計(jì)算思維培養(yǎng)為核心的中職信息編程課程游戲化學(xué)習(xí)探究與實(shí)踐
——以“APP Inventor圖形化編程”課程為例

文/東莞市商業(yè)學(xué)校 彭民鑫

2020年教育部頒布的《中等職業(yè)學(xué)校信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)(2020版)》中指出,中等職業(yè)學(xué)校信息技術(shù)課程學(xué)科核心素養(yǎng)主要包括信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任四個(gè)方面。APP Inventor是一款在線、開(kāi)放編程軟件,有簡(jiǎn)單易懂的編輯界面、快速上手的操作方式,能夠?yàn)槭褂谜咛峁┓奖憧旖莸木幊滩僮鳝h(huán)境。在國(guó)外,很多學(xué)校都選擇APP Inventor作為編程入門軟件,提高學(xué)生的計(jì)算思維,在國(guó)內(nèi)APP Inventor也逐步被納入各學(xué)段的教學(xué)內(nèi)容體系,賦予培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的重任。

一、中職信息編程課程的難點(diǎn)

(一)教學(xué)模式單一化

中職學(xué)生的基礎(chǔ)薄弱,與編程相關(guān)的數(shù)學(xué)能力和邏輯能力較弱尤其突出,傳統(tǒng)的“以教師為中心”的注入式教學(xué)法,教學(xué)模式單一化,只注重軟件的操作,學(xué)生更多是被動(dòng)地接受知識(shí),缺乏變通,學(xué)生不易接受課程內(nèi)容,學(xué)習(xí)積極性不高。

(二)教學(xué)內(nèi)容枯燥乏味

學(xué)生對(duì)編程具有一定的抵觸心理,如C語(yǔ)言等高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言,語(yǔ)法抽象,生澀難懂,要掌握大量的基礎(chǔ)知識(shí)。在學(xué)習(xí)過(guò)程中學(xué)生比較難理解,還沒(méi)掌握,就對(duì)編程逐步喪失了興趣,學(xué)習(xí)效果也不理想。

(三)核心素養(yǎng)關(guān)注低

在傳統(tǒng)中職信息編程課程中,教材的很多內(nèi)容相對(duì)陳舊,情境沒(méi)有很好地貼近實(shí)際生活,教師用知識(shí)灌輸式地講解書(shū)本的內(nèi)容,學(xué)生參與度不高,學(xué)生更多單純地停留在編程這個(gè)層面,問(wèn)題解決意識(shí)較弱,限制了學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

針對(duì)以上問(wèn)題,提出了計(jì)算思維培養(yǎng)為核心的中職信息編程課程游戲化學(xué)習(xí),以學(xué)生為主體,通過(guò)游戲化學(xué)習(xí),為學(xué)習(xí)者提供沉浸式、體驗(yàn)式、協(xié)作式的學(xué)習(xí)環(huán)境,激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、提高學(xué)習(xí)參與度,讓學(xué)生能夠在輕松愉快的環(huán)境下促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí),促進(jìn)計(jì)算思維的發(fā)展。

二、計(jì)算思維游戲化學(xué)習(xí)教學(xué)的構(gòu)建

(一)計(jì)算思維與游戲化學(xué)習(xí)的理論基礎(chǔ)

計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問(wèn)題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)(Wing,2006)。游戲化學(xué)習(xí)將游戲特有的動(dòng)機(jī)、興趣、挑戰(zhàn)、反饋等特性應(yīng)用到學(xué)習(xí)中,從而激發(fā)中職學(xué)生的內(nèi)在動(dòng)力和參與熱情,有效達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)。

中職信息編程教學(xué)中計(jì)算思維培養(yǎng)的理想方式是寓教于樂(lè),在學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中注重趣味性,克服教學(xué)過(guò)程中的枯燥乏味,提升學(xué)生參與編程學(xué)習(xí)的積極性,并激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)編程的熱情。在教學(xué)中,將培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維這個(gè)目標(biāo)滲透在每個(gè)學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)中,讓學(xué)生在輕松的學(xué)習(xí)氛圍下有所收獲。游戲化學(xué)習(xí)寓教于樂(lè)的理念能夠激發(fā)學(xué)生在編程學(xué)習(xí)中的學(xué)習(xí)興趣,同時(shí)游戲化學(xué)習(xí)豐富的活動(dòng)設(shè)計(jì)可以為計(jì)算思維培養(yǎng)提供有力的支撐,實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)計(jì)算思維的目的。

(二)計(jì)算思維培養(yǎng)的游戲化學(xué)習(xí)模式構(gòu)建

根據(jù)上述分析,通過(guò)融入游戲化學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)和計(jì)算思維中計(jì)算概念、計(jì)算實(shí)踐、計(jì)算觀念的三維目標(biāo),構(gòu)建了游戲?qū)W習(xí)視角的APP Inventor圖形化編程教學(xué)設(shè)計(jì)模式,如圖1所示。

