基于計算思維能力培養(yǎng)的“輕游戲”教學(xué)模式初探

□曾夏玲

基于計算思維能力培養(yǎng)的“輕游戲”教學(xué)模式初探

□曾夏玲

針對目前高職院校計算機基礎(chǔ)教學(xué)存在的對學(xué)生計算思維能力培養(yǎng)重視不夠的問題，從培養(yǎng)計算思維能力的角度出發(fā)，將“輕游戲”教學(xué)模式引入到計算機程序設(shè)計課程的教學(xué)中。首先對高職學(xué)生計算思維能力的培養(yǎng)現(xiàn)狀進行了分析；進而分析了“輕游戲”的教學(xué)優(yōu)勢及運用原則，并設(shè)計了“輕游戲”教學(xué)模型；最后以“猜數(shù)游戲”和“漢諾塔游戲”兩款輕游戲為案例，分析論證了“輕游戲”對高職學(xué)生計算思維能力的培養(yǎng)。

計算思維；輕游戲；程序設(shè)計；抽象；自主學(xué)習(xí)

“輕游戲”是香港中文大學(xué)尚俊杰等人2005年在《輕游戲：教育游戲的希望和未來》一文中首次提出的概念。“輕游戲”是具備電腦游戲內(nèi)在動機的一種教育軟件，可以用公式來簡單定義：“輕游戲”=教育軟件+主流游戲的內(nèi)在動機［1］?！拜p游戲”的特點是不刻意追求游戲的形式和外表，而是努力將游戲的內(nèi)在特征融合進去，從而達到平衡游戲中的教育性和游戲性的目的，最大限度地得到社會各界的認可［2］?！拜p游戲”突出其游戲與課程內(nèi)容緊密結(jié)合、符合課程教育模式和規(guī)則、使用時間恰當(dāng)、設(shè)計簡單而實用性強等特點，為游戲應(yīng)用于教育帶來了新的契機。“輕游戲”將游戲娛樂融合進學(xué)生的課堂，營造一種積極主動、輕松有趣的課堂氛圍，使學(xué)生在參與游戲中主動學(xué)習(xí)，是教育游戲的一個新的發(fā)展方向。

一、計算思維能力培養(yǎng)現(xiàn)狀

（一）計算思維

計算思維是2006年由美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)周以真教授提出并定義的，計算思維就是運用計算機科學(xué)的基本概念進行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計以及人類行為理解的思維活動。同時她指出，計算機思維是每個人的基本技能，我們應(yīng)當(dāng)使每個孩子在培養(yǎng)解析能力時不僅掌握閱讀、寫作和算術(shù)（Reading wRitingandaRithmetic——3R），還要學(xué)會計算思維［3］?！坝嬎闼季S”一經(jīng)問世，就散發(fā)著超強的魔力，引領(lǐng)著國內(nèi)外計算機科學(xué)界尤其是計算機教育界的發(fā)展方向。美國麻省理工大學(xué)、斯坦福大學(xué)、卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)、普渡大學(xué)等著名高校紛紛設(shè)置了面向全校的以問題求解為核心的“計算思維”通識課程［4-6］。2010年中國9所高校發(fā)表的《九校聯(lián)盟（C9）計算機基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明》中，把“計算思維能力的培養(yǎng)”作為計算機基礎(chǔ)教學(xué)的核心任務(wù)［7］。

計算思維的提出，對人們掌握以計算機角度分析解決問題的能力提出了更高的要求，因而對高等學(xué)校計算機基礎(chǔ)教學(xué)中對學(xué)生計算思維能力的培養(yǎng)提出了更高要求。計算思維能力的培養(yǎng)在計算機程序設(shè)計語言中得到了很好的體現(xiàn)。在程序設(shè)計類課程的教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生掌握利用計算機解決問題的思路和方法，如問題分析、模型建立、算法設(shè)計和實現(xiàn)等，這些都在程序設(shè)計類課程中得到了很好的體現(xiàn)，而這正是培養(yǎng)計算思維能力的重要內(nèi)容，即學(xué)習(xí)從計算機的角度去分析和解決問題的思路和方法。提高對學(xué)生計算思維能力的培養(yǎng)，使學(xué)生在處理問題時，能以計算機角度來分析問題，并利用計算機作為一種不可或缺的工具來解決問題。從而實現(xiàn)對各種信息更深層次的加工處理，并能將掌握的專業(yè)知識更好地應(yīng)用到解決實際問題及科學(xué)研究與生產(chǎn)中，促進科技進步和社會發(fā)展。

