開放選題項(xiàng)目，學(xué)生可以自己提出項(xiàng)目，經(jīng)和老師討論后確定，有利于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)意和主動(dòng)性。在項(xiàng)目開發(fā)中，學(xué)生將分為3－4人的小組，鼓勵(lì)跨專業(yè)組隊(duì)。組內(nèi)合作和組間競(jìng)爭(zhēng)的方式將更好地培養(yǎng)學(xué)生溝通、協(xié)作、管理等能力，加強(qiáng)工程化思維。

3.4 注重討論，激活創(chuàng)意

強(qiáng)調(diào)學(xué)生是課堂的主體，教師更多地扮演導(dǎo)師和技術(shù)支持的角色，課程不再以教師講、學(xué)生聽的模式開展。強(qiáng)化討論與指導(dǎo)，每章案例講授完畢均會(huì)和學(xué)生進(jìn)行一場(chǎng)頭腦風(fēng)暴，通過(guò)這個(gè)案例所學(xué)的知識(shí)，我們現(xiàn)在能干什么?是不是可以進(jìn)一步完善以前的項(xiàng)目?是不是有別的應(yīng)用點(diǎn)子?通過(guò)討論能更好地總結(jié)已學(xué)知識(shí)和激活創(chuàng)新創(chuàng)意，學(xué)生的求知欲也會(huì)進(jìn)一步加強(qiáng)。

4 課程實(shí)施效果與討論

4.1 課程實(shí)施基本情況

浙江大學(xué)城市學(xué)院在2013－2014學(xué)年2學(xué)期首次開設(shè)《App Inventor－零基礎(chǔ)Android移動(dòng)應(yīng)用開發(fā)》全校公選課程，同學(xué)們選修熱情強(qiáng)烈，有近200人初選此課。限于課容量，最終有來(lái)自12個(gè)專業(yè)的58名學(xué)生選修此課。2014－2015學(xué)年1學(xué)期有來(lái)自19個(gè)專業(yè)的60名學(xué)生選修此課。具體學(xué)生選課專業(yè)分布情況分析見(jiàn)圖1。

圖1 選課學(xué)生專業(yè)分布情況

通過(guò)選課情況可以看出，雖然信息類工科專業(yè)學(xué)生比例較高，但法學(xué)、英語(yǔ)、工商、旅游、會(huì)展等文經(jīng)管專業(yè)學(xué)生也同樣對(duì)該課程感興趣。在已經(jīng)完成的教學(xué)班中，各專業(yè)學(xué)生所表現(xiàn)出一定的創(chuàng)新創(chuàng)意和強(qiáng)參與性，并且始終保持強(qiáng)烈的興趣。

4.2 學(xué)賽結(jié)合

競(jìng)賽是本課程設(shè)施的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。在課程前期就開始宣傳推廣Android競(jìng)賽項(xiàng)目，鼓勵(lì)學(xué)生跨專業(yè)組隊(duì)，將課程大作業(yè)朝參賽項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)努力。此前我校已經(jīng)連續(xù)3年舉辦了Android應(yīng)用開發(fā)大賽，在2014年的第4屆比賽中特別新增了App Inventor組，鼓勵(lì)非計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生參賽，最終本次競(jìng)賽App Inventor組共有11組作品參賽。根據(jù)調(diào)查，學(xué)生們一致認(rèn)為以參賽項(xiàng)目準(zhǔn)備為目標(biāo)來(lái)驅(qū)動(dòng)團(tuán)隊(duì)合作、整合實(shí)踐，更能讓他們專注完善，充滿激情。

4.3 課程實(shí)施方案討論

本課程還可以作為計(jì)算類專業(yè)的新生程序設(shè)計(jì)課程部分內(nèi)容，對(duì)原有的程序設(shè)計(jì)課程進(jìn)行改造。在程序設(shè)計(jì)課程前期先講App Inventor，提起學(xué)生興趣，讓他們擁有一定的成就感，再接著講C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)比式講解促進(jìn)學(xué)生對(duì)程序設(shè)計(jì)的理解。該方案已經(jīng)在我校計(jì)算機(jī)專業(yè)的一個(gè)教學(xué)班中試點(diǎn)實(shí)施，效果良好。

5 結(jié)束語(yǔ)

以現(xiàn)代學(xué)生密切接觸的智能手機(jī)移動(dòng)應(yīng)用開發(fā)為載體，通過(guò)圖形化積木式的開發(fā)工具App Inventor來(lái)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)意設(shè)計(jì)，可以避免傳統(tǒng)編成語(yǔ)言復(fù)雜的語(yǔ)法問(wèn)題所造成學(xué)生對(duì)編程的恐懼感，并促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維的養(yǎng)成。

［1］詹濤，鄧?yán)冢沃緞?面向計(jì)算思維培養(yǎng)的大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)［J］.計(jì)算機(jī)教育，2014，(5):1－4.

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

［3］陳國(guó)良，董榮勝.計(jì)算思維與大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育［J］.中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2011，(1):7－11.

［4］何欽銘，陸漢權(quán)，馮博琴.計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)是計(jì)算思維能力的培養(yǎng)［J］.中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2010，(9):5－9.

［5］陸漢權(quán)，何欽銘，徐鏡春.基于計(jì)算思維的“大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)”課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)［J］.中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2012，(9):55－58.

［6］李文生，吳舜歆.面向計(jì)算思維能力培養(yǎng)的程序設(shè)計(jì)課程［J］.計(jì)算機(jī)教育，2014，(3):57－60.

［7］MIT.App Inventor 2［EB/OL］.［2014 －08 －15］.http://ai2.appinventor.mit.edu.