圖1

1.課前分析

課前分析是整個(gè)教學(xué)中必不可少的一步,為整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程做鋪墊。在這一環(huán)節(jié),先分析教學(xué)內(nèi)容,再根據(jù)教學(xué)內(nèi)容,選用相對(duì)應(yīng)的游戲化教學(xué)方法,結(jié)合學(xué)生日常生活的實(shí)際應(yīng)用,兼顧趣味性確定程序,提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。同時(shí),明確教學(xué)目標(biāo),在編程項(xiàng)目設(shè)計(jì)中融入游戲化,借助APP Inventor直觀的圖形化編程,實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的目的。在此環(huán)節(jié)中,還要加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的全面了解,做好學(xué)情分析,根據(jù)學(xué)生的特點(diǎn),設(shè)計(jì)出具有挑戰(zhàn)性、有競(jìng)爭(zhēng)性的游戲,達(dá)到提升學(xué)生知識(shí)水平和端正學(xué)習(xí)態(tài)度的目的。

2.課堂過(guò)程

課堂過(guò)程環(huán)節(jié)中,以學(xué)生為主體,發(fā)揮教師引導(dǎo)、協(xié)調(diào)作用。在游戲活動(dòng)準(zhǔn)備階段,通過(guò)游戲情境創(chuàng)設(shè),激發(fā)學(xué)生的興趣,讓學(xué)生以游戲化方式進(jìn)入學(xué)習(xí),在此之下呈現(xiàn)項(xiàng)目主題,引導(dǎo)學(xué)生將整體項(xiàng)目拆分成一個(gè)個(gè)小任務(wù)執(zhí)行,利用思維導(dǎo)圖輔助思考,梳理解決思路。在游戲活動(dòng)過(guò)程階段,教師準(zhǔn)備好所需知識(shí)點(diǎn)和教學(xué)資源,設(shè)置積分可以兌換通關(guān)道具的形式,讓學(xué)生在達(dá)到某項(xiàng)學(xué)習(xí)目標(biāo)時(shí)獲得獎(jiǎng)勵(lì)積分,不斷激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。同時(shí),教師基于游戲設(shè)計(jì)策略,組成不同難度的關(guān)卡任務(wù),讓小組合作闖關(guān),在游戲化學(xué)習(xí)中體驗(yàn)角色扮演,贏得知識(shí)與能力。在游戲活動(dòng)結(jié)果階段,教師引導(dǎo)學(xué)生積極展示,小組分享在游戲?qū)W習(xí)中的體會(huì)和收獲,加強(qiáng)表達(dá)、交流和反思能力的培養(yǎng),完成小組內(nèi)部評(píng)估和組間評(píng)估,提出改進(jìn)建議,促進(jìn)教學(xué)質(zhì)量提升。

3.課后評(píng)價(jià)

根據(jù)設(shè)定的計(jì)算思維中計(jì)算概念、計(jì)算實(shí)踐、計(jì)算觀念的三維教學(xué)目標(biāo),在游戲化項(xiàng)目評(píng)價(jià)上,體現(xiàn)與信息技術(shù)學(xué)中的三維目標(biāo)相對(duì)應(yīng)。計(jì)算概念相對(duì)應(yīng)于知識(shí)與技能目標(biāo),評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)基本知識(shí)、基本概念的理解和掌握情況。計(jì)算實(shí)踐相對(duì)應(yīng)于過(guò)程與方法目標(biāo),分析學(xué)生在實(shí)踐中的行為,評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用情況。計(jì)算觀念相對(duì)應(yīng)于情感態(tài)度與價(jià)值觀念目標(biāo),重點(diǎn)在于評(píng)估學(xué)生學(xué)習(xí)行為中的學(xué)習(xí)態(tài)度和情感。

三、計(jì)算思維游戲化學(xué)習(xí)教學(xué)的實(shí)踐

(一)實(shí)踐對(duì)象

本次教學(xué)實(shí)踐對(duì)象為我校2021級(jí)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用專業(yè)1班的49位學(xué)生。為了更好地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,在開(kāi)展教學(xué)實(shí)踐前,對(duì)學(xué)生進(jìn)行了問(wèn)卷前測(cè),從計(jì)算思維的計(jì)算概念、計(jì)算實(shí)踐、計(jì)算觀念三個(gè)維度了解目前學(xué)生的學(xué)習(xí)情況,如表1所示。