（二）培養(yǎng)現(xiàn)狀及教學(xué)難點

在程序設(shè)計課程教學(xué)過程中，就省內(nèi)多數(shù)高職院校的教學(xué)實踐來看，普遍存在對學(xué)生計算思維能力的培養(yǎng)重視不夠。課程教學(xué)中存在著以下幾方面的問題：

1.學(xué)習(xí)程序設(shè)計的同時要學(xué)習(xí)一門計算機語言，因而在課堂教學(xué)中很容易陷入語言基礎(chǔ)知識講解和傳授的誤區(qū)，偏重語言忽視程序設(shè)計，枯燥乏味，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高。

2.學(xué)生對計算思維的認識不夠，多數(shù)認為程序設(shè)計課程就是學(xué)習(xí)編程，而普遍認為與自己的專業(yè)不相關(guān)，今后也不會從事相關(guān)工作，學(xué)習(xí)積極性不高。

3.缺乏較好的教學(xué)方法和手段。多數(shù)教學(xué)使用的案例是為了講解語法結(jié)構(gòu)而設(shè)計，零散、短小、關(guān)聯(lián)不大。學(xué)生學(xué)習(xí)后只是掌握了語法知識，不知道該如何解決問題，能解決什么實際問題。

計算思維是程序設(shè)計語言的靈魂，它的本質(zhì)是抽象和自動化［8］。抽象是計算思維的核心之一，因而在教學(xué)中僅從理論和邏輯上講授，學(xué)生很難理解，學(xué)習(xí)興趣不高。程序設(shè)計課程具有邏輯結(jié)構(gòu)復(fù)雜難理解、語法零散易錯等難點，對學(xué)生的邏輯思維能力要求較高，因而在教學(xué)中若一味地采用傳統(tǒng)教學(xué)方式來灌輸講授，學(xué)生覺得枯燥無味缺乏動力，更讓學(xué)習(xí)基礎(chǔ)本就薄弱的高職學(xué)生懼怕學(xué)習(xí)而失去學(xué)習(xí)興趣。

如何在程序設(shè)計課程教學(xué)過程中，訓(xùn)練和培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力，使學(xué)生掌握用計算機的思維去思考問題和解決問題，是一個非常值得探討和研究的問題。

二、“輕游戲”的運用及教學(xué)模型

“輕游戲”的游戲性、趣味性、簡單實用等特點，在教學(xué)中能很好地吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。將游戲娛樂引入課堂，營造輕松良好的學(xué)習(xí)氛圍，把枯燥的程序設(shè)計理論知識貫穿在游戲中學(xué)習(xí)，使學(xué)生主動學(xué)習(xí)并積極的內(nèi)化知識，從而理解程序設(shè)計抽象的算法思維，程序設(shè)計也將變得容易而富有趣味。因而，筆者從培養(yǎng)高職學(xué)生計算思維能力的角度出發(fā)，將“輕游戲”引入到程序設(shè)計課堂教學(xué)中，通過游戲化教學(xué)案例的設(shè)計，使學(xué)生在游戲中主動學(xué)習(xí)，積極內(nèi)化知識并理解抽象的算法思維，從而培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力。

（一）“輕游戲”的優(yōu)勢及運用原則

“輕游戲”注重其游戲的設(shè)計簡單、與課程內(nèi)容緊密結(jié)合。游戲的目的是激發(fā)學(xué)生對程序設(shè)計抽象內(nèi)容的學(xué)習(xí)興趣，加強對程序設(shè)計抽象算法的理解；在游戲的過程中建立起一套適合自己的邏輯思維方法和思考問題的方式，掌握從計算機角度分析解決問題的思路和方法；加強對學(xué)生編程方式、算法思維能力及程序?qū)嵺`能力的訓(xùn)練，潛移默化的幫助學(xué)習(xí)者內(nèi)化計算思維方法，從而培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力。

“輕游戲”引入課堂要適當(dāng)、適時、適度，其運用應(yīng)遵循以下幾個原則：

1.要有明確的教學(xué)目的。游戲的選擇必須與課程內(nèi)容相關(guān)，符合學(xué)校的課程模式和規(guī)則，其每部分設(shè)計大小盡可能控制在一堂課時間以內(nèi)。

2.保持教育與游戲的平衡。游戲的選擇即要考慮趣味性，亦要考慮其教育性，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)水平及學(xué)習(xí)特點，設(shè)計合適的游戲案例。積極監(jiān)督游戲過程，合理安排游戲進程，在保持游戲的娛樂性同時要保持游戲的教育性。

