基于計算思維能力培養的“輕游戲”教學模式初探

□曾夏玲

基于計算思維能力培養的“輕游戲”教學模式初探

□曾夏玲

針對目前高職院校計算機基礎教學存在的對學生計算思維能力培養重視不夠的問題，從培養計算思維能力的角度出發，將“輕游戲”教學模式引入到計算機程序設計課程的教學中。首先對高職學生計算思維能力的培養現狀進行了分析；進而分析了“輕游戲”的教學優勢及運用原則，并設計了“輕游戲”教學模型；最后以“猜數游戲”和“漢諾塔游戲”兩款輕游戲為案例，分析論證了“輕游戲”對高職學生計算思維能力的培養。

計算思維；輕游戲；程序設計；抽象；自主學習

“輕游戲”是香港中文大學尚俊杰等人2005年在《輕游戲：教育游戲的希望和未來》一文中首次提出的概念。“輕游戲”是具備電腦游戲內在動機的一種教育軟件，可以用公式來簡單定義：“輕游戲”=教育軟件+主流游戲的內在動機［1］。“輕游戲”的特點是不刻意追求游戲的形式和外表，而是努力將游戲的內在特征融合進去，從而達到平衡游戲中的教育性和游戲性的目的，最大限度地得到社會各界的認可［2］。“輕游戲”突出其游戲與課程內容緊密結合、符合課程教育模式和規則、使用時間恰當、設計簡單而實用性強等特點，為游戲應用于教育帶來了新的契機。“輕游戲”將游戲娛樂融合進學生的課堂，營造一種積極主動、輕松有趣的課堂氛圍，使學生在參與游戲中主動學習，是教育游戲的一個新的發展方向。

一、計算思維能力培養現狀

（一）計算思維

計算思維是2006年由美國卡內基·梅隆大學周以真教授提出并定義的，計算思維就是運用計算機科學的基本概念進行問題求解、系統設計以及人類行為理解的思維活動。同時她指出，計算機思維是每個人的基本技能，我們應當使每個孩子在培養解析能力時不僅掌握閱讀、寫作和算術（Reading wRitingandaRithmetic——3R），還要學會計算思維［3］。“計算思維”一經問世，就散發著超強的魔力，引領著國內外計算機科學界尤其是計算機教育界的發展方向。美國麻省理工大學、斯坦福大學、卡內基·梅隆大學、普渡大學等著名高校紛紛設置了面向全校的以問題求解為核心的“計算思維”通識課程［4-6］。2010年中國9所高校發表的《九校聯盟（C9）計算機基礎教學發展戰略聯合聲明》中，把“計算思維能力的培養”作為計算機基礎教學的核心任務［7］。

計算思維的提出，對人們掌握以計算機角度分析解決問題的能力提出了更高的要求，因而對高等學校計算機基礎教學中對學生計算思維能力的培養提出了更高要求。計算思維能力的培養在計算機程序設計語言中得到了很好的體現。在程序設計類課程的教學中，培養學生掌握利用計算機解決問題的思路和方法，如問題分析、模型建立、算法設計和實現等，這些都在程序設計類課程中得到了很好的體現，而這正是培養計算思維能力的重要內容，即學習從計算機的角度去分析和解決問題的思路和方法。提高對學生計算思維能力的培養，使學生在處理問題時，能以計算機角度來分析問題，并利用計算機作為一種不可或缺的工具來解決問題。從而實現對各種信息更深層次的加工處理，并能將掌握的專業知識更好地應用到解決實際問題及科學研究與生產中，促進科技進步和社會發展。

（二）培養現狀及教學難點

在程序設計課程教學過程中，就省內多數高職院校的教學實踐來看，普遍存在對學生計算思維能力的培養重視不夠。課程教學中存在著以下幾方面的問題：

1.學習程序設計的同時要學習一門計算機語言，因而在課堂教學中很容易陷入語言基礎知識講解和傳授的誤區，偏重語言忽視程序設計，枯燥乏味，學生學習興趣不高。

2.學生對計算思維的認識不夠，多數認為程序設計課程就是學習編程，而普遍認為與自己的專業不相關，今后也不會從事相關工作，學習積極性不高。

3.缺乏較好的教學方法和手段。多數教學使用的案例是為了講解語法結構而設計，零散、短小、關聯不大。學生學習后只是掌握了語法知識，不知道該如何解決問題，能解決什么實際問題。

計算思維是程序設計語言的靈魂，它的本質是抽象和自動化［8］。抽象是計算思維的核心之一，因而在教學中僅從理論和邏輯上講授，學生很難理解，學習興趣不高。程序設計課程具有邏輯結構復雜難理解、語法零散易錯等難點，對學生的邏輯思維能力要求較高，因而在教學中若一味地采用傳統教學方式來灌輸講授，學生覺得枯燥無味缺乏動力，更讓學習基礎本就薄弱的高職學生懼怕學習而失去學習興趣。

