面向計(jì)算思維培養(yǎng)的中職Python課程游戲化教學(xué)探究

一、引言

職業(yè)教育作為國(guó)家現(xiàn)代化戰(zhàn)略的重要支撐，其改革路徑在2019年迎來(lái)歷史性突破。國(guó)務(wù)院頒布的《國(guó)家職業(yè)教育改革實(shí)施方案》從國(guó)家戰(zhàn)略高度重構(gòu)職業(yè)教育發(fā)展框架，強(qiáng)調(diào)其在教育綜合改革中的先導(dǎo)性地位，并明確指出：職業(yè)教育的現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型是推動(dòng)整體教育現(xiàn)代化進(jìn)程的基石。為提高職業(yè)教育現(xiàn)代化水平，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，教育部制定了《中等職業(yè)學(xué)校信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》，明確學(xué)生通過(guò)對(duì)信息技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)與技能的學(xué)習(xí)，有助于增強(qiáng)信息意識(shí)、發(fā)展計(jì)算思維、提高數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力等，并將“計(jì)算思維”列入中等職業(yè)學(xué)校信息技術(shù)課程的學(xué)科核心素養(yǎng)，促使學(xué)生運(yùn)用計(jì)算思維解決職業(yè)崗位與生活情境中的相關(guān)問(wèn)題。

近年來(lái)，隨著Python在各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，其作為程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程，逐漸進(jìn)人中職課堂，成為中職學(xué)段計(jì)算機(jī)專業(yè)的核心專業(yè)課程。與其他語(yǔ)言相比，Python的語(yǔ)法更加靈活，編寫(xiě)程序的過(guò)程更符合人思考問(wèn)題的習(xí)慣。學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)Python，能直接將問(wèn)題轉(zhuǎn)換為通過(guò)自然語(yǔ)言、偽代碼、流程圖描述算法，從而能夠?qū)Ｗ⒂趩?wèn)題的解決過(guò)程。Python編程有利于培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。因此，在中職學(xué)校，如何培養(yǎng)和提升學(xué)生的計(jì)算思維，提高學(xué)生的編程積極性，成為教育工作者在開(kāi)展Python教學(xué)過(guò)程中亟待解決的問(wèn)題。

二、計(jì)算思維和游戲化教學(xué)

（一）計(jì)算思維

計(jì)算思維是依托計(jì)算機(jī)科學(xué)基本理論與方法論，通過(guò)抽象分解、模式識(shí)別及算法設(shè)計(jì)等核心手段，對(duì)復(fù)雜問(wèn)題實(shí)現(xiàn)高效求解、對(duì)智能系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)構(gòu)建，同時(shí)還能為人類認(rèn)知活動(dòng)提供結(jié)構(gòu)化分析工具的多維思維體系。目前，計(jì)算思維已經(jīng)滲透到各個(gè)學(xué)科，正在潛移默化地影響和推動(dòng)各領(lǐng)域的發(fā)展。

在國(guó)外，國(guó)家對(duì)學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)滲透在K-12階段課程教學(xué)中。英國(guó)是最早將計(jì)算教育納人國(guó)家課程的國(guó)家之一，1981年計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)在11-16歲學(xué)生中已經(jīng)比較普遍，后來(lái)成為國(guó)家課程的必修部分。在美國(guó)，計(jì)算課程傳統(tǒng)上與STEM學(xué)科聯(lián)系在一起。1958年的《國(guó)防教育法》提出加強(qiáng)數(shù)學(xué)、科學(xué)和工程課程，同時(shí)還規(guī)定為實(shí)現(xiàn)教育目的使用電視、廣播和電影等。目前，計(jì)算機(jī)科學(xué)和計(jì)算思維教育在世界范圍內(nèi)持續(xù)擴(kuò)大，并在K-12教育中得到越來(lái)越多認(rèn)可。澳大利亞、加拿大、智利、南非、韓國(guó)和英國(guó)已經(jīng)將計(jì)算機(jī)科學(xué)納入小學(xué)或更早階段的教育框架或指南。

