面向高中生計算思維的App Inventor的應用探究

宣震

【摘要】計算思維是信息技術學科核心素養的重要組成部分，本文針對普通高中學生計算思維的培養，通過借助Google公司開發的App Inventor這一具有可視化功能的且無須記憶編程代碼的移動應用開發平臺工具，開發App Inventor校本課程，初步探索了在校本課程中培養學生計算思維能力的教學實踐。

【關鍵詞】計算思維;App Inventor;教育實踐

2017年教育部頒布的《普通高中信息技術課程標準》指出高中信息技術學科核心素養包括以下四個方面的內容：信息意識、計算思維、數字化學習與創新、信息社會責任。其中計算思維是指“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?！彼峭ㄟ^嵌入、轉化和仿真等方法，把一個看來困難的問題重新闡釋成一個我們知道問題怎樣解決的方法。在數據時代向我們走來的今天，教師應當要注重培養學生的計算思維，讓學生創造性的思考、解決問題。

一、當前信息技術課堂教學存在的問題

筆者通過對當前教育現狀的資料研究，結合自身教學實踐發現，當下高中信息技術教學主要面臨以下幾個問題。

1.重技能，輕思維訓練

在教學實踐中，教師普遍將掌握計算機的基礎知識和工具軟件的操作技能作為課堂教學的重心，由此導致信息技術課淪為工具課，忽視了學生利用計算機解決問題的能力訓練和思維訓練。

2.課堂索然無趣，學生學習積極性不高

當前信息技術課堂普遍采用項目教學法，但仍有一定數量的課堂教學采取單一的任務驅動方式，導致課堂變得索然無趣，影響學生學習的積極性和創新性。

3.課時不足，學業水平測試壓力大

筆者所在地區有四所普通高中，其中三所學校在高一的第一學期不開設信息技術課，高二每周兩節課;另一所學校高一高二每周均為一節課。而根據2017年《普通高中信息技術課程標準》，高中階段每周應保證至少兩節課。課時的嚴重不足，導致每年的學業水平測試復習壓力巨大。在這種情況下，教師們完成學測復習已屬不易，而平時教學過程中的能力培養更是無從說起。

針對以上現狀，筆者在校本課程中嘗試開設App Inventor相關內容，對提升學生計算思維做了初步探究。

二、什么是App Inventor

App Inventor最初是谷歌實驗室（Google Lab）自2009年開始，由麻省理工學院的Hal Abelson教授主導的一個實驗項目。它的設計初衷是幫助人們在移動通信的世界里成為創造者，而不僅僅是消費者。它是一款基于瀏覽器，面向無編程基礎的初學者的安卓應用開發軟件工具。

App Inventor具有如下幾個特點。

1.界面友好，操作便捷

App Inventor界面友好，功能清晰明了，不同的功能模塊都用不同的形狀和顏色進行區分，辨識度高，容易上手，全中文的操作界面使高中學生可以完全零門檻介入。

2.簡單的開發過程

不需要關注復雜的語法結構，和初中生學習過的Scratch類似，通過一個個模塊化圖形化組件的拖曳來完成App開發，這使得編程零基礎的高中生也能夠完成開發。而且App Inventor開發周期短，可以較快得到App作品。

3.豐富的組件模塊

App Inventor有不同類型的組件模塊：多媒體類、傳感器類，甚者有樂高機器人組件。這可以讓學習者無須關心底層的技術實現細節，更容易滿足學習者的應用設想，也更有利于培養計算思維。

三、為什么是用App Inventor來提升學生的計算思維

因為App Inventor是一款零基礎要求的入門軟件。學生在進行程序開發時，第一步想到的是要實現的功能，可以呈現給使用者什么樣的界面;第二步，在界面設計完成后，就要選擇組件模塊;最后，選擇使用哪些邏輯模塊來完成整體設計。這整個開發的過程都能鍛煉學生的實踐能力、合作能力和動手能力。而通過長期的練習，就可以提高學生的計算思維能力。App Inventor的優勢具體表現在以下幾個方面。

1.在開發的過程中深刻體現計算思維

整個應用的開發過程，是先從需求分析開始，接著分析系統開發的可行性，然后設計用戶界面，再進行算法的設計與編寫。這一系列的設計與實現的過程無不體現出深刻的計算思維。

2.搭積木式的操作方式使得計算思維的培養沒有任何障礙

學生通過拖曳鼠標可以很方便地找到所需要的組件和功能模塊，輕松實現應用界面的設計。整個操作過程完全中文化，對高中生不存在認知和理解障礙，可以提升學生的學習興趣，使得計算思維的培養沒有任何障礙。

3.編程方式為計算思維的培養提供方便

據筆者在本校高一年級的調查顯示，學生學習程序設計的最大障礙是晦澀難懂的程序設計語言的語法和結構。而App Inventor塊狀編程方式，如圖1所示，使得學生不需要記憶具體的結構代碼，有效保持了學生的學習興趣，為計算思維的培養提供方便。

圖1 Tank大戰部分開發圖

4.計算思維貫穿應用開發的整個過程

在開發過程中，學生不斷地將具體問題細化，而計算思維通過不斷對問題的等價轉換、抽象、分解等方式來實現。

5.交流之后，進一步完善思維方法

小組交流結束后，每個小組進一步完善思維方法，修改程序，整個項目的學習示意圖如圖2所示。

圖2 坦克大戰學習示意圖

四、App Inventor校本課程實施過程

App Inventor校本課程的最終目標是培養和提升學生的計算思維能力，下面以Tank大戰為例，談談校本課程的具體實施。

1.通過情境創設，激發學生的學習興趣

教師需要動用智慧，為學生們創設喜歡的學習情境。Tank大戰游戲是學生比較熟悉的一款游戲，教師通過熟悉課例的引入，引導學生產生學習的興趣與動力。

2.項目教學，鼓勵學生大膽創新

采用項目教學法，讓學生體會“做中學，學中做”的方式。首先學生根據教師提供的半成品文件完成界面設計、模塊設計和邏輯設計，通過調試運行完成App源文件的開發;然后針對學有余力的同學，要求他們加入自己的設計理念，如探討多種獲勝條件等，激發學生的學習主動性和探究精神。需要解決的問題：敵方坦克如何隨機出現？敵方坦克如何追蹤我方坦克？如何統計生存時間？

3.小組分工合作，完成項目開發

項目小組成員分為：項目經理、界面設計師、模塊設計師和應用測試員，他們要明確各自的開發任務，并且能夠通過合作完成整個項目的開發，項目經理總體把握開發進度和開發文檔的收集。教師作為技術總監，巡視課堂，解答各個項目小組遇到的技術問題。需要解決的問題：Player設置背景音樂，Clock控制生存時間，PointTowards追蹤目標，EdgeReached判斷是否到達邊際。

4.項目完成后進行交流評價

項目開發完成后，由項目經理上傳App源文件并在教師的手機上進行APK文件的安裝，以便進行現場測試。教師與各項目小組代表按照項目評價表內容進行自評與互評。學生通過交流評價，體會了App Inventor創意編程，增強了學習的興趣，并激勵其進一步完善自己的作品，形成創新成果。

5.交流之后，進一步完善思維方法

小組交流結束后，每個小組進一步完善思維方法，修改程序。

App Inventor校本課程在我校高一年級中展開，采用選修形式，每周一節課。在課上，由于不需要記憶復雜的語法結構，學生可以專注于計算思維的訓練。通過一學期的學習，學生基本掌握了使用App Inventor進行移動終端應用開發的方法和過程，培養和提升了信息意識和解決問題的能力，促進了計算思維的提升。

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