面向計算思維培養的游戲化編程教學實踐

2010年11月，陳國良院士倡導在計算機基礎編程語言的教育中加入計算思維培養的理念，他的這個觀念受到了國內教育界和計算機界的廣泛關注。隨著社會的不斷發展，國家日益重視培養創新型人才，而計算思維與創新技能存在著密切的關聯。《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》已經將計算思維列為核心素養之一，在這個背景下，編程教學成為培養學生計算思維的重要途徑之一，有助于提升學生的邏輯思維能力和抽象概括能力。本文以選擇語句教學為例，探究面向計算思維培養的游戲化編程教學實踐。

一、研究背景

信息化時代要求高質量發展，創新人才培養成為國家戰略。教育改革強調創新能力的培養，鼓勵學生創新構想和創意制作，因此新時代背景下高中生計算思維的培養具有必要性。同時，計算思維在高中信息技術課程標準中被列為核心素養，其對學生的全面發展具有重要作用。人工智能時代的到來使得計算機技能成為必備能力，而高中階段的學生具有較強的邏輯思維能力，適合進行編程教學。

然而，目前編程教學存在一些挑戰，如教學方法的單一、教學內容的泛化以及評價體系的不完善等。這些問題導致學生對編程學習的興趣和參與度不高。在教育改革的推動下，游戲化教學被認為是一種有效的手段，能夠激發學生的學習興趣，改變他們的學習習慣。游戲化教學與編程教學的結合，以本身的情境化和趣味化的特點，能夠有效地提升學生的計算思維水平，改善師生關系。

二、游戲化教學對培養學生計算思維技能的實用性

游戲本身具有吸引力強、互動性高、獎勵機制明確等特點，這些特點與計算思維的培養有著密切的聯系。

（一）游戲化教學可以激發學生學習的興趣和動機

在游戲化編程教學中，教師設置游戲目標、獎勵機制以及創造性的關卡，能夠讓學生感受到一種挑戰與成就的愉悅感，從而提高他們學習的積極性。相比于傳統的教學方法，游戲化的學習過程更具有趣味性和吸引力，學生更愿意投入其中。

（二）游戲化教學可以增強學生學習的參與度和專注力

在游戲化編程任務中，學生需要不斷地思考、嘗試才能完成任務并獲得獎勵。這種持續的參與和專注會促使學生投入更多的時間和精力，使其更深入地理解和掌握編程知識。

（三）游戲化教學能夠提升學生解決問題的能力和創新思維

在游戲化編程教學中，學生會遇到各類挑戰與困難，需獨立探尋與動手實踐來尋求解答。該過程不僅有助于鍛煉學生的理性思維，還有助于激發他們的創新精神，提升學生解決實際問題的能力。

（四）游戲化教學可以為學生提供即時的反饋和個性化的學習路徑

在游戲化編程教學中，學生完成任務后會立即獲得反饋，知道自己的答案是否正確，這種即時的反饋可以幫助學生及時糾正錯誤，加深學生對知識點的理解。同時，游戲化教學還可以根據學生的學習進度和能力水平提供個性化的學習路徑，讓每個學生都能夠按照自己的節奏和能力進行學習。

采用游戲化教學法促進學生計算思維的培養切實可行，這種方法能夠有效激發學生的學習熱情與學習積極性，增強其參與感與注意力，提升其解決問題的能力和創新能力，同時，為學生提供實時反饋并支持定制化的學習途徑。因此，游戲化編程教學作為一種有效的教學方法，具有廣闊的應用前景和發展空間。

三、游戲化編程教學的設計與實施

高中信息技術課程已經把Python編程語言的教學設置為必修課程。Python作為一種高效、易學的編程語言，被視為培養學生計算思維和編程能力的重要工具。課程標準中強調，Python教學不僅可以提高學生的編程技能，還可以激發他們對信息技術的興趣，提升其解決問題的能力和創新思維能力。為了實現這一目標，課程標準建議將游戲化編程教育融入Python教學中，設計具有挑戰性的游戲項目，讓學生可以在解決問題的同時，學習和應用Python編程知識。這種游戲化的學習方式能夠提高學生的參與度和動手能力，使他們在實踐中學會邏輯思考、算法設計和代碼實現。通過結合Python和趣味游戲的編程教育，高中信息技術課程不僅能夠提升學生的編程技能，還能夠培養他們的計算思維和創新能力，為他們未來的學習和職業發展奠定堅實的基礎。為了高效開展提升高中生計算思維能力的Python游戲化編程教學，筆者設計了“數字猜想”的游戲編程項目。在理解游戲結構、操作游戲示例以及調整游戲流程的過程中，學生不僅能夠深化對計算概念的理解，還能夠將理論應用于實踐，進而提升自身的計算應用技能。