如今，計(jì)算思維在我國(guó)也引起了重視，信息技術(shù)與學(xué)科融合進(jìn)一步深入。計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育應(yīng)以培養(yǎng)計(jì)算思維素養(yǎng)為核心導(dǎo)向，這一理念已被學(xué)界廣泛認(rèn)同。研究表明，通過(guò)算法設(shè)計(jì)、模式識(shí)別等思維訓(xùn)練，能夠幫助學(xué)生建立系統(tǒng)性解決問(wèn)題的能力框架。特別是在創(chuàng)新實(shí)踐中，計(jì)算思維的抽象化特征可突破傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)思維局限，使學(xué)生在復(fù)雜問(wèn)題中發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新路徑。在2010年高等教育深化改革背景下，中國(guó)9所高校聯(lián)合簽署《計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略實(shí)施綱要》，從學(xué)科頂層設(shè)計(jì)層面將計(jì)算機(jī)思維能力培養(yǎng)體系確立為核心戰(zhàn)略任務(wù)。隨后，計(jì)算思維逐漸成為高校計(jì)算機(jī)課程的核心教學(xué)內(nèi)容。

作為解決實(shí)際問(wèn)題的系統(tǒng)性方法，計(jì)算思維包含問(wèn)題分解、模式識(shí)別與抽象、算法設(shè)計(jì)、實(shí)施與驗(yàn)證等關(guān)鍵階段。

問(wèn)題分解是指將復(fù)雜問(wèn)題拆解為可管理的子問(wèn)題，通過(guò)模塊化降低問(wèn)題復(fù)雜度并明確解決路徑。這種拆解可以幫助我們更好地理解問(wèn)題，并提供更具體、更可行的解決方案。基于模塊化思維，采用層次化分析框架將復(fù)合型問(wèn)題分解為互斥且窮盡的子單元，通過(guò)逐層解決各單元的核心矛盾，最終實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性解決方案的整合輸出。這一階段需要我們靈活運(yùn)用抽象思維和邏輯思維，將復(fù)雜問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一系列簡(jiǎn)單而具體的任務(wù)。

模式識(shí)別與抽象階段是指在完成問(wèn)題分解后，通過(guò)觀察數(shù)據(jù)、子問(wèn)題間的重復(fù)特征、規(guī)律或差異，建立可預(yù)測(cè)的模型。通過(guò)發(fā)現(xiàn)子問(wèn)題間的共性，我們可以簡(jiǎn)化解決問(wèn)題的流程。

抽象階段就是提取核心要素并建立模型，以過(guò)濾非必要細(xì)節(jié)。抽象是確定對(duì)象或系統(tǒng)的哪個(gè)元素是必要的特征的過(guò)程。抽象是隱去問(wèn)題的細(xì)節(jié)，找到問(wèn)題的本質(zhì)屬性。

算法設(shè)計(jì)階段需要我們靈活運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)和邏輯思維，在解決問(wèn)題的過(guò)程中尋找最優(yōu)解。算法設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們需要制定明確的解決步驟和規(guī)則，并且需要考慮邊界條件和異常處理機(jī)制。

實(shí)施階段涉及運(yùn)用編程語(yǔ)言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法設(shè)計(jì)的技巧，將算法轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可以執(zhí)行的指令。而驗(yàn)證是計(jì)算思維中至關(guān)重要的一步。在解決了問(wèn)題并得到結(jié)果之后，教師需要對(duì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估。這包括檢查結(jié)果的準(zhǔn)確性、有效性和可行性等方面，以確保解決方案的質(zhì)量。同時(shí)，我們還需要反思整個(gè)解決問(wèn)題的過(guò)程，尋找改進(jìn)的空間和其他可能的解決方案。

（二）游戲化教學(xué)

“游戲化”的概念，其定義為“將游戲設(shè)計(jì)的元素和原則放入非游戲的內(nèi)容中”。中國(guó)學(xué)者提出的“教學(xué)游戲化”理論與“課程游戲化”模式分別推動(dòng)了該理念在教育領(lǐng)域的本土化實(shí)踐。

