在游戲開發環境中培養學生問題解決能力

任健

● 教學內容分析

計算思維是指個體運用計算機科學領域的思想方法，在形成問題解決方案的過程中產生的一系列思維活動。要培養學生的計算思維，設計真實的問題情境是必不可少的，而游戲開發就是一個非常好的載體，它符合問題解決的一般流程，而且游戲本身是學生比較感興趣的項目，具有較強的實踐體驗。本課以App Inventor（以下簡稱AI）可視化編程軟件制作打地鼠游戲為例，介紹如何使用程序語言解決游戲開發中面臨的各類問題，體驗用程序解決問題的過程，在實踐中培養學生問題解決的意識與技能，提升學生的計算思維。

● 學情分析

本課是手機編程選修課中的一節內容，學生是來自高一各班對程序設計感興趣的學生，有部分學生已經學習過C++、Pascal等程序語言。現代高中生是被稱為“數字土著”的零零后，信息技術對他們的認知、態度及行為習慣的塑造是空前的，他們習慣在互聯網上與同學、朋友交流分享信息，喜歡攜帶自己的移動設備進行學習和游戲。學生學習本課，無需動員便有很大的學習興趣，有的學生還為游戲設計了一些新點子，如增加難度、增加互動等，教學中可以預留問題空間，留些時間讓學生去發揮，有時會有出乎意料的效果。

● 教學策略

本課需要兩節課的時間完成。在此之前，學生已經熟悉了AI的基本操作，學習了畫布組件的相關操作，通過手指拖動在畫布上畫線，調整線條顏色和粗細等。在本課的教學設計中，按照軟件開發的一般過程，通過問題需求分析、問題梳理、編程解決問題、分享展示等步驟展開教學。大部分學生玩過類似的游戲，他們很容易想到需要解決的一些問題，如如何隨機產生“地鼠”等，接著師生一起用AI程序塊去解決這些問題，通過運行、調試、運行不斷改進程序，如果冒出新想法則啟發他們進一步深入下去，對程序進行補充、修改，最后進行展示分享。在調試環節，為每位學生配備了一臺安卓智能手機作為模擬器，程序可以在手機上立刻呈現效果。如果沒有手機，電腦上也可以通過安裝“AI伴侶”程序進行測試。

● 學科核心素養

①能夠根據問題的需要，主動、合理地尋求恰當的方式獲取與處理信息。（信息意識）②能夠采用計算機科學領域的思想方法界定問題，抽象問題特征，建立結構模型，合理組織數據。（計算思維）③對信息技術創新所產生的新觀念和新事物，具有積極學習的態度。（信息社會責任）

● 課程標準要求

①了解常用移動終端的類型和功能，描述移動終端的特征與組成。②在具體的移動應用設計實踐中，了解移動應用的基本架構，理解基于圖形化開發工具進行移動應用設計與開發的基本方法，能利用模擬器測試移動應用程序（APP）。③掌握移動應用設計與開發的思想方法，根據需要設計恰當的移動應用，創造性地解決日常學習和生活中的實際問題。

● 學業要求

①知道移動應用的特點，認識到信息社會中移動應用的價值。②能夠基于移動終端的特點，利用圖形化的設計開發工具，設計開發基于單臺設備的移動應用。③開發基于真實任務的簡單移動應用，設計基于移動應用的問題解決方案。

● 教學目標

①了解畫布、精靈組件的特點和基本使用方法。②在實際運用中了解隨機數的特點，并體會隨機數在游戲中的作用。③根據游戲設計中的問題，抽象問題特征，合理設計程序結構，掌握AI編程技巧。④繼續理解面向對象、事件驅動的編程原則，體會AI編程的一般流程。

● 教學重難點

教學重點：了解畫布、精靈組件的特點和基本使用方法;根據游戲設計中的問題，抽象問題特征，合理設計程序結構，掌握AI編程的技巧。

教學難點：繼續理解面向對象、事件驅動的編程原則，體會AI編程的一般流程。

● 教學過程設計

1.情境引課

師：前面學習了在畫布組件上通過手指繪制線條，與圖片組件只能用來顯示不同，它還可以接受輸入，允許手指、鼠標觸摸、拖動等外部輸入動作，是一種交互性很強的組件。今天，我們要利用這個組件制作一個“打地鼠”的游戲程序，同時還會用到一個新的交互式組件——精靈組件。

2.“打地鼠”游戲的制作

環節一：問題的提出（5分鐘）

師：“打地鼠”游戲想必同學們看到過，玩過，有的同學可能還玩過實物游戲機，需要拿著小榔頭敲擊不斷冒出來的“地鼠”。

學生們紛紛點頭表示玩過。有的學生說敲到“地鼠”的時候，游戲機還會發出聲音呢。有的學生說地鼠出來的位置都是固定的，不過從哪個洞里出來是隨機不確定的。有的學生還說，獲勝的關鍵要靠敏捷的反應力，“地鼠”出來又下去的速度很快啊……

設計意圖：引入學習課題，調動學習興趣，啟發學生思考“打地鼠”游戲該如何設計。

環節二：問題的梳理（5分鐘）

師：剛才同學們回答得很好，看來大家都是游戲玩家啊！今天，我們就要來設計一款手機上運行的“打地鼠”游戲。你們提到的幾個問題，老師來梳理一下：①“地鼠”是怎么隨機出現的？②用什么可以調節“地鼠”出現的速度？③打“地鼠”的動作怎么模擬？④次數要不要統計？怎么統計？

根據學生的知識儲備，有的問題還不知道如何解決，但會有一些生活中的感性認識。第一問，有的學生知道要用隨機函數;第二問，有學生反應出來可以用一個計時器組件;第三問中由于沒有學過精靈組件，暫時答不上來;而第四問，學生知道計分一般用標簽組件就可以了。

設計意圖：根據游戲創設問題情境，通過梳理問題，建立與程序間的聯系，幫助學生從具體問題轉換到抽象程序。

環節三：編寫程序解決問題（30分鐘）

師：下面我們一起來使用AI軟件開發這個游戲程序。大家在制作過程中如果有好點子、新想法可以提出來哦！AI程序開發主要分為界面設計和程序編寫兩大部分。在界面的設計中，剛才提到的畫布、計時器、標簽等組件都是需要用到的，同時還需要增加一個精靈組件，它代表了“地鼠”，我們只要用一張地鼠的圖片作為它的顯示圖片就可以了。有學生提到，打到“地鼠”的時候最好有聲音或者讓手機振動一下，那就可以增加一個音效播放器組件。