基于App Inventor的高中生計算思維培養(yǎng)策略探究

摘 要：計算思維是編程解決問題的基本思維方式。APP Inventor是一款可視化的編程工具，其積木式的程序代碼編寫方式，簡單、易用，能更好地將解決問題的算法描述轉(zhuǎn)化為程序語言，實現(xiàn)編程。在教學實踐中，開展基于APP Inventor的編程教學，有利于培養(yǎng)學生的計算思維和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：APP Inventor 算法 計算思維

普通高中信息技術(shù)課程的總目標是提升學生的信息素養(yǎng)，包括信息意識、信息道德和信息知識。要求學生在完成學習后，掌握利用信息技術(shù)解決日常生活和學習中的實際問題的能力；形成與信息化社會相適應的價值觀，健康安全地使用信息技術(shù)。其中，編程是實現(xiàn)計算機加工信息解決實際問題的重要方式。編程解決問題的核心是算法，而算法設計最基本的思維方式是計算思維。計算思維是每個人的基本技能，是人與計算機共通的思維形式，是決定能否有效解決問題的重要因素。無論是必修模塊還是選修模塊的編程教學，都必須把培養(yǎng)學生的計算思維能力作為核心的教學任務，引導學生使用算法描述解決問題的方法和步驟，并選擇合適的程序語言進行程序設計，解決問題。APP Inventor是由Google公司設計和推出的一種免費的Android編程工具，其可視化的設計界面和積木式的代碼編寫方式，簡單、有趣、易用。在實踐教學中，筆者嘗試使用APP Inventor進行編程教學，探究高中生計算思維的培養(yǎng)策略。[1]

一、APP Inventor及其優(yōu)點

在普通高中信息技術(shù)課程必修模塊和選修模塊的編程教學中都是選用Visual Basic 6.0（簡稱VB 6.0）作為程序設計語言的，而筆者則嘗試使用APP Inventor進行教學。APP Inventor和VB 6.0都是可視化的編程工具，都能反映當今程序設計的思想和方法，但APP Inventor有著區(qū)別于VB 6.0的優(yōu)點：1、APP Inventor是一種開源的Android移動應用程序開發(fā)工具，設計的程序能直接安裝、應用于移動設備中，如手機，在移動通信與信息技術(shù)高度結(jié)合、高速發(fā)展的當今社會有著無可替代的優(yōu)勢和吸引力；2、APP Inventor程序代碼編寫可以使用積木式的堆疊法對代碼模塊進行拼裝來完成，簡單易用，不需要太多的編程知識就能完成；3、APP Inventor有豐富的、功能強大的組件模塊，如多媒體類、傳感器類、社交應用類等組件，學生能較為輕松地編寫出實用、有趣的手機程序，能激發(fā)學生的學習興趣，提高學習效率；4、程序調(diào)試簡單，可使用模擬器或手機進行調(diào)試，無需搭建復雜的硬件環(huán)境。[2]

二、計算思維

計算思維（Computational Thinking）是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統(tǒng)設計、以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。簡單地說，當提出問題時，首先定義問題的內(nèi)涵，然后利用計算的思路解決問題的方法就是計算思維。編程解決問題的核心是算法，它是解題方案準確而完整的描述，是一系列解決問題的清晰指令。算法中的指令描述的是一個計算。這個計算的合理性、有效性決定了問題解決的成敗，這需要學生具有清晰的、正確的、高效的計算思維。因此，在編程教學中，必須把培養(yǎng)學生的計算思維能力作為核心的教學任務。

三、基于App Inventor的高中生計算思維培養(yǎng)策略

在使用App Inventor進行編程教學前，筆者讓學生完成了一份調(diào)查問卷，結(jié)果顯示，學生的編程基礎較差，且普遍認為編程很難和無趣。但他們對手機應用程序很感興趣，98%的學生表示想了解手機程序的設計過程，并希望能開發(fā)一個屬于自己的手機程序。使用App Inventor進行編程教學是學生感興趣的、認可的。筆者在實踐教學中，以培養(yǎng)學生的計算思維和創(chuàng)新能力為目標，不斷反思、改進，形成以下四點策略。

1.搭建App Inventor教學環(huán)境

筆者使用的是由麻省理工學院（MIT）聯(lián)合廣州市教育信息中心、華南理工大學計算機科學與工程學院部署的國內(nèi)唯一的App Inventor官方服務器（http：//app.gzjkw.net）。它的優(yōu)點是：（1）操作簡單。連上因特網(wǎng)，打開瀏覽器，訪問服務器，使用QQ賬號，或是注冊一個賬號登錄，就能在線開發(fā)程序。（2）更新及時。由于是官方服務器，所以避免了離線版不能及時更新組件和代碼模塊的尷尬。（3）教學延續(xù)性好。程序開發(fā)過程，項目內(nèi)容會自動保存在服務器中，學生不需要擔心數(shù)據(jù)丟失，沒完成的部分可以回家或者在下一課時繼續(xù)完成。（4）設計人性化。App Inventor官方服務器可以切換多種語言顯示，如英文、簡體中文、繁體中文等，方便不同使用者。此外，還提供多樣的調(diào)試方式，可以使用AI伴侶、模擬器，或是連接USB設備調(diào)試，也可以通過打包apk下載到計算機中，或是生成二維碼，使用手機等移動設備掃描下載、安裝調(diào)試。筆者建議如條件允許，程序的調(diào)試最好使用手機。每個小組放置1-2臺連上wifi的Android手機，學生測試時通過掃描二維碼，將程序的apk文件下載到手機中并安裝，運行測試。使用手機調(diào)試的優(yōu)點是能真實地看到、感受到程序在手機中的運行狀態(tài)，特別是開發(fā)傳感器類程序，這是模擬器無法做到的。[3]

