以游戲化體驗開啟計算思維之門的教學策略與實踐

【摘要】本課例以游戲化體驗為教學策略，通過創(chuàng)設(shè)游戲化問題情境，讓學生進行角色扮演和沉浸式體驗，強化原理運用，激發(fā)學習興趣，讓學生在參與游戲體驗的過程中體會算法在解決實際問題過程中的作用，領(lǐng)會算法的教育價值，并學會用流程圖來準確表述算法?！娟P(guān)鍵詞】游戲化；體驗；算法；計算思維；核心素養(yǎng)《義務(wù)教育信息科技課程標準（2022年版）》指出，義務(wù)教育信息科技課程具有基礎(chǔ)性、實踐性和綜合性等特征，倡導真實性學習；要求教師創(chuàng)新教學方式，創(chuàng)設(shè)真實情境，以真實問題或項目驅(qū)動，引導學生經(jīng)歷原理運用過程、計算思維過程和數(shù)字化工具應(yīng)用過程；鼓勵學生“做中學”“用中學”“創(chuàng)中學”，構(gòu)建學科知識體系，提升問題解決能力，發(fā)展核心素養(yǎng)。游戲化教學體驗具有趣味性、挑戰(zhàn)性、體驗性和交互性等特征，非常適合低齡學生。通過設(shè)置與學習主題緊密相關(guān)的趣味性游戲，可以充分激發(fā)學生的學習動機，培養(yǎng)解決問題的能力。本文以此為主要策略開展教學。遵循新課標精神，創(chuàng)新教學形式本課例以算法和流程圖為知識主線，通過創(chuàng)設(shè)游戲化的問題情境，讓學生在參與游戲體驗的過程中體會算法在解決實際問題過程中的作用，領(lǐng)會算法的價值，并學會用流程圖來準確表述算法。在問題解決的過程中，開展小組合作探究性學習，引導學生學會將復雜問題細化分解成多個子問題并逐一解決，最終實現(xiàn)整體問題解決。讓學生經(jīng)歷問題解決的一般過程，感知計算機解決問題的思想方法與數(shù)學中解決問題的思想方法的異同。尊重學生認知，創(chuàng)設(shè)問題情境本課選自華中師范大學出版社《信息技術(shù)》（七年級）第四章第二節(jié)，內(nèi)容為“算法與流程圖”，本課例主要學習算法和流程圖的相關(guān)知識，教學對象為初中七年級學生，他們通過前期對信息技術(shù)基礎(chǔ)知識的學習和在現(xiàn)實社會中的生活體驗，對信息、數(shù)據(jù)、程序等概念有了基本認識，能利用計算機解決生活或?qū)W習中的一些簡單問題，但對于程序設(shè)計的核心思想和算法概念還未形成深刻理解和宏觀認識。學生能夠在教師創(chuàng)設(shè)的游戲化問題情境中，設(shè)計算法，繪制流程圖，最終形成解決問題的方案。明確學習目標，優(yōu)化教學策略學生對程序設(shè)計的一些概念性、基礎(chǔ)性知識的學習往往會感到比較枯燥且難于理解，本案例始終以游戲化體驗為主要教學策略，精心設(shè)計游戲案例情境。將學習任務(wù)有效融合到游戲案例中，引導學生在游戲體驗中感知原理、總結(jié)方法、學習知識，將學習活動逐步深入，有效激發(fā)學生學習興趣，將抽象概念具體化，幫助學生形象直觀地理解程序、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法的基本概念。通過創(chuàng)設(shè)可操作模擬的游戲情境，以任務(wù)驅(qū)動的方式推動教學環(huán)節(jié)層層遞進，引導學生開展自主、合作、探究性學習，體驗問題解決的成就感，激發(fā)強烈求知欲，養(yǎng)成主動思考問題的學習習慣，培養(yǎng)科學精神，增強合作與交流意識，最終達到素養(yǎng)提升的目的。關(guān)注學科特點，注重思維訓練1.巧用游戲激活課堂，藝術(shù)表演引出問題教師借助多媒體，拋出“農(nóng)夫帶狼、羊、菜過河”的游戲情境，并提出“同學們，我遇到了一個難題：要帶著我的狼、羊、菜過河。只有一條小船，每次乘船時只能帶一樣東西。我在時，三樣東西相安無事；一旦我不再，狼會吃羊，羊會吃菜。你們能幫我想一想該如何過河嗎？”通過這個問題引導學生積極思考，并進行小組討論。在完成小組討論后，邀請兩個小組的同學進行游戲展示，分別扮演農(nóng)夫、狼、羊和菜的角色，向同學們演示不同的過河方案，同時，讓其他學生對兩組同學的過河方案進行評價。學生積極主動思考問題，形成解決問題的最佳方案，并以角色扮演的形式形象直觀地展示“農(nóng)夫帶狼、羊、菜過河”問題的解決過程，真實體驗算法的實施流程，從而自然引出“算法和流程圖”相關(guān)內(nèi)容，進而總結(jié)出幫助農(nóng)夫解決問題的過程中所用到的思想方法，即問題解決的算法，所實施的步驟就是算法的操作流程。2.活用案例鞏固概念，歸納總結(jié)建構(gòu)新知在學習算法和流程圖的概念之前，必須先讓學生了解與之相關(guān)的基本概念。（1）程序基于學生既有的知識儲備和生活經(jīng)驗，教師通過列舉現(xiàn)實生活中與學生生活緊密相關(guān)的程序應(yīng)用。例如，全自動洗衣機的自動洗衣程序、掃地機器人的自動掃拖程序、空調(diào)的定時恒溫程序及學生上學時的報名程序、辦理身份證業(yè)務(wù)的操作程序、出門旅游時的購票程序等，讓學生感知程序在生活中無處不在，明白有目的地解決一個問題的完整過程和步驟就是一個程序，進而理解計算機程序的基本概念，引出“計算機程序=數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+算法”的概念特征。