王小艷

摘要：計(jì)算思維是高中信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)，是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的關(guān)鍵。App Inventor 是一款可視化編程工具，學(xué)習(xí)者可通過(guò)這種圖形化搭積木的方式快速開(kāi)發(fā)一款A(yù)PP。本文在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)背景下，提出了基于APP Inventor培養(yǎng)高中生計(jì)算思維的學(xué)習(xí)模式，并展示了基于App Inventor 對(duì)學(xué)生進(jìn)行計(jì)算思維培養(yǎng)的案例，為高中生計(jì)算思維培養(yǎng)的進(jìn)一步研究提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：項(xiàng)目式學(xué)習(xí) App Inventor 計(jì)算思維

一、問(wèn)題的提出

《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》提出計(jì)算思維是高中信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的基礎(chǔ)，是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的關(guān)鍵。編程思維能夠有效幫助學(xué)習(xí)者了解編程語(yǔ)言并設(shè)計(jì)程序的邏輯結(jié)構(gòu)，進(jìn)行程序開(kāi)發(fā)，從而發(fā)展學(xué)生的計(jì)算思維。此版課程標(biāo)準(zhǔn)，倡導(dǎo)基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)方式。因此，本文主要在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)背景下，針對(duì)APP Inventor培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維做一些探討。

二、相關(guān)概念

（一）項(xiàng)目式學(xué)習(xí)

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是基于建構(gòu)主義的學(xué)習(xí)模式，源于學(xué)科又超越學(xué)科的綜合性課程學(xué)習(xí)，是與真實(shí)世界緊密相連的學(xué)習(xí)方式，遵循學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，能夠提升學(xué)生多元能力、綜合組織的有效學(xué)習(xí)方式。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)學(xué)生探究的問(wèn)題來(lái)自真實(shí)的情境，將整個(gè)項(xiàng)目分解成若干個(gè)子項(xiàng)目，進(jìn)而獲得能力上的提升。

（二）App Inventor

App Inventor 是一種可視化、在線快速開(kāi)發(fā)移動(dòng)應(yīng)用的工具，可用來(lái)培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的計(jì)算思維能力。學(xué)習(xí)者通過(guò)拖動(dòng)模塊來(lái)學(xué)習(xí)編程、學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)問(wèn)題解決方案以及培養(yǎng)自己的創(chuàng)造性思維。

作為開(kāi)發(fā)手機(jī)端 APP 的工具，App Inventor 類似于搭積木的簡(jiǎn)便的操作方式，在組件面板選中所需的組件后，使用鼠標(biāo)左鍵拖到手機(jī)界面的顯示區(qū)域。在組件設(shè)計(jì)模式下，選擇相應(yīng)的組件，在右側(cè)“組件屬性”區(qū)域，可以設(shè)置組件的相關(guān)屬性，如背景顏色、寬和高、形狀、對(duì)齊方式等。在邏輯設(shè)計(jì)模式下，可以編輯組件對(duì)應(yīng)的事件邏輯，如點(diǎn)擊按鈕觸發(fā)的相關(guān)事件，或者晃動(dòng)手機(jī)觸發(fā)一些事件行為等。學(xué)習(xí)者使用模擬器就可以對(duì)開(kāi)發(fā)的移動(dòng)應(yīng)用進(jìn)行測(cè)試，使用手機(jī)AI伴侶掃描二維碼就可將設(shè)計(jì)完成的應(yīng)用下載到手機(jī)中，安裝后就可以使用。設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)APP在為學(xué)生帶來(lái)成就感的同時(shí)，還培養(yǎng)和鍛煉了他們的思維能力、邏輯能力、溝通能力以及問(wèn)題解決能力。

（三）計(jì)算思維

2006 年，周以真教授提出“計(jì)算思維是一種運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)基本概念求解問(wèn)題，設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類行為的方式，涵蓋了計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域廣度的一系列思維工具”。計(jì)算思維可以理解為將無(wú)法求解的復(fù)雜問(wèn)題分解成為一個(gè)一個(gè)可以順利解決的小問(wèn)題，最終成功解決原本的復(fù)雜問(wèn)題的一種思維方式。

