計算思維培養為核心的中職信息編程課程游戲化學習探究與實踐
——以“APP Inventor圖形化編程”課程為例

文/東莞市商業學校 彭民鑫

2020年教育部頒布的《中等職業學校信息技術課程標準(2020版)》中指出,中等職業學校信息技術課程學科核心素養主要包括信息意識、計算思維、數字化學習與創新、信息社會責任四個方面。APP Inventor是一款在線、開放編程軟件,有簡單易懂的編輯界面、快速上手的操作方式,能夠為使用者提供方便快捷的編程操作環境。在國外,很多學校都選擇APP Inventor作為編程入門軟件,提高學生的計算思維,在國內APP Inventor也逐步被納入各學段的教學內容體系,賦予培養學生計算思維的重任。

一、中職信息編程課程的難點

(一)教學模式單一化

中職學生的基礎薄弱,與編程相關的數學能力和邏輯能力較弱尤其突出,傳統的“以教師為中心”的注入式教學法,教學模式單一化,只注重軟件的操作,學生更多是被動地接受知識,缺乏變通,學生不易接受課程內容,學習積極性不高。

(二)教學內容枯燥乏味

學生對編程具有一定的抵觸心理,如C語言等高級程序設計語言,語法抽象,生澀難懂,要掌握大量的基礎知識。在學習過程中學生比較難理解,還沒掌握,就對編程逐步喪失了興趣,學習效果也不理想。

(三)核心素養關注低

在傳統中職信息編程課程中,教材的很多內容相對陳舊,情境沒有很好地貼近實際生活,教師用知識灌輸式地講解書本的內容,學生參與度不高,學生更多單純地停留在編程這個層面,問題解決意識較弱,限制了學生核心素養的培養。

針對以上問題,提出了計算思維培養為核心的中職信息編程課程游戲化學習,以學生為主體,通過游戲化學習,為學習者提供沉浸式、體驗式、協作式的學習環境,激發學習動機、提高學習參與度,讓學生能夠在輕松愉快的環境下促進學生的學習,促進計算思維的發展。

二、計算思維游戲化學習教學的構建

(一)計算思維與游戲化學習的理論基礎

計算思維是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(Wing,2006)。游戲化學習將游戲特有的動機、興趣、挑戰、反饋等特性應用到學習中,從而激發中職學生的內在動力和參與熱情,有效達成學習目標。

中職信息編程教學中計算思維培養的理想方式是寓教于樂,在學生學習過程中注重趣味性,克服教學過程中的枯燥乏味,提升學生參與編程學習的積極性,并激發學生學習編程的熱情。在教學中,將培養學生計算思維這個目標滲透在每個學習內容和學習活動的設計中,讓學生在輕松的學習氛圍下有所收獲。游戲化學習寓教于樂的理念能夠激發學生在編程學習中的學習興趣,同時游戲化學習豐富的活動設計可以為計算思維培養提供有力的支撐,實現培養計算思維的目的。

(二)計算思維培養的游戲化學習模式構建

根據上述分析,通過融入游戲化學習設計和計算思維中計算概念、計算實踐、計算觀念的三維目標,構建了游戲學習視角的APP Inventor圖形化編程教學設計模式,如圖1所示。

圖1

1.課前分析

課前分析是整個教學中必不可少的一步,為整個學習過程做鋪墊。在這一環節,先分析教學內容,再根據教學內容,選用相對應的游戲化教學方法,結合學生日常生活的實際應用,兼顧趣味性確定程序,提高學生學習興趣。同時,明確教學目標,在編程項目設計中融入游戲化,借助APP Inventor直觀的圖形化編程,實現培養學生計算思維的目的。在此環節中,還要加強對學生的全面了解,做好學情分析,根據學生的特點,設計出具有挑戰性、有競爭性的游戲,達到提升學生知識水平和端正學習態度的目的。

