基于APP Inventor構建高職學生計算思維能力培養模式

劉 瓊，史 諾

（1.楊凌職業技術學院 信息工程分院，陜西 楊凌 712100；2.楊凌職業技術學院 機電工程分院，陜西 楊凌 712100）

計算思維是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，由Wing[1]于2006年3月提出。在當前的信息化時代，計算思維能力已經成為高職教育中計算機類專業學生培養目標的重要內容之一[2]。在“Android移動應用開發”課程的教學過程中，我們一直在計算機專業機房進行，采用“做中學、學中做”的教學模式，對學生的理論思維和實驗思維能力方面進行了較好的灌輸與培養，但是在計算思維能力培養方面卻有所欠缺。為了將這3種思維融合形成“三維一體”的教學體系，本文進行了一定的探索與嘗試。

1 “Android移動應用開發”課程的特點

1.1 知識點與技能點多

“Android移動應用開發”是計算機專業的核心課程，其理想的教學目標是：在課程中培養學生將數學思維和工程思維進行互補與融合，利用一定的計算思維能力去抽象問題、建立合理的計算模型、設計算法、制定解決問題的方案，歸納求解，并將該過程推廣至相似問題的處理中。傳統教學是從體系結構、四大組件、數據存儲、網絡編程方面進行各環節的組織與實施的，內容多且知識點與技能點較為瑣碎，學生對知識和技能點的掌握程度不高，計算思維能力鍛煉較少，沒有達到培養目標要求的效果。

1.2 基礎的要求高

“Android移動應用開發”屬于理論實踐一體化的課程，一般安排在專業機房中進行，教師講述相關的知識點并指導學生進行移動應用項目開發，但是在實踐教學中發現，由于課程的順利推進需要學生在“數據庫應用基礎”“C語言”“Java程序設計”“Java桌面軟件項目開發”“Java Web應用開發”等先修課程中打下良好的基礎，而高職學生的學習習慣相對較差，因此在課程的學習初期就具有畏難心態，導致各個環節中沒有掌握的知識點與技能點不斷累積，未達到應有的學習效果。

2 計算思維訓練的總體設計

為了培養學生的計算思維能力，需要將學生從繁瑣、復雜的知識點與技能點學習中解脫出來，使其注意力聚焦于問題抽象、算法設計、程序實現及評價，我們在傳統教學內容組織實施之前，增設基礎訓練模塊，目的是鋪設一條平緩漸進的學習通道[3-4]，促進學生理解計算科學的本質—抽象化和自動化[5]。

基礎訓練模塊是以APP Inventor為載體的。APP Inventor是一款由谷歌公司開發的編程軟件，其最大特點是采用圖形化、積木式的模式開發Android應用[6]，在不需要掌握任何程序設計知識的前提下只需要根據需求添加服務選項即可完成應用開發，即學習者在該軟件平臺可以拋棄復雜的程式代碼而采用積木式的堆疊法來進行學習，由于規避了程序編寫中的眾多知識點、技能點，且學習者可以是零基礎，因此大大降低了編程的技術難度，針對高職學生的學習特點將其作為移動應用開發課程學習的前導部分是合理的選擇。

我們將基礎訓練模塊分為引入階段、逆向分析階段、引導階段、獨立學習階段4個部分，如圖1所示。引入階段主要是對APP Inventor的基本介紹，讓學生明白該軟件和后續課程學習之間的關系；逆向分析階段是將典型的移動應用產品進行拆解與分析，促進學生進行計算思維的習得和養成；引導階段是教師設定需求，與學生共同完成應用產品的開發，培養學生的實踐能力；獨立學習階段是學生根據自己的興趣自擬題目，獨立進行設計與學習，培養需求分析、產品開發的能力。總體而言，學生經歷的是“知概念、跟著學、一起做、獨立干”4個步驟，其關注點始終聚焦于計算思維。

3 教學實施

3.1 項目設置

構建合理的教學項目是實施過程中的關鍵環節，我們主要根據以下3個原則進行項目設計：生活化、典型化、程序化[7]。生活化原則主要是指教學項目應該來源于日常生活，這樣可以消除學生的陌生感，使學生在實際生活中能夠聯想與擴展，潛移默化地提高計算思維能力；典型化原則是指搜集、分析大量的教學素材，進行化簡、整合后，形成最能體現計算思維特點的教學項目；程序化是指在教學項目中滲透算法的設計、算法的程序化等內容，與后續課程中較為枯燥、抽象的程序語法有效地銜接起來。

通過篩選、重組，并結合學生的實際情況，在逆向分析階段確定了6個教學項目，在引導階段設定了3個合作項目，在獨立學習階段指定了3個訓練項目，通過APP Inventor的實際操作訓練讓學生掌握算法、模塊、并行、索引技術、回溯、預置和緩存、多服務器系統的性能模型、失敗的無關性和設計的冗余性等知識點與技能點。

圖1 平緩漸進學習階段的設置

圖2 學生利用APP Inventor創建的小游戲

3.2 教學效果

APP Inventor的教學，共計安排18課時，并在課余時間開放機房提供給學生進行練習，基礎訓練模塊進行完后，大部分學生掌握了一定的技能，可以應用APP Inventor開發小型的移動應用，如圖2所示，為學生創建的“打地鼠”小游戲。

以APP Inventor為載體的基礎訓練模塊進行完成后，按照傳統的教學內容與模式講授“Android移動應用開發”，學生普遍反映教學內容比較容易接受，由于具有了APP Inventor的學習基礎，因此對程序設計語言、基本算法等抽象內容能夠較好地認知，通過課后訓練可以觸類旁通，教學效果較好。

4 結語

在“Android移動應用開發”課程教學中，增加以APP Inventor為載體的基礎訓練模塊，促進學生科學理解并建立計算思維，“知概念、跟著學、一起做、獨立干”的探究性學習活動引導學生將計算思維與理論思維、實驗思維相融合，初步具備了發現問題、并利用計算思維的方法解決問題的能力，為高職學生計算思維的培養進行了有益的探索與嘗試。