3.實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的綜合。游戲的設(shè)計往往需要綜合運用循環(huán)、數(shù)組等教學(xué)內(nèi)容。通過游戲程序的開發(fā)，將課程難點內(nèi)容綜合在一起，實現(xiàn)知識的串聯(lián)及綜合運用。學(xué)習(xí)者在相關(guān)知識的綜合運用學(xué)習(xí)中，提煉并培養(yǎng)其計算思維方式。

（二）“輕游戲”教學(xué)模型

對于計算思維的抽象等特點，將游戲化教學(xué)案例引入課堂教學(xué)，通過游戲娛樂的方式培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力能起到事半功倍的成效。根據(jù)程序設(shè)計課程教學(xué)的特點及游戲化教學(xué)的特點，構(gòu)建了以下教學(xué)模型，如圖1所示。

在“輕游戲”教學(xué)案例實施中，教學(xué)者可利用游戲進行新課導(dǎo)入，創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣；進而游戲輔助教學(xué)，知識講解，使學(xué)習(xí)過程變被動為主動；亦可利用游戲?qū)W(xué)生進行鞏固練習(xí)，制定游戲設(shè)計目標(biāo)，鼓勵學(xué)生小組協(xié)作完成及多種算法實現(xiàn)，讓學(xué)生在枯燥的練習(xí)過程中快樂學(xué)習(xí)、主動探索，切實提高實踐動手能力，進而達到對學(xué)生計算思維能力的培養(yǎng)。

在教學(xué)中，教學(xué)者是關(guān)鍵。因而加強對學(xué)習(xí)者計算思維能力的培養(yǎng)，首先要提高教學(xué)者對計算思維及計算思維能力培養(yǎng)重要性的認識。要求教學(xué)者在理解計算思維的基礎(chǔ)上，根據(jù)課程特點精心設(shè)計教學(xué)內(nèi)容和游戲案例；在課堂教學(xué)中合理開展游戲案例的講授，嘗試不同的教學(xué)方式，創(chuàng)新教學(xué)方法；在教學(xué)中提煉并展現(xiàn)隱藏在知識背后的計算思維方式，讓學(xué)習(xí)者感受計算思維的魅力和重要性，啟發(fā)學(xué)習(xí)者的求知欲望和心理共鳴。

圖1　基于游戲化教學(xué)的課堂教學(xué)模型圖

三、“輕游戲”教學(xué)案例分析

下面通過對兩款“輕游戲”典型案例的分析，分別是算法領(lǐng)域具有代表性的“漢諾塔游戲”和綜合了選擇、循環(huán)、函數(shù)等知識點的分層式“猜數(shù)游戲”，闡述“輕游戲”在程序設(shè)計課程中對高職學(xué)生計算思維能力的培養(yǎng)。

（一）漢諾塔游戲

在講授程序設(shè)計語言課程的“循環(huán)結(jié)構(gòu)”時，會介紹“遞歸”這一難點問題。“遞歸”問題本身很抽象，往往教師講授后，學(xué)生仍然不能很好地理解“遞歸”算法。這里引入“漢諾塔游戲”來解決經(jīng)典“遞歸”算法問題——漢諾塔問題，游戲設(shè)計如圖2所示，實現(xiàn)將n個圓盤從A柱，利用B柱搬移到C柱。

圖2　漢諾塔游戲界面

教師演示或?qū)W生操作移動木塊完成游戲，以完成游戲的方式展示“遞歸”算法過程，使學(xué)生輕松愉快的掌握知識點的同時，理解并掌握“遞歸”算法思路。以游戲的方式講解一些難講難解的問題，不僅可以讓學(xué)生愿意主動去探究，而且可以把抽象的問題形象化，抽象的算法思維游戲化。學(xué)生在完成游戲的學(xué)習(xí)過程中掌握算法思路，進而根據(jù)算法寫出程序，完成教學(xué)任務(wù)，為學(xué)生掌握抽象難解算法問題提供了更好的教學(xué)方式和學(xué)習(xí)方法。

“輕游戲”的教學(xué)模式，讓學(xué)生通過游戲的操作過程進行知識點的親身體會，身臨其境的感受“遞歸”算法，從而積極主動地內(nèi)化抽象難點知識，挖掘程序設(shè)計的抽象算法思維。將“輕游戲”引入課堂，有效地克服了傳統(tǒng)教學(xué)單一介紹語法知識枯燥無味的缺點，讓學(xué)生主動參與到游戲教學(xué)中來，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣并培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。在游戲問題的求解過程中，使學(xué)生掌握分析問題、算法設(shè)計及代碼實現(xiàn)的思路及方法，培養(yǎng)學(xué)生掌握利用計算機語言解決實際問題的方法和思路，以娛樂的方式理解程序設(shè)計抽象的算法思維，培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力。

