計算思維培養(yǎng)為核心的中職信息編程課程游戲化學(xué)習(xí)探究與實踐

2020年教育部頒布的《中等職業(yè)學(xué)校信息技術(shù)課程標準（2020版）》中指出，中等職業(yè)學(xué)校信息技術(shù)課程學(xué)科核心素養(yǎng)主要包括信息意識、計算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會責(zé)任四個方面。APPInventor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(huán)境。在國外，很多學(xué)校都選擇APPInventor作為編程入門軟件，提高學(xué)生的計算思維，在國內(nèi)APPInventor也逐步被納入各學(xué)段的教學(xué)內(nèi)容體系，賦予培養(yǎng)學(xué)生計算思維的重任。一、中職信息編程課程的難點（一）教學(xué)模式單一化中職學(xué)生的基礎(chǔ)薄弱，與編程相關(guān)的數(shù)學(xué)能力和邏輯能力較弱尤其突出，傳統(tǒng)的“以教師為中心”的注入式教學(xué)法，教學(xué)模式單一化，只注重軟件的操作，學(xué)生更多是被動地接受知識，缺乏變通，學(xué)生不易接受課程內(nèi)容，學(xué)習(xí)積極性不高。（二）教學(xué)內(nèi)容枯燥乏味學(xué)生對編程具有一定的抵觸心理，如C語言等高級程序設(shè)計語言，語法抽象，生澀難懂，要掌握大量的基礎(chǔ)知識。在學(xué)習(xí)過程中學(xué)生比較難理解，還沒掌握，就對編程逐步喪失了興趣，學(xué)習(xí)效果也不理想。（三）核心素養(yǎng)關(guān)注低在傳統(tǒng)中職信息編程課程中，教材的很多內(nèi)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(nèi)容，學(xué)生參與度不高，學(xué)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(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。針對以上問題，提出了計算思維培養(yǎng)為核心的中職信息編程課程游戲化學(xué)習(xí)，以學(xué)生為主體，通過游戲化學(xué)習(xí)，為學(xué)習(xí)者提供沉浸式、體驗式、協(xié)作式的學(xué)習(xí)環(huán)境，激發(fā)學(xué)習(xí)動機、提高學(xué)習(xí)參與度，讓學(xué)生能夠在輕松愉快的環(huán)境下促進學(xué)生的學(xué)習(xí)，促進計算思維的發(fā)展。二、計算思維游戲化學(xué)習(xí)教學(xué)的構(gòu)建（一）計算思維與游戲化學(xué)習(xí)的理論基礎(chǔ)計算思維是運用計算機科學(xué)的基礎(chǔ)概念進行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計、以及人類行為理解等涵蓋計算機科學(xué)之廣度的一系列思維活動（Wing，2006）。游戲化學(xué)習(xí)將游戲特有的動機、興趣、挑戰(zhàn)、反饋等特性應(yīng)用到學(xué)習(xí)中，從而激發(fā)中職學(xué)生的內(nèi)在動力和參與熱情，有效達成學(xué)習(xí)目標。中職信息編程教學(xué)中計算思維培養(yǎng)的理想方式是寓教于樂，在學(xué)生學(xué)習(xí)過程中注重趣味性，克服教學(xué)過程中的枯燥乏味，提升學(xué)生參與編程學(xué)習(xí)的積極性，并激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)編程的熱情。在教學(xué)中，將培養(yǎng)學(xué)生計算思維這個目標滲透在每個學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)活動的設(shè)計中，讓學(xué)生在輕松的學(xué)習(xí)氛圍下有所收獲。游戲化學(xué)習(xí)寓教于樂的理念能夠激發(fā)學(xué)生在編程學(xué)習(xí)中的學(xué)習(xí)興趣，同時游戲化學(xué)習(xí)豐富的活動設(shè)計可以為計算思維培養(yǎng)提供有力的支撐，實現(xiàn)培養(yǎng)計算思維的目的。（二）計算思維培養(yǎng)的游戲化學(xué)習(xí)模式構(gòu)建根據(jù)上述分析，通過融入游戲化學(xué)習(xí)設(shè)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(gòu)建了游戲?qū)W習(xí)視角的APPInventor圖形化編程教學(xué)設(shè)計模式，如圖1所示。1.課前分析課前分析是整個教學(xué)中必不可少的一步，為整個學(xué)習(xí)過程做鋪墊。在這一環(huán)節(jié)，先分析教學(xué)內(nèi)容，再根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，選用相對應(yīng)的游戲化教學(xué)方法，結(jié)合學(xué)生日常生活的實際應(yīng)用，兼顧趣味性確定程序，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。同時，明確教學(xué)目標，在編程項目設(shè)計中融入游戲化，借助APPInventor直觀的圖形化編程，實現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生計算思維的目的。在此環(huán)節(jié)中，還要加強對學(xué)生的全面了解，做好學(xué)情分析，根據(jù)學(xué)生的特點，設(shè)計出具有挑戰(zhàn)性、有競爭性的游戲，達到提升學(xué)生知識水平和端正學(xué)習(xí)態(tài)度的目的。2.課堂過程課堂過程環(huán)節(jié)中，以學(xué)生為主體，發(fā)揮教師引導(dǎo)、協(xié)調(diào)作用。