游戲化教學中計算思維的培養研究

【摘 要】計算思維是當前國內外計算機界廣為關注的一個重要概念，計算思維的重要作用也受到了國內外專家和學者的廣泛關注。為了培養大學生的計算思維能力，本文研究如何結合計算思維的相關思想和游戲化教學的相關理論用于課堂教學，提出了基于游戲化教學的計算思維培養方案。

【關鍵詞】計算思維；游戲化教學；信息技術基礎教育

【中圖分類號】G623.58 【文獻標識碼】A

【文章編號】2095-3089（2019）04-0018-01

一、計算思維概述

計算思維是由美國卡內基·梅隆大學的周以真（Jeannette M.Wing）教授提出的一種教育理念，她指出：計算思維是運用計算機科學的基本概念去求解問題、設計系統和理解人類行為[1]。

計算思維概念一經提出，就受到國內外教育界和科學界人士的廣泛關注。基于計算思維的學習目的是為了創造，計算思維發展水平是學生成才的關鍵。以先進的教學理念指導教學，對學生現在以及將來具有非常重要的影響。

目前，計算思維在教育教學中的應用正逐步展開，增強學生計算思維能力培養已成為共識[2]。針對計算思維的培養問題，2008年，美國國家計算機科學技術教師協會發布了報告《計算思維：一個所有課堂問題解決的工具》。我國高等學校計算機教育研究會召開了“計算思維”專題研討會。2009年，漢布魯什（Hambrusch）等介紹了普渡大學在開設計算思維導論課程中所取得的經驗；董榮勝對以計算思維為基礎和以學科思想為基礎的兩類計算機導論課程進行了比較分析。之后的研究主要圍繞計算思維在計算機應用型人才中的培養、在程序設計課程中的培養，以及如何在信息技術基礎、數據庫等課程中培養學生的計算思維能力[3]。

二、游戲化教學研究

科技的高速發展給教育帶來了便利的同時也帶來了一些負面影響，許多學生沉浸在游戲中難以自拔。玩游戲時，玩家會聚精會神的沉浸在游戲情境中，可以自動屏蔽周圍的很多干擾，為了達到游戲設定的目標常常廢寢忘食，經常可以完成看起來不可完成的任務，最終獲得滿足感和自豪感。心理學上把玩游戲者的在玩游戲的過程中所達到的最佳狀態稱作“沉浸狀態（Flow State）”[4]。

1.游戲吸引學生的主要原因。

（1）游戲具有娛樂性，玩家在玩游戲的過程中可以獲得愉悅感。

（2）游戲具有目標性，在完成游戲設定的目標后，玩家能獲得滿足感和自豪感（在別人沒有完成而自己完成之后）。

（3）游戲具有過關性，在通往目標的過程中需要過五關斬六將，可以激發玩家的斗志，激發玩家的興趣。

（4）游戲具有挑戰性和競爭性，可以給玩家帶來刺激感。

2.游戲和教學可以相結合的原因。

（1）游戲是設定一定的目標，讓玩家去參與，并想方設法要達到目標，這一點與教學不謀而合，教學最終的目標也是讓學習者達到教師所設定的目標。

（2）游戲要遵循一定的規則，不能隨心所欲，這給教師提供了掌控全局的機會，在游戲化教學過程中，教師事先設置一定的規則，在整個過程中起到調節、控制的作用。

（3）游戲具有激發玩家興趣的特性，現在很多學生在學習上就是缺乏興趣，教師很難激發學生的學習動機，倘若能將游戲與教學相結合，教師就可以很好的激發學生的學習興趣。

（4）現在的教育都強調創新能力的培養，而游戲的過程中會出現很多問題需要去解決，需要玩家給予分析并作出決策，在教育中引進游戲的規則，可以激發學生的創造性。

（5）游戲的過程是參與的過程，是一種交互活動，游戲化教學可以給每個學生參與的機會，讓每個學生都參與其中可以避免學習中很多的“搭便車”現象，每個人都參與其中，也可以提高學生的參與意識，有些游戲還需要合作完成，可以提高學生的合作意識。

3.游戲化教學可以培養學生的計算思維能力的原因。

（1）游戲化教學中會將教學任務設計成很多關卡，也就是目標分層，這符合計算思維釆用抽象和分解方法來解決龐雜任務。

（2）游戲化教學都是設計一些游戲情境讓學生親自體驗，在游戲的過程中學習，這符合計算思維用轉化、仿真和嵌入等方法。

（3）游戲化教學中，在很多闖關環節學生都是自己找到或者根據教師給的提示找到闖關密胡，這符合計算思維利用啟發式推理來尋找答案。

（4）游戲化教學通常是設置一個游戲情境，教師給出游戲目標和相關規則，至于怎么達到目標并沒不是只有唯一的方法，在這個過程大學生可以使用任何一種可以達到目標的方法，這符合計算思維的容錯、冗余和糾錯方法。

由以上可見，游戲化教學對信息技術教學的作用還是相當大的，它可以解決當前信息技術教育面臨的很多問題，在大學信息技術基礎課堂運用游戲化教學能激發學生的學習興趣和求知欲，在游戲的過程中不知不覺促進學生主動探究能力和創新能力，同時，由于信息技術課堂與計算思維聯系很緊密，在信息技術課堂，游戲化教學還可以培養學生的計算思維能力。