（二）猜數(shù)游戲

在日常生活中普遍玩過的猜數(shù)游戲，筆者通過給定不同的游戲條件，設(shè)計了分層式“猜數(shù)游戲”，使問題由易到難、循序漸進，很好地將選擇、循環(huán)、函數(shù)等知識點綜合在一起。分層式“猜數(shù)游戲”設(shè)定的不同條件及涉及的知識點如表1所示。

表1　猜數(shù)游戲的不同條件及知識點

該游戲案例選擇簡單易懂的猜數(shù)游戲為題材，通過設(shè)定不同的條件，將程序設(shè)計課程中的主要知識內(nèi)容循序漸進地逐一講解。另外根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)水平及掌握情況，可考慮對游戲內(nèi)容進一步提升，如文曲星猜數(shù)游戲、素數(shù)探求等，亦可讓學(xué)生分小組協(xié)作完成提升游戲。

以培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力為目標(biāo)，設(shè)計由淺入深、循序漸進的分層式游戲案例，改變傳統(tǒng)課程授課中側(cè)重向?qū)W生介紹語法結(jié)構(gòu)的做法，為學(xué)生營造一個自主探索的游戲空間。

1.趣味游戲化案例的設(shè)計，激發(fā)和維持學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動機，使學(xué)生在完成游戲案例開發(fā)的過程中掌握相關(guān)知識點的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

2.分層式的案例設(shè)計實現(xiàn)了知識的綜合學(xué)習(xí)，教師亦可照顧到全體學(xué)生的學(xué)習(xí)進度，并可引導(dǎo)學(xué)有余力的學(xué)生在當(dāng)前案例基礎(chǔ)上進行深一步的拓展提升，培養(yǎng)學(xué)生的自主探究能力和創(chuàng)新意識。

3.循序漸進式的游戲案例演變，發(fā)揮學(xué)生的自主探究學(xué)習(xí)心理，引導(dǎo)學(xué)生逐步向深層次的知識和技能學(xué)習(xí)，并在游戲案例逐步求解的教學(xué)過程中，培養(yǎng)學(xué)生掌握分析問題、問題建模、算法設(shè)計和程序?qū)崿F(xiàn)的方法和思路，培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力。

“輕游戲”在國內(nèi)的發(fā)展和研究仍處于起步階段，是教育游戲的一個新的發(fā)展方向。筆者從培養(yǎng)高職學(xué)生計算思維能力的角度出發(fā)，將“輕游戲”教學(xué)模式引入到計算機程序設(shè)計課程的教學(xué)中，構(gòu)建了基于游戲化教學(xué)的教學(xué)模型，并以具體的游戲案例設(shè)計舉例，分析了游戲化教學(xué)對高職學(xué)生計算思維能力的培養(yǎng)?！拜p游戲”的教學(xué)模式將游戲娛樂引入課堂，使學(xué)生主動參與到游戲知識的學(xué)習(xí)中，從而有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機和學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。學(xué)生在游戲案例的教學(xué)中主動學(xué)習(xí)并積極內(nèi)化知識，從而理解程序設(shè)計的抽象算法思維，掌握用計算機語言解決問題的方法和思路，加強對計算思維能力的培養(yǎng)。因而能有效地改善目前計算機基礎(chǔ)教學(xué)忽視計算思維能力培養(yǎng)的現(xiàn)狀，給程序設(shè)計課程的教學(xué)提出了新的思路和探索，也為高職學(xué)生計算思維能力的培養(yǎng)提出了新的研究思路和方向。

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［7］九校聯(lián)盟（C9）計算機基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略聯(lián)合聲明［J］.中國大學(xué)教學(xué)，2010（9）.

［8］陳國良，董榮勝.計算思維與大學(xué)計算機基礎(chǔ)教育［J］.中國大學(xué)教學(xué)，2011（1）：7-12.

［9］牟琴.“輕游戲”對計算思維能力的培養(yǎng)——教育游戲?qū)Τ绦蛟O(shè)計基礎(chǔ)課程教學(xué)的影響 ［J］.遠程教育雜志，2011（6）：94-101.

責(zé)任編輯時紅兵

曾夏玲（1984-），女，江西泰和人，江西科技師范大學(xué)講師，研究方向為計算機教育。

2014年江西省高等學(xué)校教學(xué)改革研究課題“基于多元智能理論的教育游戲設(shè)計策略的應(yīng)用研究——以《C語言程序設(shè)計》為視角”（編號：JXJG-14-10-10），主持人：付淇。

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1001－7518（2015）11-0079-04