2.課堂過程

課堂過程環節中,以學生為主體,發揮教師引導、協調作用。在游戲活動準備階段,通過游戲情境創設,激發學生的興趣,讓學生以游戲化方式進入學習,在此之下呈現項目主題,引導學生將整體項目拆分成一個個小任務執行,利用思維導圖輔助思考,梳理解決思路。在游戲活動過程階段,教師準備好所需知識點和教學資源,設置積分可以兌換通關道具的形式,讓學生在達到某項學習目標時獲得獎勵積分,不斷激發學生自主學習的積極性。同時,教師基于游戲設計策略,組成不同難度的關卡任務,讓小組合作闖關,在游戲化學習中體驗角色扮演,贏得知識與能力。在游戲活動結果階段,教師引導學生積極展示,小組分享在游戲學習中的體會和收獲,加強表達、交流和反思能力的培養,完成小組內部評估和組間評估,提出改進建議,促進教學質量提升。

3.課后評價

根據設定的計算思維中計算概念、計算實踐、計算觀念的三維教學目標,在游戲化項目評價上,體現與信息技術學中的三維目標相對應。計算概念相對應于知識與技能目標,評價學生對基本知識、基本概念的理解和掌握情況。計算實踐相對應于過程與方法目標,分析學生在實踐中的行為,評價學生對所學知識的實際應用情況。計算觀念相對應于情感態度與價值觀念目標,重點在于評估學生學習行為中的學習態度和情感。

三、計算思維游戲化學習教學的實踐

(一)實踐對象

本次教學實踐對象為我校2021級物聯網應用專業1班的49位學生。為了更好地進行實驗研究,在開展教學實踐前,對學生進行了問卷前測,從計算思維的計算概念、計算實踐、計算觀念三個維度了解目前學生的學習情況,如表1所示。

表1

調查表明,學生對計算概念的掌握并不清晰,對一些概念的理解存在問題,還要進行有效學習和強化;學生在實際應用中實踐水平有所欠缺,計算實踐能力上有很大提升空間;學生對用編程創作的積極性和熱情不高,更多的是處于被動接受狀態,學習反思意識不夠。

(二)實踐工具與方法

本次教學實踐通過調查問卷和面對面訪談來得到學生在計算概念、計算實踐、計算觀念等方面的情況。在學期初,摸底學生計算思維的現狀。學期期間,引入計算思維為核心的中職信息編程課程游戲化學習。在學期末,全面調查學生游戲化學習滿意度和計算思維的計算概念、計算實踐、計算觀念等的變化,隨機抽樣部分學生,得到學生在接受計算思維為核心的中職信息編程課程游戲化學習教學后的滿意度、想法與建議。

(三)實踐過程

在教學實踐中開展計算思維為核心的中職信息編程課程游戲化學習,在游戲化學習的各個環節設置游戲化元素,以學生為主體,開展教學活動。現以“APP Inventor圖形化編程”課程的《猜數游戲》為例,教學案例如表2所示。

表2

(四)實踐結果分析

在教學實踐結束后,問卷調查學生計算思維的計算概念、計算實踐、計算觀念等的變化。

如表3所示,實施計算思維培養中職編程課程游戲化學習教學后,學生在計算思維的計算概念、計算實踐、計算觀念上都顯著提升。

表3

隨機抽樣10位學生對游戲化學習的滿意度進行調查,和計算思維能力后測成績進行相關分析,如圖2所示,發現游戲化學習滿意度和計算思維能力后測成績之間存在較強的正相關性。可以得到,學生對游戲化學習的滿意度是促進計算思維能力提升的重要原因。

圖2

同時,對3位學生隨機訪談,學生都非常認可計算思維培養中職編程課程游戲化學習教學,覺得課程學習充滿趣味性,在學習中獲取積分、道具很有吸引力,在小組合作中角色扮演等也帶來了不一樣的體驗,在直觀的排行榜下產生了非常強的競爭學習意識,促使學生不斷探索學習,從而不斷提高計算思維能力。

四、結語

基于計算思維的計算概念、計算實踐和計算觀念的三維目標,將游戲化學習機制設計于“APP Inventor圖形化編程”教學中,有效的游戲化元素融入創設游戲情境、引出項目、進行分組探究、游戲闖關學習、交流分享、作品評價這六步教學流程,構建了計算思維培養為核心的中職信息編程課程游戲化學習模式。研究結果表明,在實踐計算思維培養為核心的中職信息課程游戲化學習后,學生的計算思維能力整體水平有顯著提升,游戲化學習的滿意度也與計算思維能力水平呈正相關,說明編程游戲化學習過程對計算思維培養有積極作用。