表1

調(diào)查表明,學(xué)生對(duì)計(jì)算概念的掌握并不清晰,對(duì)一些概念的理解存在問(wèn)題,還要進(jìn)行有效學(xué)習(xí)和強(qiáng)化;學(xué)生在實(shí)際應(yīng)用中實(shí)踐水平有所欠缺,計(jì)算實(shí)踐能力上有很大提升空間;學(xué)生對(duì)用編程創(chuàng)作的積極性和熱情不高,更多的是處于被動(dòng)接受狀態(tài),學(xué)習(xí)反思意識(shí)不夠。

(二)實(shí)踐工具與方法

本次教學(xué)實(shí)踐通過(guò)調(diào)查問(wèn)卷和面對(duì)面訪談來(lái)得到學(xué)生在計(jì)算概念、計(jì)算實(shí)踐、計(jì)算觀念等方面的情況。在學(xué)期初,摸底學(xué)生計(jì)算思維的現(xiàn)狀。學(xué)期期間,引入計(jì)算思維為核心的中職信息編程課程游戲化學(xué)習(xí)。在學(xué)期末,全面調(diào)查學(xué)生游戲化學(xué)習(xí)滿意度和計(jì)算思維的計(jì)算概念、計(jì)算實(shí)踐、計(jì)算觀念等的變化,隨機(jī)抽樣部分學(xué)生,得到學(xué)生在接受計(jì)算思維為核心的中職信息編程課程游戲化學(xué)習(xí)教學(xué)后的滿意度、想法與建議。

(三)實(shí)踐過(guò)程

在教學(xué)實(shí)踐中開(kāi)展計(jì)算思維為核心的中職信息編程課程游戲化學(xué)習(xí),在游戲化學(xué)習(xí)的各個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)置游戲化元素,以學(xué)生為主體,開(kāi)展教學(xué)活動(dòng)。現(xiàn)以“APP Inventor圖形化編程”課程的《猜數(shù)游戲》為例,教學(xué)案例如表2所示。

表2

(四)實(shí)踐結(jié)果分析

在教學(xué)實(shí)踐結(jié)束后,問(wèn)卷調(diào)查學(xué)生計(jì)算思維的計(jì)算概念、計(jì)算實(shí)踐、計(jì)算觀念等的變化。

如表3所示,實(shí)施計(jì)算思維培養(yǎng)中職編程課程游戲化學(xué)習(xí)教學(xué)后,學(xué)生在計(jì)算思維的計(jì)算概念、計(jì)算實(shí)踐、計(jì)算觀念上都顯著提升。

表3

隨機(jī)抽樣10位學(xué)生對(duì)游戲化學(xué)習(xí)的滿意度進(jìn)行調(diào)查,和計(jì)算思維能力后測(cè)成績(jī)進(jìn)行相關(guān)分析,如圖2所示,發(fā)現(xiàn)游戲化學(xué)習(xí)滿意度和計(jì)算思維能力后測(cè)成績(jī)之間存在較強(qiáng)的正相關(guān)性。可以得到,學(xué)生對(duì)游戲化學(xué)習(xí)的滿意度是促進(jìn)計(jì)算思維能力提升的重要原因。

圖2

同時(shí),對(duì)3位學(xué)生隨機(jī)訪談,學(xué)生都非常認(rèn)可計(jì)算思維培養(yǎng)中職編程課程游戲化學(xué)習(xí)教學(xué),覺(jué)得課程學(xué)習(xí)充滿趣味性,在學(xué)習(xí)中獲取積分、道具很有吸引力,在小組合作中角色扮演等也帶來(lái)了不一樣的體驗(yàn),在直觀的排行榜下產(chǎn)生了非常強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)學(xué)習(xí)意識(shí),促使學(xué)生不斷探索學(xué)習(xí),從而不斷提高計(jì)算思維能力。

四、結(jié)語(yǔ)

基于計(jì)算思維的計(jì)算概念、計(jì)算實(shí)踐和計(jì)算觀念的三維目標(biāo),將游戲化學(xué)習(xí)機(jī)制設(shè)計(jì)于“APP Inventor圖形化編程”教學(xué)中,有效的游戲化元素融入創(chuàng)設(shè)游戲情境、引出項(xiàng)目、進(jìn)行分組探究、游戲闖關(guān)學(xué)習(xí)、交流分享、作品評(píng)價(jià)這六步教學(xué)流程,構(gòu)建了計(jì)算思維培養(yǎng)為核心的中職信息編程課程游戲化學(xué)習(xí)模式。研究結(jié)果表明,在實(shí)踐計(jì)算思維培養(yǎng)為核心的中職信息課程游戲化學(xué)習(xí)后,學(xué)生的計(jì)算思維能力整體水平有顯著提升,游戲化學(xué)習(xí)的滿意度也與計(jì)算思維能力水平呈正相關(guān),說(shuō)明編程游戲化學(xué)習(xí)過(guò)程對(duì)計(jì)算思維培養(yǎng)有積極作用。