《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》首次將計(jì)算思維寫入國(guó)家課程標(biāo)準(zhǔn)。其中，計(jì)算思維是最能反映信息技術(shù)學(xué)科本質(zhì)的核心要素。而培養(yǎng)計(jì)算思維最直接最有效的方式就是在信息技術(shù)課堂上利用編程學(xué)習(xí)來(lái)滲透?？紤]到高中生學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，一般選用的都是以 App Inventor 等為代表的可視化編程工具。與傳統(tǒng)的編程工具相比，可視化編程可通過(guò)直觀的操作方式完成界面設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)者不需要掌握其他編程語(yǔ)言的復(fù)雜代碼規(guī)則，也不需要太高的硬件配置。

三、將App Inventor 作為培養(yǎng)中學(xué)生計(jì)算思維工具的優(yōu)勢(shì)

梳理國(guó)內(nèi)外大量文獻(xiàn)可以發(fā)現(xiàn)，學(xué)者們?cè)趯?duì)計(jì)算思維進(jìn)行培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，采用的編程語(yǔ)言普遍具有“低地板、高天花板”的特點(diǎn)，APP Inventor符合這個(gè)特點(diǎn)。

APP Inventor是一款在線的免費(fèi)開(kāi)發(fā)工具，目前國(guó)內(nèi)唯一的App Inventor官方服務(wù)器，由麻省理工學(xué)院（MIT）聯(lián)合廣州市教育信息中心、華南理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院部署，登錄網(wǎng)址為app.gzjkw.net。用戶可登錄此網(wǎng)站，在網(wǎng)站上注冊(cè)后就可以免費(fèi)使用。學(xué)習(xí)者無(wú)須掌握復(fù)雜的代碼規(guī)則，就可通過(guò)一臺(tái)能上網(wǎng)的計(jì)算機(jī)，以搭積木的方式快速開(kāi)發(fā)一款A(yù)PP軟件。

四、App Inventor 對(duì)高中生計(jì)算思維的培養(yǎng)模式的探究

在廣東教育出版社出版的高中《信息技術(shù)基礎(chǔ)》教材中，在4.1《編制計(jì)算機(jī)程序解決問(wèn)題》這節(jié)內(nèi)容中，使用的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是VB（Visual Basic），這是一種基于對(duì)象的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，對(duì)于一些剛接觸編程的高中生來(lái)說(shuō)會(huì)有很大的難度。因此對(duì)于這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)，筆者引入了App Inventor這樣的手機(jī)APP開(kāi)發(fā)平臺(tái)，設(shè)計(jì)了項(xiàng)目課程“猜數(shù)字”，讓學(xué)生用APP Inventor開(kāi)發(fā)手機(jī)APP“猜數(shù)字”游戲。學(xué)習(xí)流程如下：

首先，創(chuàng)設(shè)情景，確定項(xiàng)目。學(xué)生能從問(wèn)題情境中抽象地表達(dá)從1和100之間猜一個(gè)整數(shù)。當(dāng)猜的值比給定值小時(shí)，提示猜小了;當(dāng)猜的值比給定值大時(shí)，提示猜大了;當(dāng)猜的值與給定值相當(dāng)時(shí)，提示猜對(duì)了。

學(xué)生能將項(xiàng)目分解成子任務(wù)：組件設(shè)計(jì)和邏輯設(shè)計(jì)。對(duì)于組件設(shè)計(jì)可使用的組件有文本輸入框、標(biāo)簽、按鈕、表格布局、水平布局等。文本輸入框用于輸入數(shù)字。標(biāo)簽可用于提示，如用戶輸入的數(shù)字必須在1和100之間。表格布局和水平布局可用于組件的手機(jī)界面設(shè)計(jì)。

在邏輯設(shè)計(jì)模式下，學(xué)生完成算法的分析后，可通過(guò)拖拽左側(cè)邏輯模塊的方式進(jìn)行編碼。如當(dāng)確定按鈕被點(diǎn)擊后，計(jì)數(shù)標(biāo)簽顯示的數(shù)值比上一次增加1，標(biāo)簽提醒文本顯示是否猜中、確定按鈕是否啟用等。編輯代碼如圖1。

通過(guò)模擬測(cè)試，學(xué)生能夠?qū)崟r(shí)通過(guò)組件設(shè)計(jì)的手機(jī)界面觀察運(yùn)行結(jié)果，從而進(jìn)一步優(yōu)化自己的邏輯設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)反復(fù)模擬測(cè)試，學(xué)生都能夠完成這款猜數(shù)字手機(jī)APP游戲。最后通過(guò)掃描二維碼就可將設(shè)計(jì)好的游戲下載到手機(jī)里面。