三、游戲化教學對計算思維能力的培養

1.游戲化教學的目的。

游戲化教學是基于“寓教于樂”的理念提出來的，是體驗式學習的具體應用。游戲化教學主要以合作學習、多元智能理論和建構主義以及相關的教育心理學理論為理論基礎。

游戲化教學是參照游戲的設疑、自主、挑戰等理念，把教學目標隱藏于游戲活動中，根據教學內容及學習者的特征，釆取相對應的游戲化教學策略，從而使學習者在愉悅的狀態下，從樂趣中獲得知識、陶冶情操和提高技能，這里的游戲既包括教育游戲，一些電子游戲，也包括學生和教師的活動游戲。由于游戲環境的特殊性，具體到信息技術課堂教學，就是教師借助一些特定的教學用具（包括計算機在內）、肢體語言等等，與學生一起參與，達到預設的教學目標的一種教學方式[5]。

2.游戲化教學對培養計算思維能力的啟發。

1972年，圖靈獎得主艾茲格·迪杰斯特拉說“我們所使用的工具影響著我們的思維方式和思維習慣，從而也將深刻地影響著我們的思維能力”[6]。如今計算機已經走進尋常百姓的生活之中，也成為人們円常生活中不可或缺的工具，因此計算思維也逐漸成為人們需要掌握的思維方式和思維習慣，因此計算思維能力的培養也是計算機教育者需要研究的重點內容。

在胡衛平教授的《科學思維培育學》一書中曾經提到：在思維培育教學中宜采取游戲的方式進行教學，因為在自山寬松的游戲氛圍中，學生敢于大膽猜測，也維多向發散，最大限度發揮想象力，從而有效的培養學生的創造性思維能力[7]。

3.教師教學活動設計。

（1）課前準備。

課前準備對教師來說一切教學活動幵展的基礎，在這一部分教師要分析教學任務、制定教學目標和確定教學流程，在制定教學目標和確定教學流程的時候是基于計算思維的相關方法進行的，換句話說就是選擇適當的計算思維方法指導教學目標的制定和教學流程的確定。

（2）游戲設計。

這一部分對整個教學的影響是至關重要的，如果這一環節沒有做好，可能導致后面的環節都無法進行。在這一部分，教師需要選擇游戲類型、設計游戲環節、制定相應的游戲關卡，并選擇一定的輔助道具，在一定的關卡給予一定的提示，引導學生探索新知。在這里，需要強調的是，在設計游戲的時候一定要將計算思維的相關方法滲透到里面，并不是要將所有的計算思維方法全部考慮在內，而是選擇合適的相關方法來指導游戲的設計。

（3）實施游戲。

實施游戲是指學生把教師設計的游戲付諸實踐的過程，也是學生要達到預期中的游戲目標的基本途徑。評價一個游戲是否能夠實現預設教育目標，是否能促進學生的身心發展，是否被學習者接受，都需逋過實施才能得到答案。一般來說，游戲設計得越好，實施起來就越容易，效果也就越好，越容易實現預定的教學目標。

（4）調控游戲。

這一環節也很重要，學生在游戲的過程中肯定會遇到許多問題，因此，教師需要對整個過程進行指導和調控，要注重讓所有的學生都參與到游戲中來，避免學習“搭便車”現象。

（5）總結評價。

對學生的行為進行總結評價，對游戲過中遇到的問題進行分析，最終還是要回歸到本節課的學習任務，結合教學目標該節課進行總結評價。這一部分也很重要，因為很多學生可能還沉浸在游戲情境中，也有學生還不知道玩過游戲之后學到了什么，所以需要教師給予點撥和總結評價。

四、結語

隨著計算思維的不斷發展及信息技術基礎教育的不斷普及及重視，計算思維能力培養的教育前景是廣闊的。當然，目前計算思維的一切研究都尚處在一個發展的時期，在這個發展的過程中也會遇到很多的困難，需要教育研究者不斷地研究和完善。但是，既然已經意識到計算思維能力的重要性，那么希望本文提出的基于游戲化教學的計算思維能力培養的想法對新時代信息技術基礎教育有一定的啟發，也為新時代的大學信息技術教育教學貢獻了自己一份微薄的力量。

參考文獻

[1]袁磊，寧彬，谷瓊.計算思維在計算機應用型人才培養中的應用探索[J].計算機時代，2014.4：62-63.

[2]戰德臣，聶蘭順等著.大學計算機——計算思維導論[M].電子工業出版社，2014.

[3]董榮勝.計算思維與計算機導論[J].計算機科學，2009.4：50-52.

[4]馬穎峰，隋志華.基于Flow理論的教育游戲沉浸性設計策略研究——教育游戲活動難度動態調控研究[J].電化教育研究，2010：54-55.

[5]張金磊，張寶輝.游戲化學習理念在翻轉課堂教學中的應用研究[J].遠程教育雜志，2013，（6）：74.

[6]牛玉霞，任偉.游戲化教學初探[J].教育技術導刊，2006，（5）：4-5.

[7]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，2011：94.

作者簡介：韓法旺，男，副教授，南京森林警察學院信息技術學院，主要從事計算機網絡技術和計算機基礎的教學。

項目支持：1.江蘇高校品牌專業建設工程資助項目，項目編號：PPZY2015A058。

2.南京森林警察學院教學改革研究與教學建設重點研究項目，項目編號：ZD18003。