基于App Inventor 平臺(tái)的本科生計(jì)算思維課堂教學(xué)研究

曹寧

摘 要 針對(duì)學(xué)生計(jì)算思維的缺乏，以App Inventor為開發(fā)平臺(tái)，面向理工科學(xué)生，開設(shè)可視化移動(dòng)開發(fā)課程。設(shè)計(jì)有針對(duì)性的教學(xué)案例，融入計(jì)算思維思想，通過(guò)項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)方式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力。

關(guān)鍵詞 計(jì)算思維 App Inventor 移動(dòng)應(yīng)用

中圖分類號(hào)：G434文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1計(jì)算思維

計(jì)算思維這一概念的提出，以2006年3月卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系周以真教授在美國(guó)計(jì)算機(jī)權(quán)威期刊Communications of the ACM上發(fā)表的論文為標(biāo)志。周以真教授對(duì)計(jì)算思維的定義：計(jì)算思維是指運(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)。

美國(guó)國(guó)際教育技術(shù)協(xié)會(huì)（ISTE）和美國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)教師協(xié)會(huì)（CSTA）與來(lái)自相關(guān)教育行業(yè)的專家研究后認(rèn)為，計(jì)算思維是一種解決問(wèn)題的思維過(guò)程，具備但不局限于以下特征：

（1）借助計(jì)算機(jī)和其他工具幫助我們解決問(wèn)題;

（2）有邏輯地組織、分析數(shù)據(jù);

（3）使用模型和仿真等抽象手段對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行再現(xiàn);

（4）通過(guò)算法思想實(shí)現(xiàn)對(duì)問(wèn)題的自動(dòng)化解決;

（5）通過(guò)識(shí)別、分析和實(shí)現(xiàn)等手段找到問(wèn)題最有效的解決方案;

（6）能將以上解決問(wèn)題的過(guò)程進(jìn)一步推廣到其他領(lǐng)域。

通過(guò)計(jì)算思維的定義，我們發(fā)現(xiàn)，所謂的計(jì)算思維即我們利用計(jì)算機(jī)或其他工具、幫助我們實(shí)現(xiàn)對(duì)問(wèn)題的分析和求解的思維過(guò)程。

2 App Inventor及特點(diǎn)

2.1什么是App Inventor

App Inventor是由谷歌公司開發(fā)的一款在線開放Android編程工具軟件，通過(guò)圖形化積木式的拖放組件來(lái)完成App開發(fā)。App Inventor在2012年1月移交給麻省理工學(xué)院MIT的行動(dòng)學(xué)習(xí)中心接管，并由MIT發(fā)布使用，目前已經(jīng)發(fā)布了2版本。

2.2 App Inventor的特點(diǎn)

App Inventor從發(fā)布以來(lái)即備受關(guān)注，主要原因如下：

（1）開發(fā)環(huán)境搭建簡(jiǎn)單。采用瀏覽器加云服務(wù)器技術(shù)模式，無(wú)需復(fù)雜的軟件安裝。

（2）開發(fā)過(guò)程簡(jiǎn)單。界面設(shè)計(jì)和軟件行為開發(fā)都通過(guò)組件的拖放拼接完成，無(wú)需編寫代碼。

（3）功能組件模塊豐富。App Inventor內(nèi)置不同類型組件模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)多媒體、傳感器甚至樂(lè)高機(jī)器人的支持。

（4）方便多臺(tái)機(jī)器交叉開發(fā)。所有開發(fā)過(guò)程都存儲(chǔ)在云端服務(wù)器，方便開發(fā)者進(jìn)行快速開發(fā)，保證了開發(fā)過(guò)程的一致性和安全性。

（5）支持實(shí)時(shí)調(diào)試。App Inventor提供了強(qiáng)大的調(diào)試功能，調(diào)試過(guò)程中模塊變更會(huì)同步到進(jìn)行調(diào)試的手機(jī)端或模擬器中，無(wú)需重裝應(yīng)用。

3基于APP Inventor和計(jì)算思維的課堂教學(xué)

3.1基于計(jì)算思維的課程建設(shè)