本文基于以上原理，把游戲化教學(xué)的核心環(huán)節(jié)歸納為：規(guī)則設(shè)計(jì)、情境創(chuàng)設(shè)、反饋檢驗(yàn)、總結(jié)提升。本文構(gòu)建了面向計(jì)算思維的游戲化教學(xué)模式，并將其應(yīng)用于中職Python課程教學(xué)中，以增強(qiáng)學(xué)習(xí)者的動(dòng)機(jī)和課堂參與度，提升學(xué)生的計(jì)算思維和學(xué)習(xí)效果。

三、計(jì)算思維與游戲化教學(xué)相結(jié)合模型的構(gòu)建與應(yīng)用

（一）計(jì)算思維與游戲化教學(xué)相結(jié)合模型的構(gòu)建

以培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維為導(dǎo)向，將游戲化教學(xué)融入Python課程教學(xué)中。本研究結(jié)合計(jì)算思維的四個(gè)關(guān)鍵階段和游戲化教學(xué)的四個(gè)核心環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)了培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力的游戲化教學(xué)模型。

1.確定主題，設(shè)計(jì)內(nèi)容

在確定主題的情況下設(shè)計(jì)相應(yīng)內(nèi)容。設(shè)計(jì)內(nèi)容緊緊結(jié)合學(xué)生的實(shí)際生活場(chǎng)景，充分考慮學(xué)生的年齡階段特點(diǎn)，讓學(xué)生始終處在身心愉悅的環(huán)境下，從而充分激發(fā)學(xué)生的想象力和積極性。

2.情境創(chuàng)設(shè)，算法選擇

在設(shè)計(jì)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，創(chuàng)設(shè)相關(guān)游戲場(chǎng)景。引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)流程圖將復(fù)雜枯燥的腳本執(zhí)行過(guò)程轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單易懂的語(yǔ)言。教師在課堂上鼓勵(lì)學(xué)生使用不同的算法解決同一問(wèn)題，在實(shí)踐中選擇最優(yōu)算法。

3.優(yōu)化算法，解決問(wèn)題

以學(xué)生為中心的課堂對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)思維至關(guān)重要。學(xué)生在課堂中不斷嘗試找到最優(yōu)算法后，教師通過(guò)分組討論、組內(nèi)交流等方式引導(dǎo)學(xué)生對(duì)課堂中的問(wèn)題進(jìn)行分析，以帶動(dòng)每一位學(xué)生融人課堂的學(xué)習(xí)氛圍，提高學(xué)生解決問(wèn)題的能力。

4.總結(jié)提升，擴(kuò)展遷移

解決問(wèn)題后，教師應(yīng)做好課堂總結(jié)，鼓勵(lì)和引導(dǎo)學(xué)生將算法優(yōu)化和解決問(wèn)題中使用的思維能力與實(shí)際生活緊密結(jié)合，提高學(xué)生處理問(wèn)題的能力，從而讓學(xué)生在掌握知識(shí)的同時(shí)提高計(jì)算思維能力。

培養(yǎng)計(jì)算思維的游戲化教學(xué)并不是簡(jiǎn)單讓學(xué)生去玩游戲，而是在游戲中學(xué)習(xí)。教師通過(guò)創(chuàng)造游戲化的情境和角色，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，使他們更主動(dòng)地參與學(xué)習(xí)。同時(shí)，通過(guò)游戲中的獎(jiǎng)勵(lì)和反饋機(jī)制，及時(shí)給予學(xué)生正面的鼓勵(lì)和指導(dǎo)，幫助他們更好地理解和掌握知識(shí)。通過(guò)實(shí)踐導(dǎo)向的學(xué)習(xí)模式，將知識(shí)學(xué)習(xí)與娛樂(lè)有機(jī)融合，形成良性互動(dòng)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)二者的動(dòng)態(tài)平衡與協(xié)調(diào)發(fā)展。