2.精選教學案例

雖然學生對手機編程很感興趣，但在情感上他們還是會覺得編程很難，所以教學案例的選擇很重要。從課程編排上，教學例子滲透編程知識要由淺到深、循序漸進，同時注意任務的分層設置，照顧不同層次的學生。此外，例子要有足夠的吸引力，多從學生生活、學習上可能遇到的實際問題中尋找實用、有趣的內(nèi)容。同時，由于App Inventor是針對Android的編程工具，設計的程序能直接在手機上安裝、運行，所以，選擇例子時要多考慮學生使用手機的習慣和興趣，嘗試調(diào)用手機的各種傳感器和多媒體部件，并提供多樣的音頻、圖像等素材讓學生自由選擇和搭配，讓程序有“聲”有“色”。如教學第一課，筆者提供多套“小黃人”（近兩年很火熱的一個電影卡通人物）的音頻和圖像素材，讓學生完成一個最簡單的程序——點擊按鈕，出現(xiàn)圖像和聲音。學生充分發(fā)揮了他們的個性化設計，“小黃人”不同的搞笑聲在機房內(nèi)此起彼落，同時伴隨著學生的笑聲。又如，介紹條件判斷時，結(jié)合方向傳感器，完成了“硬幣消失”的小魔術(shù)；講授選擇結(jié)構(gòu)和數(shù)值運算時，設計了一個手機用計步器程序，等等。這些實用、有趣的程序例子能激發(fā)學生的學習興趣和熱情，有利于學生的計算思維和創(chuàng)新能力的發(fā)展。[4]endprint

3.算法描述與設計

以計算的思路設計正確的解題方案是編程解決問題的重要途徑，這需要提高學生算法描述與設計的能力。算法描述有多種表達方法，常用的有自然語言、流程圖和偽代碼等描述。自然語言描述算法最符合人的表達習慣，是最容易理解的，但在描述分支和多重循環(huán)等復雜算法時容易出現(xiàn)錯誤。流程圖描述算法形象、直觀，有利于分析復雜的算法，保證代碼編寫的正確性。偽代碼是介于自然語言和計算機程序語言之間的一種算法描述，它的特點是簡潔、易懂、便于修改，也容易轉(zhuǎn)化為程序語言代碼。高中學生已經(jīng)能用較為完整和流暢的語言分析問題，描述解決問題的過程和關(guān)鍵點，所以，App Inventor編程教學初期，首選使用自然語言描述。然后，當遇到使用自然語言無法描述清晰的問題時，引導學生使用流程圖或偽代碼進行描述。App Inventor的程序代碼根據(jù)不同的功能分成不同顏色、不同形狀的積木塊，不符合編程語法的積木之間會自動排斥，不能拼裝。所以，學生根據(jù)算法描述，不需要太多的編程知識就能完成程序的代碼編寫。在實踐教學中，筆者嘗試將代碼模塊通過圖像處理工具生成各種積木拼圖，學生選擇和使用這些積木拼圖結(jié)合文字表述組成另類的流程圖來描述算法。描述完成后，學生很容易就能在App Inventor的邏輯設計中拼裝出正確的程序代碼，完成程序。算法方法也有很多種，與計算有關(guān)的包括窮舉法、遞歸法、遞推法等。算法描述和設計中的每一種策略作為問題求解方法，都具有明顯的計算思維特征。因此，算法描述和設計的學習過程就是培養(yǎng)計算思維的過程。

4.評價多元化

評價具有激勵學生自信、調(diào)整學習進度、改進教學方法、診斷學習效果等功能。在App Inventor編程教學中要以多個角度、多種方法進行學習評價。編程是以解決實際問題為目的的，這是評價的重要標準。而在解決問題的過程中，要對算法的正確性、可讀性、時間復雜度、空間復雜度等進行評價。App Inventor是用于開發(fā)Android移動應用程序的，所以，也要評價程序的用戶界面和功能設置等是否符合人們使用移動設備的習慣。此外，開展自評、教師評、小組評等多方評價，評價時，既要看編程作品的完成度和創(chuàng)新性，也要看學生在程序設計過程中的情感態(tài)度、合作精神、學習習慣等。多元化評價能營造一種熱烈而又輕松和諧的學習氣氛，有利于促進學生的全面發(fā)展。

App Inventor編程教學，其可視化的設計界面和積木式的代碼編寫方式，以及多樣的調(diào)用手機多媒體和傳感器的程序例子，讓程序設計變得簡單、有趣。編程解決問題的過程，學生掌握了算法描述和設計的方法，培養(yǎng)和提升了計算思維能力。

參考文獻

[1]李藝.信息技術(shù)基礎（必修）[M].北京：教育科學出版社，2004.

[2]李藝.算法與程序設計（選修）[M].北京：教育科學出版社，2004.

[3]Jeannette M. Wing.Computational Thinking[J]. Communications of the ACM，2006

[4]馮巨恒.基于計算思維的App Inventor教學實踐[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2015（10）：77-80.

作者簡介

曾紹華（1980.6—）， 性別：男，民族：漢，籍貫（精確到市）：廣東省廣州市，當前職務：教師，當前職稱：中教一級，學歷：本科，研究方向： 信息技術(shù)教學。endprint