為順應(yīng)新時(shí)代高等教育教學(xué)改革的潮流，筆者所在學(xué)院開設(shè)了面向本院學(xué)生的專業(yè)選修課程“可視化移動(dòng)應(yīng)用開發(fā)”。課程主要面對(duì)有編程基礎(chǔ)的理工科學(xué)生，使用App Inventor可視化編程工具，通過(guò)案例引導(dǎo)和項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)方式，使學(xué)生掌握App Inventor平臺(tái)進(jìn)行Android手機(jī)App開發(fā)方法，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力。

3.2課程教學(xué)模型

通過(guò)筆者教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，信息技術(shù)類課程要想達(dá)到好的教學(xué)效果，案例或項(xiàng)目是必不可少的，并且，這些項(xiàng)目要盡可能貼近學(xué)習(xí)者的生活或足夠有趣。此外，我們選擇App Inventor平臺(tái)作為培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力的一個(gè)切入點(diǎn)，正是基于其可視化模塊拼接編程的特點(diǎn)，讓學(xué)習(xí)者在解決問(wèn)題過(guò)程中，把精力更多集中在問(wèn)題本身的解決方法即算法的設(shè)計(jì)上，而編程語(yǔ)言本身的細(xì)節(jié)對(duì)學(xué)習(xí)者的干擾則應(yīng)盡量降低，即學(xué)習(xí)者不需要過(guò)多地考慮編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的細(xì)節(jié)，只要解決問(wèn)題的方法得當(dāng)，就能得到好的結(jié)果。

根據(jù)計(jì)算思維的特點(diǎn)，在可視化移動(dòng)應(yīng)用開發(fā)這門課的教學(xué)中，構(gòu)建了以下教學(xué)模型。首先由教師給出問(wèn)題，學(xué)生根據(jù)自己的理解，加以抽象，提出要解決的問(wèn)題。進(jìn)一步分析問(wèn)題，確定問(wèn)題的約束條件和求解目標(biāo)。如果問(wèn)題規(guī)模較大，需學(xué)生對(duì)問(wèn)題分解，把分解后的小問(wèn)題規(guī)模控制在可理解范圍內(nèi)。之后，擬定算法，設(shè)計(jì)程序流程并重審問(wèn)題，確定方案合理性。結(jié)合App Inventor的特點(diǎn)，進(jìn)行可視化編程。最后，驗(yàn)證編程結(jié)果，進(jìn)行小組討論實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的遷移。

3.3教學(xué)實(shí)踐效果

教學(xué)中，教師設(shè)置6個(gè)小型項(xiàng)目，期末考核設(shè)置一道開放性題目。平時(shí)學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，學(xué)生相互討論，編程部分由學(xué)生獨(dú)立完成。通過(guò)實(shí)踐看，學(xué)生的課程參與度為100%，即每名學(xué)生都主動(dòng)投入到課程的學(xué)習(xí)中。學(xué)生普遍反映，App Inventor相較其他編程類語(yǔ)言，語(yǔ)法細(xì)節(jié)少，但功能強(qiáng)大，非常適合進(jìn)行計(jì)算思維的培養(yǎng)，并且是一種很適合進(jìn)行快速開發(fā)的語(yǔ)言。

4結(jié)論

在信息技術(shù)和計(jì)算思維普及的背景下，很多中小學(xué)已經(jīng)開始使用App Inventor進(jìn)行教學(xué)工作，但國(guó)內(nèi)很多高校對(duì)這部分的研究工作還處于起步階段。通過(guò)本單位開設(shè)的“可視化移動(dòng)應(yīng)用開發(fā)”選修課程，對(duì)基于App Inventor和計(jì)算思維的信息類課程的教學(xué)工作進(jìn)行了一定探索，教學(xué)效果令人滿意。我們可進(jìn)一步調(diào)整課程結(jié)構(gòu)，把這門課設(shè)置為理工科學(xué)生接觸的第一門程序設(shè)計(jì)類課程，或開放為面向全校所有專業(yè)學(xué)生的一門公共選修課，勢(shì)必對(duì)啟蒙學(xué)生的計(jì)算思維起到重要作用。

基金項(xiàng)目：河北省人口健康信息化工程技術(shù)研究中心2016年度教改課題“基于APP INVENTOR平臺(tái)的本科生計(jì)算思維教學(xué)研究”，編號(hào)201603。

參考文獻(xiàn)

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