（二）計(jì)算思維與游戲化教學(xué)相結(jié)合模型在Python課程中的應(yīng)用

為證實(shí)本文所構(gòu)建模型在真實(shí)教學(xué)場(chǎng)景中的實(shí)用性和可信度，將該模型應(yīng)用于中職學(xué)校二年級(jí)Python課程教學(xué)中，設(shè)計(jì)了如下教學(xué)活動(dòng)：

1.課程導(dǎo)入

不同于傳統(tǒng)學(xué)科的知識(shí)積累方式，計(jì)算思維作為面向問(wèn)題求解的認(rèn)知框架，通過(guò)持續(xù)的分解、驗(yàn)證、模型構(gòu)建等實(shí)現(xiàn)認(rèn)知的動(dòng)態(tài)演進(jìn)。在此階段，學(xué)生還缺乏理性的分析能力和計(jì)算思維，因此，教師在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，需要依據(jù)教學(xué)任務(wù)，確定主題，設(shè)計(jì)內(nèi)容，并在每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中始終關(guān)注學(xué)生計(jì)算思維的發(fā)展。在課程導(dǎo)入時(shí)，教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生的階段性興趣點(diǎn)，引入游戲化教學(xué)的相關(guān)內(nèi)容，以此提高學(xué)生對(duì)Python編程的學(xué)習(xí)興趣，通過(guò)增強(qiáng)編程實(shí)訓(xùn)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力。

2.課程實(shí)施

課程導(dǎo)入后，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣明顯提高。此時(shí)，教師應(yīng)結(jié)合本節(jié)課內(nèi)容，對(duì)學(xué)生提出相關(guān)問(wèn)題，讓學(xué)生圍繞中心內(nèi)容進(jìn)行思考，從而引導(dǎo)學(xué)生逐步明確學(xué)習(xí)目標(biāo)和任務(wù)。接著，教師通過(guò)學(xué)生分組的方法，讓學(xué)生進(jìn)行討論，探討選擇哪種功能模塊實(shí)現(xiàn)該游戲相關(guān)功能，選擇合適的算法進(jìn)行程序的編寫(xiě)。選擇合適的游戲化項(xiàng)目是成功實(shí)施該教學(xué)方法的關(guān)鍵。項(xiàng)自應(yīng)具備趣味性、可操作性和一定的挑戰(zhàn)性，要充分考慮學(xué)生的認(rèn)知水平和興趣點(diǎn)

學(xué)生可根據(jù)組內(nèi)討論的結(jié)果進(jìn)行程序的編寫(xiě)。在學(xué)生編寫(xiě)程序的過(guò)程中，教師需要觀察每個(gè)學(xué)生的編寫(xiě)情況，并適時(shí)給予相關(guān)的指導(dǎo)。在這個(gè)階段，教師應(yīng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展軌跡，并通過(guò)個(gè)別指導(dǎo)，將學(xué)生模糊的認(rèn)識(shí)逐步變清晰，促進(jìn)學(xué)生的思考走向深人。在教師的引導(dǎo)下和同學(xué)之間的思維碰撞中，學(xué)生將編寫(xiě)的算法繼續(xù)優(yōu)化，最終完成游戲開(kāi)發(fā)制作。在教學(xué)實(shí)施過(guò)程中，教師可通過(guò)循序漸進(jìn)的方式引導(dǎo)學(xué)生完成游戲項(xiàng)目。以“猜數(shù)字游戲”為例，首先，教師詳細(xì)講解游戲的功能需求和實(shí)現(xiàn)思路，讓學(xué)生對(duì)整個(gè)項(xiàng)目有清晰的認(rèn)識(shí)。接著，教師逐步演示代碼的編寫(xiě)過(guò)程，邊寫(xiě)邊解釋每一行代碼的作用和意義。例如，在演示如何生成隨機(jī)數(shù)字時(shí)，教師可向?qū)W生介紹Python的random模塊，以及randint函數(shù)的使用方法。然后，學(xué)生根據(jù)教師的演示自己動(dòng)手編寫(xiě)代碼。教師通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)學(xué)習(xí)進(jìn)程并進(jìn)行指導(dǎo)，及時(shí)解答學(xué)生遇到的問(wèn)題。當(dāng)學(xué)生完成基本的游戲框架后，教師鼓勵(lì)他們對(duì)游戲進(jìn)行優(yōu)化和擴(kuò)展，如增加計(jì)分功能、限制猜測(cè)次數(shù)等，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力。