在交流討論環(huán)節(jié)，同學(xué)們提出了解決問(wèn)題的多種方式，有的同學(xué)設(shè)計(jì)的APP游戲能夠很快就猜中數(shù)字，其所編輯的模塊代碼如圖2。通過(guò)交流，學(xué)生感受到了問(wèn)題的解決有多種不同方案，而不同的算法對(duì)問(wèn)題解決在效率上會(huì)有影響。學(xué)生應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，盡可能優(yōu)化自己的問(wèn)題解決方案。

學(xué)生通過(guò)該項(xiàng)目課程學(xué)習(xí)，能夠利用App Inventor開(kāi)發(fā)平臺(tái)通過(guò)搭積木的方式快速給出解決方案，也能夠?qū)崟r(shí)對(duì)自己開(kāi)發(fā)的程序進(jìn)行測(cè)試。通過(guò)這個(gè)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，學(xué)生親身體驗(yàn)了程序的作用及其編制環(huán)境，認(rèn)識(shí)了計(jì)算機(jī)程序解決問(wèn)題的一般過(guò)程。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)過(guò)程激發(fā)了學(xué)生對(duì)編程學(xué)習(xí)的興趣，也為4.1《編制計(jì)算機(jī)程序解決問(wèn)題》這節(jié)內(nèi)容及選修內(nèi)容的學(xué)習(xí)打下了基礎(chǔ)。

筆者在查詢大量文獻(xiàn)和多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，面對(duì)新課標(biāo)對(duì)高中生信息技術(shù)課程核心素養(yǎng)的要求，提出了在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)背景下，基于App Inventor培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的模型，如圖3。

在此模型中，學(xué)習(xí)者經(jīng)歷了發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、抽象問(wèn)題描述、任務(wù)分析制定計(jì)劃、設(shè)計(jì)算法、APP Inventor模塊化拼接、交流討論和總結(jié)評(píng)價(jià)這樣完整的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)過(guò)程。問(wèn)題的提出源于真實(shí)世界，而不是教師給出的假設(shè)。真實(shí)的問(wèn)題有助于學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中關(guān)注現(xiàn)實(shí)生活中的一些問(wèn)題，這樣的問(wèn)題才有解決的意義。在抽象問(wèn)題描述和設(shè)計(jì)算法之間經(jīng)歷反復(fù)思考，在設(shè)計(jì)算法和完善算法的過(guò)程中也有設(shè)計(jì)，學(xué)生在反復(fù)思考、修改的過(guò)程中，發(fā)展了批判性思維，培養(yǎng)了創(chuàng)新思維，最終通過(guò)這樣一個(gè)完整過(guò)程的學(xué)習(xí)，能夠提出解決問(wèn)題的最優(yōu)方案，提高綜合能力。

五、結(jié)語(yǔ)

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是學(xué)生對(duì)來(lái)自真實(shí)世界的問(wèn)題進(jìn)行探究，在探究的過(guò)程中，提升綜合能力。筆者基于這種項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，提出了利用APP Inventor高中生計(jì)算思維的模式，并以“猜數(shù)字”APP的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)作為案例，展示了項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的完整過(guò)程，希望能為高中生計(jì)算思維培養(yǎng)策略的進(jìn)一步研究提供借鑒與參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]郁曉華，肖敏，王美玲.計(jì)算思維培養(yǎng)進(jìn)行時(shí)：在 K-12階段的實(shí)踐方法與評(píng)價(jià) [J].遠(yuǎn)程教育雜志 ，2018（2）：1828.

[2]胡舟濤. 英語(yǔ)項(xiàng)目式教學(xué)的探索與實(shí)踐[J]. 教育探索，2008，（2）：7071.

[3]Jeannette M.Wing- Computational Thinking[J].Communications of the ACM，2006（03）：3435.

[4]林崇德.發(fā)展心理學(xué)[M].北京：人民教育出版社，2018.

[5]Grover S，Pea R. Computational Thinking in K-12 AReview of the State of the Field[J].Educational Researcher，2013（1）：3843.

責(zé)任編輯：黃大燦 趙瀟晗