如何在程序設計課程教學過程中，訓練和培養學生的計算思維能力，使學生掌握用計算機的思維去思考問題和解決問題，是一個非常值得探討和研究的問題。

二、“輕游戲”的運用及教學模型

“輕游戲”的游戲性、趣味性、簡單實用等特點，在教學中能很好地吸引學生的學習興趣。將游戲娛樂引入課堂，營造輕松良好的學習氛圍，把枯燥的程序設計理論知識貫穿在游戲中學習，使學生主動學習并積極的內化知識，從而理解程序設計抽象的算法思維，程序設計也將變得容易而富有趣味。因而，筆者從培養高職學生計算思維能力的角度出發，將“輕游戲”引入到程序設計課堂教學中，通過游戲化教學案例的設計，使學生在游戲中主動學習，積極內化知識并理解抽象的算法思維，從而培養學生的計算思維能力。

（一）“輕游戲”的優勢及運用原則

“輕游戲”注重其游戲的設計簡單、與課程內容緊密結合。游戲的目的是激發學生對程序設計抽象內容的學習興趣，加強對程序設計抽象算法的理解；在游戲的過程中建立起一套適合自己的邏輯思維方法和思考問題的方式，掌握從計算機角度分析解決問題的思路和方法；加強對學生編程方式、算法思維能力及程序實踐能力的訓練，潛移默化的幫助學習者內化計算思維方法，從而培養學生的計算思維能力。

“輕游戲”引入課堂要適當、適時、適度，其運用應遵循以下幾個原則：

1.要有明確的教學目的。游戲的選擇必須與課程內容相關，符合學校的課程模式和規則，其每部分設計大小盡可能控制在一堂課時間以內。

2.保持教育與游戲的平衡。游戲的選擇即要考慮趣味性，亦要考慮其教育性，根據學生的學習水平及學習特點，設計合適的游戲案例。積極監督游戲過程，合理安排游戲進程，在保持游戲的娛樂性同時要保持游戲的教育性。

3.實現教學內容的綜合。游戲的設計往往需要綜合運用循環、數組等教學內容。通過游戲程序的開發，將課程難點內容綜合在一起，實現知識的串聯及綜合運用。學習者在相關知識的綜合運用學習中，提煉并培養其計算思維方式。

（二）“輕游戲”教學模型

對于計算思維的抽象等特點，將游戲化教學案例引入課堂教學，通過游戲娛樂的方式培養學生的計算思維能力能起到事半功倍的成效。根據程序設計課程教學的特點及游戲化教學的特點，構建了以下教學模型，如圖1所示。

在“輕游戲”教學案例實施中，教學者可利用游戲進行新課導入，創設情境，激發學習興趣；進而游戲輔助教學，知識講解，使學習過程變被動為主動；亦可利用游戲對學生進行鞏固練習，制定游戲設計目標，鼓勵學生小組協作完成及多種算法實現，讓學生在枯燥的練習過程中快樂學習、主動探索，切實提高實踐動手能力，進而達到對學生計算思維能力的培養。

在教學中，教學者是關鍵。因而加強對學習者計算思維能力的培養，首先要提高教學者對計算思維及計算思維能力培養重要性的認識。要求教學者在理解計算思維的基礎上，根據課程特點精心設計教學內容和游戲案例；在課堂教學中合理開展游戲案例的講授，嘗試不同的教學方式，創新教學方法；在教學中提煉并展現隱藏在知識背后的計算思維方式，讓學習者感受計算思維的魅力和重要性，啟發學習者的求知欲望和心理共鳴。

圖1　基于游戲化教學的課堂教學模型圖

三、“輕游戲”教學案例分析

下面通過對兩款“輕游戲”典型案例的分析，分別是算法領域具有代表性的“漢諾塔游戲”和綜合了選擇、循環、函數等知識點的分層式“猜數游戲”，闡述“輕游戲”在程序設計課程中對高職學生計算思維能力的培養。

（一）漢諾塔游戲

在講授程序設計語言課程的“循環結構”時，會介紹“遞歸”這一難點問題。“遞歸”問題本身很抽象，往往教師講授后，學生仍然不能很好地理解“遞歸”算法。這里引入“漢諾塔游戲”來解決經典“遞歸”算法問題——漢諾塔問題，游戲設計如圖2所示，實現將n個圓盤從A柱，利用B柱搬移到C柱。

圖2　漢諾塔游戲界面

教師演示或學生操作移動木塊完成游戲，以完成游戲的方式展示“遞歸”算法過程，使學生輕松愉快的掌握知識點的同時，理解并掌握“遞歸”算法思路。以游戲的方式講解一些難講難解的問題，不僅可以讓學生愿意主動去探究，而且可以把抽象的問題形象化，抽象的算法思維游戲化。學生在完成游戲的學習過程中掌握算法思路，進而根據算法寫出程序，完成教學任務，為學生掌握抽象難解算法問題提供了更好的教學方式和學習方法。