（一）教學目標

知識與技能——計算概念：學生掌握算法的基本含義及其特性，涵蓋序列、單分支結構的條件語句、雙分支結構的條件語句、循環語句等。學生逐漸理解計算思維中的分解、模式識別、抽象以及算法的內涵，學會運用條件表達式，能夠對Python編程語言中的基本數據類型，如整數、浮點數、字符串等有充分的理解。

過程與方法——計算實踐：通過“數字猜想”游戲的探索，學生逐步理解游戲的規則，并運用數字邏輯解答問題。這種學習過程不僅培養了學生的思維能力，還幫助他們學會將復雜的問題分解為簡單的步驟，并利用Python編程語言來解答。除此之外，學生還能學會收集信息，并將其轉化為可視化的流程圖，從而更好地理解問題的本質和解決方案。這種綜合性的學習方法不僅提升了學生的編程技能，還促進了學生邏輯思維和解決問題的能力的發展。

情感態度價值觀——計算觀念：通過“數字猜想”的游戲探索，教師利用Python教學激發學生對編程的濃厚興趣，培養他們在面對挑戰時的耐心和毅力。同時，鼓勵學生與同伴合作交流，共同解決問題。游戲設計中，教師要強調誠實與尊重，鼓勵學生發揮創造力，尋找創新的解決方案，增強他們的自信心和責任感。同時，注重培養學生的批判性思維和正確的價值觀，引導他們理解信息技術對社會的影響，并教育學生安全、負責任地使用信息技術。通過互動性和趣味性強的學習方法，學生不僅能夠提升自身的編程技能，還能夠在情感、態度和價值觀方面得到全面發展，為未來成為有道德、有責任感的信息技術領域人才奠定堅實的基礎。

（二）學情分析

在高中階段，學生的抽象思維能力和邏輯推理能力日漸成熟，他們通常對挑戰性任務和探索性學習充滿興趣。然而，在學習信息技術的過程中，傳統的以講授為主的教學模式會讓學生感到枯燥乏味，難以保持學習熱情。而游戲化編程教學作為一種有效的策略，能夠通過寓教于樂的方式提升學生學習的動力和參與度?！皵底植孪搿敝黝}游戲不僅能夠激發學生的興趣，還能夠在游戲過程中自然地融入編程知識點，如變量的使用、控制結構、循環語句以及隨機數的生成等。同時，高中生已具備一定的數學基礎，“數字猜想”游戲有助于他們更好地理解算法的邏輯和編程的思維方式。因此，教師設計一個既有趣又具有教育意義的“數字猜想”游戲，會是一次鍛煉學生計算思維能力的絕佳機會。

（三）教學內容分析

“數字猜想”游戲是教學內容的核心，教師需要精心設計以確保其既有趣味性，又能有效教授編程知識。

教師先向學生詳細介紹游戲的基本規則和目標，即讓計算機猜測用戶心中所想的數字，然后，引導學生深入思考實現這一游戲所需的關鍵步驟和算法設計。例如，學生需要思考如何生成和限制隨機數的范圍，如何構建游戲的循環結構以及如何設置判斷的條件，用以讓計算機根據用戶的反饋逐漸得到正確答案。在具體的編碼實踐中，學生會學習如何運用Python語言編寫代碼來實現上述功能。教師積極鼓勵學生嘗試不同的解決方案，指導學生優化代碼，以提高效率和用戶體驗。此外，教師還會指導學生進行調試和測試，以確保程序的正確性和穩定性。通過這一系列教學活動，學生不僅能夠掌握相關的編程技能，還能夠形成良好的計算思維和實踐能力。

