基于App Inventor 平臺的本科生計算思維課堂教學研究

曹寧

摘 要 針對學生計算思維的缺乏，以App Inventor為開發平臺，面向理工科學生，開設可視化移動開發課程。設計有針對性的教學案例，融入計算思維思想，通過項目驅動教學方式，激發學生學習興趣，培養學生計算思維能力。

關鍵詞 計算思維 App Inventor 移動應用

中圖分類號：G434文獻標識碼：A

1計算思維

計算思維這一概念的提出，以2006年3月卡內基·梅隆大學計算機科學系周以真教授在美國計算機權威期刊Communications of the ACM上發表的論文為標志。周以真教授對計算思維的定義：計算思維是指運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統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。

美國國際教育技術協會（ISTE）和美國計算機科學教師協會（CSTA）與來自相關教育行業的專家研究后認為，計算思維是一種解決問題的思維過程，具備但不局限于以下特征：

（1）借助計算機和其他工具幫助我們解決問題;

（2）有邏輯地組織、分析數據;

（3）使用模型和仿真等抽象手段對數據進行再現;

（4）通過算法思想實現對問題的自動化解決;

（5）通過識別、分析和實現等手段找到問題最有效的解決方案;

（6）能將以上解決問題的過程進一步推廣到其他領域。

通過計算思維的定義，我們發現，所謂的計算思維即我們利用計算機或其他工具、幫助我們實現對問題的分析和求解的思維過程。

2 App Inventor及特點

2.1什么是App Inventor

App Inventor是由谷歌公司開發的一款在線開放Android編程工具軟件，通過圖形化積木式的拖放組件來完成App開發。App Inventor在2012年1月移交給麻省理工學院MIT的行動學習中心接管，并由MIT發布使用，目前已經發布了2版本。

2.2 App Inventor的特點

App Inventor從發布以來即備受關注，主要原因如下：

（1）開發環境搭建簡單。采用瀏覽器加云服務器技術模式，無需復雜的軟件安裝。

（2）開發過程簡單。界面設計和軟件行為開發都通過組件的拖放拼接完成，無需編寫代碼。

（3）功能組件模塊豐富。App Inventor內置不同類型組件模塊，實現對多媒體、傳感器甚至樂高機器人的支持。

（4）方便多臺機器交叉開發。所有開發過程都存儲在云端服務器，方便開發者進行快速開發，保證了開發過程的一致性和安全性。

（5）支持實時調試。App Inventor提供了強大的調試功能，調試過程中模塊變更會同步到進行調試的手機端或模擬器中，無需重裝應用。

3基于APP Inventor和計算思維的課堂教學

3.1基于計算思維的課程建設

為順應新時代高等教育教學改革的潮流，筆者所在學院開設了面向本院學生的專業選修課程“可視化移動應用開發”。課程主要面對有編程基礎的理工科學生，使用App Inventor可視化編程工具，通過案例引導和項目驅動教學方式，使學生掌握App Inventor平臺進行Android手機App開發方法，培養學生的計算思維能力。

3.2課程教學模型

通過筆者教學經驗，信息技術類課程要想達到好的教學效果，案例或項目是必不可少的，并且，這些項目要盡可能貼近學習者的生活或足夠有趣。此外，我們選擇App Inventor平臺作為培養學生計算思維能力的一個切入點，正是基于其可視化模塊拼接編程的特點，讓學習者在解決問題過程中，把精力更多集中在問題本身的解決方法即算法的設計上，而編程語言本身的細節對學習者的干擾則應盡量降低，即學習者不需要過多地考慮編程語言實現的細節，只要解決問題的方法得當，就能得到好的結果。

根據計算思維的特點，在可視化移動應用開發這門課的教學中，構建了以下教學模型。首先由教師給出問題，學生根據自己的理解，加以抽象，提出要解決的問題。進一步分析問題，確定問題的約束條件和求解目標。如果問題規模較大，需學生對問題分解，把分解后的小問題規模控制在可理解范圍內。之后，擬定算法，設計程序流程并重審問題，確定方案合理性。結合App Inventor的特點，進行可視化編程。最后，驗證編程結果，進行小組討論實現應用的遷移。

3.3教學實踐效果

教學中，教師設置6個小型項目，期末考核設置一道開放性題目。平時學習環節，學生相互討論，編程部分由學生獨立完成。通過實踐看，學生的課程參與度為100%，即每名學生都主動投入到課程的學習中。學生普遍反映，App Inventor相較其他編程類語言，語法細節少，但功能強大，非常適合進行計算思維的培養，并且是一種很適合進行快速開發的語言。

4結論

在信息技術和計算思維普及的背景下，很多中小學已經開始使用App Inventor進行教學工作，但國內很多高校對這部分的研究工作還處于起步階段。通過本單位開設的“可視化移動應用開發”選修課程，對基于App Inventor和計算思維的信息類課程的教學工作進行了一定探索，教學效果令人滿意。我們可進一步調整課程結構，把這門課設置為理工科學生接觸的第一門程序設計類課程，或開放為面向全校所有專業學生的一門公共選修課，勢必對啟蒙學生的計算思維起到重要作用。

基金項目：河北省人口健康信息化工程技術研究中心2016年度教改課題“基于APP INVENTOR平臺的本科生計算思維教學研究”，編號201603。

參考文獻

[1] Wing，J.M. Computational thinking[J].Communications of the ACM，2006，49（03）： 33-35.

[2] 寧可為，楊曉霞.基于App Inventor的初中計算思維培養實證研究[J].課程教材教法，2018，38（02）.