“輕游戲”的教學模式，讓學生通過游戲的操作過程進行知識點的親身體會，身臨其境的感受“遞歸”算法，從而積極主動地內化抽象難點知識，挖掘程序設計的抽象算法思維。將“輕游戲”引入課堂，有效地克服了傳統教學單一介紹語法知識枯燥無味的缺點，讓學生主動參與到游戲教學中來，激發學生的學習興趣并培養學生的自主學習能力。在游戲問題的求解過程中，使學生掌握分析問題、算法設計及代碼實現的思路及方法，培養學生掌握利用計算機語言解決實際問題的方法和思路，以娛樂的方式理解程序設計抽象的算法思維，培養學生的計算思維能力。

（二）猜數游戲

在日常生活中普遍玩過的猜數游戲，筆者通過給定不同的游戲條件，設計了分層式“猜數游戲”，使問題由易到難、循序漸進，很好地將選擇、循環、函數等知識點綜合在一起。分層式“猜數游戲”設定的不同條件及涉及的知識點如表1所示。

表1　猜數游戲的不同條件及知識點

該游戲案例選擇簡單易懂的猜數游戲為題材，通過設定不同的條件，將程序設計課程中的主要知識內容循序漸進地逐一講解。另外根據學生的學習水平及掌握情況，可考慮對游戲內容進一步提升，如文曲星猜數游戲、素數探求等，亦可讓學生分小組協作完成提升游戲。

以培養學生計算思維能力為目標，設計由淺入深、循序漸進的分層式游戲案例，改變傳統課程授課中側重向學生介紹語法結構的做法，為學生營造一個自主探索的游戲空間。

1.趣味游戲化案例的設計，激發和維持學生的學習興趣和學習動機，使學生在完成游戲案例開發的過程中掌握相關知識點的學習，培養學生的自主學習能力。

2.分層式的案例設計實現了知識的綜合學習，教師亦可照顧到全體學生的學習進度，并可引導學有余力的學生在當前案例基礎上進行深一步的拓展提升，培養學生的自主探究能力和創新意識。

3.循序漸進式的游戲案例演變，發揮學生的自主探究學習心理，引導學生逐步向深層次的知識和技能學習，并在游戲案例逐步求解的教學過程中，培養學生掌握分析問題、問題建模、算法設計和程序實現的方法和思路，培養學生的計算思維能力。

“輕游戲”在國內的發展和研究仍處于起步階段，是教育游戲的一個新的發展方向。筆者從培養高職學生計算思維能力的角度出發，將“輕游戲”教學模式引入到計算機程序設計課程的教學中，構建了基于游戲化教學的教學模型，并以具體的游戲案例設計舉例，分析了游戲化教學對高職學生計算思維能力的培養。“輕游戲”的教學模式將游戲娛樂引入課堂，使學生主動參與到游戲知識的學習中，從而有效地激發學生的學習動機和學習興趣，培養學生的自主學習能力。學生在游戲案例的教學中主動學習并積極內化知識，從而理解程序設計的抽象算法思維，掌握用計算機語言解決問題的方法和思路，加強對計算思維能力的培養。因而能有效地改善目前計算機基礎教學忽視計算思維能力培養的現狀，給程序設計課程的教學提出了新的思路和探索，也為高職學生計算思維能力的培養提出了新的研究思路和方向。

［1］尚俊杰，李芳樂，李浩文.“輕游戲”：教育游戲的希望和未來［J］.電化教育研究，2005（1）：24-26.

［2］尚俊杰，莊紹勇，蔣宇.教育游戲面臨的三層困難和障礙——再論發展輕游戲的必要性［J］.電化教育研究，2011（5）：65-71.

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

［4］MIT. Introduction to Computer Science and Programming［EB/OL］. http：//ocw.mit.edu/courses/electrical-engineering-and-computer-science/6-00 -introduction-to-computer-science-and-programming-fall-2008.

［5］Stanford. Introduction to Computer Science | Programming Methodology［EB/OL］. http：//see.stanford.edu/see/courseinfo.aspx？coll =824a47e1 -135f -4508-a5aa-866adcae1111.

［6］CMU.Principles of Computation［EB/OL］.http：// www.cs.cmu.edu/～tcortina/15-105sp09.

［7］九校聯盟（C9）計算機基礎教學發展戰略聯合聲明［J］.中國大學教學，2010（9）.

［8］陳國良，董榮勝.計算思維與大學計算機基礎教育［J］.中國大學教學，2011（1）：7-12.

［9］牟琴.“輕游戲”對計算思維能力的培養——教育游戲對程序設計基礎課程教學的影響 ［J］.遠程教育雜志，2011（6）：94-101.

責任編輯時紅兵

曾夏玲（1984-），女，江西泰和人，江西科技師范大學講師，研究方向為計算機教育。

2014年江西省高等學校教學改革研究課題“基于多元智能理論的教育游戲設計策略的應用研究——以《C語言程序設計》為視角”（編號：JXJG-14-10-10），主持人：付淇。

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1001－7518（2015）11-0079-04