（2）算法教師繼續(xù)引導學生分析“農(nóng)夫帶狼、羊、菜過河”案例。農(nóng)夫、狼、羊、菜這四個角色就是這個程序中的數(shù)據(jù)，他們各自所具備的特征就是對程序中數(shù)據(jù)的描述，而他們之間存在狼、羊、菜三者的食物鏈關(guān)系，即狼吃羊、羊吃菜就是程序中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)?；诰唧w問題情境和規(guī)則對程序控制結(jié)構(gòu)的描述就是解決問題的算法，即完成一個任務(wù)所需要的具體步驟和方法。在“農(nóng)夫過河”案例中，農(nóng)夫先做什么、后做什么的實施步驟就是算法。通過案例引入，將抽象概念具象化。（3）算法描述教師讓學生嘗試用自然語言描述解決“農(nóng)夫過河”問題的算法，并討論其優(yōu)缺點。緊接著，教師采用逐步推進的教學策略，引出算法流程圖的基本概念，向同學們介紹常用流程圖的圖形符號及其意義，并讓學生進行小組討論，繪制“農(nóng)夫過河”的算法流程圖（圖1），選定兩個小組代表通過無線投屏的方式向全班展示所繪制的流程圖，教師進行點評和總結(jié)。以特定符號并加上必要的文字說明來表示程序的實施流程，讓算法更加直觀形象、邏輯結(jié)構(gòu)明顯。通過兩種算法描述方式的對比，讓學生更為直觀地感受到用流程圖描述算法更加簡便和快捷，在運用計算機程序解決問題的過程中，更多的是用流程圖描述算法。3.任務(wù)驅(qū)動活躍課堂，小組合作發(fā)展思維（1）抽象問題繼續(xù)以游戲體驗和角色扮演的方式分組進行探索和實踐，完成既定學習任務(wù)。以“猜數(shù)字”游戲為問題情境，讓所有學生都能深度參與到課堂教學活動中，設(shè)定每6名同學為一小組，將全班分成8個學習小組，并對小組進行編號，每相鄰的兩個小組組成一個競猜對手，開展小組間猜數(shù)字游戲競猜活動。A組隨機確定一個1至10的整數(shù)，讓B組的同學猜數(shù)，B組隨機確定一個1至10的整數(shù)，讓A組的同學猜數(shù)，并約定最多只能猜5次，一次性猜中計5分，兩次猜中的計4分，三次猜中的計3分，四次猜中的計2分，五次猜中的記1分，沒有猜中的記0分，在一輪游戲結(jié)束后，進行小組得分公示。通過競猜游戲，進一步活躍課堂氛圍，提升學生課堂參與度，明確問題解決的一般過程，學會對復雜問題進行抽象和分解。（2）設(shè)計算法在游戲結(jié)束后，讓學生結(jié)合游戲體驗的過程，歸納“猜數(shù)字”游戲問題解決的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和步驟，引導學生根據(jù)目標任務(wù)和問題特征，歸納運用計算機解決問題的一般步驟，總結(jié)算法規(guī)律，開展合作探究，用自然語言描述解決“猜數(shù)字”游戲的算法過程，并畫出正確的算法流程圖（圖2）。通過創(chuàng)設(shè)游戲化的問題情境，以任務(wù)驅(qū)動的方式，充分調(diào)動學生的已知，將學科知識和思維過程融入游戲活動和學習任務(wù)中，進一步強化知識的應(yīng)用。在教學中始終以小組合作的形式，引導學生深入思考問題，進行原理認知和過程體驗，開展自主探究，從而在完成目標任務(wù)的過程中，促進思維能力提升，達到發(fā)展計算思維的目的。4.展示交流多元評價，拓展延伸提升素養(yǎng)教師結(jié)合各學習小組展示的“猜數(shù)字”游戲的具體算法和繪制流程圖的過程，做必要點評和總結(jié)。通過交流展示培養(yǎng)學生的語言表達和溝通能力，提升邏輯思維能力，強化對學生學習掌握情況的過程性評價和正向激勵，對部分存在知識掌握不牢固、算法思維能力提升不明顯的學生及時進行差異化輔導。最后，師生共同總結(jié)和回顧本堂課的教學內(nèi)容，通過設(shè)計的兩個游戲化課堂教學案例，進一步梳理、歸納和拓展程序、算法的應(yīng)用領(lǐng)域和問題情境，進而延伸到程序與算法的基本特征等知識。向?qū)W生介紹一個優(yōu)秀、科學的算法應(yīng)該具有有窮性、確定性、有效性等基本特征，明白算法也有優(yōu)劣之分，要設(shè)計一個準確、高效的算法需要大家努力學習，不斷增強邏輯思維能力。強化教學反思，引領(lǐng)后續(xù)學習程序設(shè)計中的一些基本概念比較抽象且難于理解，對初中學生來說，學習起來會比較困難。本節(jié)課主要是讓學生借助學習與生活中的應(yīng)用實例，理解程序的基本概念，認識算法在解決問題中的重要性，針對簡單問題，能通過分析任務(wù)需求，對問題進行描述和表達，設(shè)計最優(yōu)的求解算法，并用流程圖來描述算法。由于初中學生的認知發(fā)展處于從具象思維到抽象思維的過渡時期，故在教學實踐中，本課例堅持以游戲情境體驗的形式，幫助學生理解重點知識，激發(fā)學生學習興趣，將抽象概念具體化，通過形象直觀的比喻幫助學生