（四）教學過程

1.創設游戲情境階段。

最開始，游戲啟動時會呈現其主界面，挑戰學生隨機輸入一個數字，并將此數與系統生成的數進行對比。若學生輸入的數大于系統數，屏幕便會提示“太大，我沒有那么大，小點，小點！”反之，則提示“小了，小了，我可以再大一點！”當學生成功猜到正確數字時，屏幕便會顯現“哈哈，厲害了您！BINGO！答對了！”以示肯定。然后，教師通過極域電子教室控制端向學生發送課程資料包并實際演示游戲實例，同時詳細解說游戲所需的各項功能組件及其結構布局。學生迅速被引入游戲情境中，對游戲規則有了深入了解，這為他們后續的游戲操作打下了堅實的基礎。在觀察和體驗教師提供的游戲示例的過程中，學生提出疑問并進行深入思考，充分利用教師提供的學習資源，熟悉教學流程和內容。

2.分析游戲階段。

教師先系統地介紹新的概念性知識，對構成游戲的各個模塊以及相應的代碼進行詳盡闡述，然后指導學生通過繪制流程圖的方法來整理和理解學習材料。這一做法不僅有助于學生深入分析程序的結構，還通過提出問題的方式激發了學生主動思考的意愿。當完成了上述理論學習之后，學生開始解決教師分配的具體任務。學生組成學習小組，分工合作，設計出游戲流程圖。

在合作學習的過程中，學生需要仔細考慮教師所提出的諸多問題，并通過反復的實踐活動來深刻理解猜數字游戲的設計原理與運作機制。這樣，學生能夠進行邏輯分析，將復雜問題分解成若干個簡單問題，逐個擊破，提高解決復雜問題的能力。這種技能的培養對學生今后在信息技術領域的發展至關重要，它不單在提升學生編程技術層面上大有裨益，同時也在塑造學生的邏輯推理、批判性思維以及解決問題的能力等方面起到了決定性的作用。

3.實施游戲階段。

在教學活動的組織管理階段，教師詳細指導學生如何高效地分配小組成員的角色與職責。這些角色包括分析任務的需求、執行編程任務、對程序進行校對審核、匯報小組成果以及擔任組長協調整個團隊的工作等。為了確保團隊能夠高效協作，每個角色都至關重要，學生需要各司其職，發揮各自的特長與能力。

分配好小組成員任務后，學生先取出紙和筆，以編程中的核心三個步驟即輸入、運算、輸出為模板，細致思考代碼的運行邏輯，然后將個人對程序邏輯的理解在紙上進行記錄。這一思考過程限定在五分鐘內完成，以確保思維的集中和高效。緊接著，學生開始進行交流發言，互相分享各自理解的算法運行邏輯。通過這種互動方式，學生可以互相啟發、補充和完善彼此的認識，促進集體智慧的生成。根據教師之前的講授內容，學生接下來著手對自己的代碼進行必要的修改和完善，以提高程序的準確性和效率。在編寫程序的過程中，一旦遇到難題或困難，學生需要及時向教師或同伴尋求幫助，同時也要注意借鑒經驗，避免重復出現常見的編程錯誤。

4.評價階段。

在課程的最后階段，教師通過極域電子教室控制端給學生發放作品評價量表，要求學生對自己小組的作品和其他小組的作品進行公平公正的自評和互評，然后把評價表發給教師。教師也對所有學生的作品進行相應的評價。這一過程包括自評、互評以及師評，能夠確保評價的全面性和準確性。完成評價后，教師選出表現最優秀的三個小組給予獎勵，以示鼓勵。最后，教師回顧并總結本節課的內容，對學習的重點進行小結，幫助學生鞏固知識點。

四、結語

目前，整個教育界已經普遍認同將編程教學作為培養學生計算思維的重要手段。Python作為一種功能強大且易于學習的編程語言尤其被看重，它與數字游戲的結合展現出了巨大的潛力和價值。傳統的編程教學方法存在的不足不容忽視，教育工作者們要探索如何通過游戲化編程教學來解決這些不足，以實現更有效的教學效果。為了確保新課程標準能夠在教學實踐中得到具體執行，教師需要持續地探尋和創新信息技術教學的理論與方法。鑒于此背景，本研究深入探討了如何通過Python游戲化編程教學來培養學生的計算思維能力，聚焦于構建有效的教學設計，使其不僅能夠幫助學生掌握編程技能，還能夠通過編程邏輯的培養，提升學生解決問題的能力。期望這項研究的成果能夠為教育研究人員和一線教師提供實用的參考。