基于即時(shí)模擬游戲化系統(tǒng)的高職院校計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言教學(xué)改革研究

謝宇飛 周 慶

江西應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院

基于即時(shí)模擬游戲化系統(tǒng)的高職院校計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言教學(xué)改革研究

謝宇飛 周 慶

江西應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院

高職院校計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言課程教學(xué)改革已進(jìn)入了關(guān)鍵階段，傳統(tǒng)教育教學(xué)模式已無(wú)法適應(yīng)新時(shí)期計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言教學(xué)需求。以教學(xué)模式中存在的問題為著眼點(diǎn)，通過選用即時(shí)模擬游戲化系統(tǒng)開展實(shí)驗(yàn)性的教學(xué)改革探索，以印證國(guó)際計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言教學(xué)模式發(fā)展方向和國(guó)內(nèi)已進(jìn)行的有關(guān)實(shí)踐研究成果，為高職院校計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言課程教學(xué)改革探索道路和方法。

游戲化系統(tǒng) 高職院校 編程語(yǔ)言

1 引言

教育部制定的《大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教學(xué)基本要求(2015)》提出大學(xué)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)的總體目標(biāo)是“大學(xué)生通過學(xué)習(xí)應(yīng)能夠理解計(jì)算學(xué)科的基本知識(shí)和方法，掌握基本的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力，同時(shí)具備一定的計(jì)算思維能力和信息素養(yǎng)?！盵1]計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言教學(xué)是計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程中的核心課程，幫助學(xué)生破除計(jì)算機(jī)和軟件編程的神秘感，建立對(duì)于程序的基本認(rèn)識(shí)和對(duì)計(jì)算機(jī)運(yùn)算模型的最初理解，影響了許多學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)的第一印象。[2]隨著計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言發(fā)展日益加速，高職院校計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言教學(xué)模式發(fā)展的相對(duì)滯后，已經(jīng)成為高職院校計(jì)算機(jī)人才培養(yǎng)的主要瓶頸之一，新的教學(xué)模式改革勢(shì)在必行，刻不容緩。

2 高職院校計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言教學(xué)現(xiàn)狀和問題

在20世紀(jì)90年代中期以前，美國(guó)的計(jì)算機(jī)編程教育以Pascal語(yǔ)言為主，到20世紀(jì)90年代中后期，ANSIC語(yǔ)言成為很多美國(guó)大學(xué)編程的教學(xué)語(yǔ)言。1998年，美國(guó)指導(dǎo)編程教學(xué)的一個(gè)協(xié)會(huì)推薦將C++作為教學(xué)語(yǔ)言。大約經(jīng)過兩三年不成功的實(shí)踐之后，在本世紀(jì)初，美國(guó)計(jì)算機(jī)教育界普遍接受了將Java作為編程入門語(yǔ)言，這個(gè)局面一直持續(xù)到2014年。在2014年美國(guó)加利福尼亞大學(xué)圣迭戈分校計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院認(rèn)知科學(xué)助理教授Philip Guo的調(diào)研報(bào)告中指出，美國(guó)top高校中，Python已經(jīng)成為教授計(jì)算機(jī)科學(xué)入門課程方面最受歡迎的語(yǔ)言。[3]在中國(guó)，直到20世紀(jì)90年代中期都還是把BASIC語(yǔ)言及其變體設(shè)為計(jì)算機(jī)編程課程的主要教學(xué)內(nèi)容。到了20世紀(jì)90年代后期，C語(yǔ)言才確立了在中國(guó)大學(xué)計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言中的主流地位，少部分國(guó)內(nèi)高校逐漸開始以Java為入門編程語(yǔ)言。

近年來，國(guó)內(nèi)計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言教學(xué)模式和內(nèi)容一直在改革探索，教學(xué)內(nèi)容一致在不斷演進(jìn)，C/C++、Java、Python等面向過程或面向?qū)ο蟮膬?yōu)秀編程語(yǔ)言紛紛進(jìn)入大學(xué)課堂，但是由于國(guó)內(nèi)教學(xué)模式發(fā)展相對(duì)滯后，教學(xué)者更偏向語(yǔ)言基礎(chǔ)知識(shí)的講解和傳授，課堂教學(xué)枯燥乏味，學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)積極性不高，整個(gè)教學(xué)效果得不到改善。[4]