當(dāng)學(xué)生完成基礎(chǔ)課程任務(wù)后，教師需要對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，并帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行同類拓展與問(wèn)題遷移學(xué)習(xí)。通過(guò)觀察學(xué)生的完成情況，教師能夠了解學(xué)生對(duì)課程知識(shí)點(diǎn)的掌握程度，同時(shí)也能讓學(xué)生學(xué)會(huì)把解決問(wèn)題過(guò)程中形成的方法與思路遷移到學(xué)習(xí)與生活中與之相關(guān)問(wèn)題中。

3.課程評(píng)價(jià)

指導(dǎo)學(xué)生完成作品后，教師還可以組織學(xué)生進(jìn)行作品分享。通過(guò)作品展示和分享，讓學(xué)生相互學(xué)習(xí)。在此過(guò)程中，學(xué)生不僅能夠發(fā)現(xiàn)自己作品的發(fā)光點(diǎn)，也能審視自己的不足。教師對(duì)學(xué)生作品的評(píng)估方式應(yīng)該多元化，評(píng)價(jià)角度應(yīng)包含項(xiàng)目完成情況、代碼質(zhì)量、創(chuàng)新能力、課堂表現(xiàn)等多個(gè)方面。例如，對(duì)于“猜數(shù)字游戲”項(xiàng)目，教師設(shè)計(jì)的評(píng)估內(nèi)容可以包括游戲是否能夠正常運(yùn)行、代碼是否簡(jiǎn)潔規(guī)范、是否實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)展功能等。隨后，教師引導(dǎo)學(xué)生將自己的程序進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化與設(shè)計(jì)，從而使學(xué)生鞏固所學(xué)知識(shí)，并實(shí)現(xiàn)知識(shí)的內(nèi)化，在此過(guò)程中，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。

四、結(jié)束語(yǔ)

計(jì)算思維并非只是對(duì)算法的簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)、編程技能的訓(xùn)練等技術(shù)性知識(shí)的單向灌輸，而是一個(gè)涵蓋抽象建模、問(wèn)題分解的綜合性思維過(guò)程。教師在信息技術(shù)課程教學(xué)中，將游戲化教學(xué)方式和培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維有效結(jié)合，通過(guò)規(guī)則設(shè)計(jì)、情境創(chuàng)設(shè)、反饋檢驗(yàn)、總結(jié)提升等教學(xué)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯推理、抽象表達(dá)、算法設(shè)計(jì)、模式識(shí)別、問(wèn)題解決等能力。通過(guò)將編程知識(shí)點(diǎn)融入游戲任務(wù)（如編程冒險(xiǎn)、動(dòng)畫(huà)創(chuàng)作等），能夠有效降低傳統(tǒng)教學(xué)中的枯燥感，有助于提升學(xué)生的課堂參與度和課堂互動(dòng)頻率。面向計(jì)算思維的游戲化教學(xué)為中職編程教學(xué)帶來(lái)了全新的可能。根據(jù)中職學(xué)校學(xué)生的特點(diǎn)，讓學(xué)生在輕松愉快的環(huán)境中學(xué)習(xí)編程，積極參與到課堂中，能夠顯著提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在信息技術(shù)持續(xù)迭代升級(jí)的背景下，游戲化教學(xué)因其激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)與培養(yǎng)計(jì)算思維的雙重優(yōu)勢(shì)，將在未來(lái)的編程教育領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。

作者單位：幸堅(jiān)炬 鄧文靜 幸雁海 梅州市職業(yè)技術(shù)學(xué)校

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