在游戲活動準備階段，通過游戲情境創(chuàng)設(shè)，激發(fā)學(xué)生的興趣，讓學(xué)生以游戲化方式進入學(xué)習(xí)，在此之下呈現(xiàn)項目主題，引導(dǎo)學(xué)生將整體項目拆分成一個個小任務(wù)執(zhí)行，利用思維導(dǎo)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(xué)資源，設(shè)置積分可以兌換通關(guān)道具的形式，讓學(xué)生在達到某項學(xué)習(xí)目標時獲得獎勵積分，不斷激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。同時，教師基于游戲設(shè)計策略，組成不同難度的關(guān)卡任務(wù)，讓小組合作闖關(guān)，在游戲化學(xué)習(xí)中體驗角色扮演，贏得知識與能力。在游戲活動結(jié)果階段，教師引導(dǎo)學(xué)生積極展示，小組分享在游戲?qū)W習(xí)中的體會和收獲，加強表達、交流和反思能力的培養(yǎng)，完成小組內(nèi)部評估和組間評估，提出改進建議，促進教學(xué)質(zhì)量提升。3.課后評價根據(jù)設(shè)定的計算思維中計算概念、計算實踐、計算觀念的三維教學(xué)目標，在游戲化項目評價上，體現(xiàn)與信息技術(shù)學(xué)中的三維目標相對應(yīng)。計算概念相對應(yīng)于知識與技能目標，評價學(xué)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(yīng)于過程與方法目標，分析學(xué)生在實踐中的行為，評價學(xué)生對所學(xué)知識的實際應(yīng)用情況。計算觀念相對應(yīng)于情感態(tài)度與價值觀念目標，重點在于評估學(xué)生學(xué)習(xí)行為中的學(xué)習(xí)態(tài)度和情感。三、計算思維游戲化學(xué)習(xí)教學(xué)的實踐（一）實踐對象本次教學(xué)實踐對象為我校2021級物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用專業(yè)1班的49位學(xué)生。為了更好地進行實驗研究，在開展教學(xué)實踐前，對學(xué)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(xué)生的學(xué)習(xí)情況，如表1所示。問題維度問題內(nèi)容前測得分（均值）計算概念理解數(shù)字、字符類型（10分）2.4理解運算、邏輯符（10分）2.1理解條件、循環(huán)、分支結(jié)構(gòu)（10分）1.6計算實踐能在編程中不斷實踐達到目標（10分）1.7能調(diào)試程序中的問題（10分）1.2能解釋和交流編程作品（10分）0.9計算觀念喜歡通過編程表達自己（10分）0.8熱衷于學(xué)習(xí)編程知識（10分）3.2編程與生活息息相關(guān)（10分）2.2反思編程中學(xué)到的知識（10分）0.4調(diào)查表明，學(xué)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(xué)習(xí)和強化；學(xué)生在實際應(yīng)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(xué)生對用編程創(chuàng)作的積極性和熱情不高，更多的是處于被動接受狀態(tài)，學(xué)習(xí)反思意識不夠。（二）實踐工具與方法本次教學(xué)實踐通過調(diào)查問卷和面對面訪談來得到學(xué)生在計算概念、計算實踐、計算觀念等方面的情況。在學(xué)期初，摸底學(xué)生計算思維的現(xiàn)狀。學(xué)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(xué)習(xí)。在學(xué)期末，全面調(diào)查學(xué)生游戲化學(xué)習(xí)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(xué)生，得到學(xué)生在接受計算思維為核心的中職信息編程課程游戲化學(xué)習(xí)教學(xué)后的滿意度、想法與建議。（三）實踐過程在教學(xué)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(xué)習(xí)，在游戲化學(xué)習(xí)的各個環(huán)節(jié)設(shè)置游戲化元素，以學(xué)生為主體，開展教學(xué)活動。現(xiàn)以“APPInventor圖形化編程”課程的《猜數(shù)游戲》為例，教學(xué)案例如表2所示。（四）實踐結(jié)果分析如表3所示，實施計算思維培養(yǎng)中職編程課程游戲化學(xué)習(xí)教學(xué)后，學(xué)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。隨機抽樣10位學(xué)生對游戲化學(xué)習(xí)的滿意度進行調(diào)查，和計算思維能力后測成績進行相關(guān)分析，如圖2所示，發(fā)現(xiàn)游戲化學(xué)習(xí)滿意度和計算思維能力后測成績之間存在較強的正相關(guān)性。可以得到，學(xué)生對游戲化學(xué)習(xí)的滿意度是促進計算思維能力提升的重要原因。同時，對3位學(xué)生隨機訪談，學(xué)生都非常認可計算思維培養(yǎng)中職編程課程游戲化學(xué)習(xí)教學(xué)，覺得課程學(xué)習(xí)充滿趣味性，在學(xué)習(xí)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(chǎn)生了非常強的競爭學(xué)習(xí)意識，促使學(xué)生不斷探索學(xué)習(xí)，從而不斷提高計算思維能力。四、結(jié)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(xué)習(xí)機制設(shè)計于“APPInventor圖形化編程”教學(xué)中，有效的游戲化元素融入創(chuàng)設(shè)游戲情境、引出