3 即時(shí)模擬游戲化系統(tǒng)教學(xué)改革實(shí)踐探索

即時(shí)模擬教學(xué)在國(guó)內(nèi)主要應(yīng)用于工程學(xué)科和典型的實(shí)操學(xué)科，如數(shù)控機(jī)床、臨床護(hù)理等等，在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域還處于探索階段。但是，在國(guó)際上已經(jīng)研究多年，并開發(fā)出了一系列相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)，均以游戲的形式出現(xiàn)，贏得西方教育界和學(xué)生的廣泛興趣和好評(píng)。麻省理工學(xué)院和微軟公司提出“現(xiàn)代教學(xué)法+藝術(shù)化游戲環(huán)境=下一代教育媒體”，游戲化教學(xué)將教育與游戲結(jié)合，能展現(xiàn)具體情境、使學(xué)生在學(xué)習(xí)中娛樂，從而達(dá)到探究實(shí)踐、深度學(xué)習(xí)的目的。[5]

2013年英國(guó)Kuato Studios公司推出的Hakitzu，一款基于 iPad 的格斗類游戲。在游戲中，玩家不能通過觸摸板或者控制器來控制機(jī)器人，而必須通過輸入命令行才能讓機(jī)器人往前走、往后走、轉(zhuǎn)身等等。對(duì)于之前沒學(xué)過 Javascript 的玩家來說，他們現(xiàn)在就要一邊學(xué)Javascript，一邊戰(zhàn)斗，整個(gè)教學(xué)內(nèi)容就包括 JavaScript 變量、函數(shù)、核心代碼構(gòu)建和語(yǔ)法等。

2015年法國(guó)推出的CodinGame，對(duì)于每一個(gè)練習(xí)，你都可以從超過20種編程語(yǔ)言中選擇自己喜歡的語(yǔ)言，例如Python、Ruby、Java、Scala等。公司的目標(biāo)用戶是已經(jīng)知道一些編程基礎(chǔ)的人，但也為資深程序員提供了相匹配的挑戰(zhàn)。尤其是，程序員之間近期開始流行多人游戲模式。在多人游戲模式下，你可以學(xué)習(xí)人工智能的基礎(chǔ)知識(shí)，與其他人進(jìn)行對(duì)決，看看到底是誰(shuí)的代碼效率更高。

研究期間為滿足教學(xué)的客觀需求，采用了美國(guó)Codecombat游戲式編程學(xué)習(xí)平臺(tái)進(jìn)行對(duì)比使用，相較優(yōu)劣及學(xué)生使用后的真是反饋和客觀需求，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)后，確定了下一步研究思路。在Codecombat系統(tǒng)中，學(xué)生扮演一個(gè)英雄通過游戲中的關(guān)卡冒險(xiǎn)。學(xué)生通過輸入代碼控制英雄角色，游戲過程中面臨編程挑戰(zhàn)，挑戰(zhàn)成功將解鎖下一關(guān)卡并獲得經(jīng)驗(yàn)點(diǎn)，并可以提升英雄能力。Codecombat支持5種編程語(yǔ)言學(xué)習(xí)，JavaScript、CoffeeScript、Lua、Python和Clojure，涵蓋了編程基本語(yǔ)法、循環(huán)、字符串、變量、方法調(diào)用、矢量繪圖等教學(xué)主題。

4 結(jié)語(yǔ)

研究過程中通過選取3個(gè)班(A、B、C)進(jìn)行差別教學(xué)，其中A班沿用傳統(tǒng)教學(xué)方法，即C語(yǔ)言教學(xué)，先理論再實(shí)踐，實(shí)踐為傳統(tǒng)項(xiàng)目式。B班采取Python語(yǔ)言教學(xué)，先理論再實(shí)踐，隨堂實(shí)踐為項(xiàng)目式，課程后期集中實(shí)踐為游戲式。C班采取Python語(yǔ)言教學(xué)，先實(shí)踐再理論，實(shí)踐倒逼理論，實(shí)踐為游戲式。通過3種不同的教學(xué)模式進(jìn)行比較，根據(jù)學(xué)生評(píng)測(cè)反饋我們得知，采用游戲式實(shí)踐課程B、C班比采用傳統(tǒng)模式的A班，無(wú)論在編程技能掌握情況、編程課程感興趣程度，還是對(duì)計(jì)算機(jī)科學(xué)后續(xù)學(xué)習(xí)的信心上，都明顯超越后者。與江耿豪、鄭煒冬在《編程游戲在計(jì)算機(jī)語(yǔ)言教學(xué)中的運(yùn)用》所做的實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本類似[6]，較好的證明了運(yùn)用即時(shí)模擬游戲化系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言教學(xué)，能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性，引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，對(duì)提高計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言課程教學(xué)質(zhì)量具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。

[1] 屈微， 姚琳， 武航星，等.基于游戲編程的計(jì)算機(jī)實(shí)踐教學(xué)模式應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)教育， 2017(9).

[2] Y Xie， D Zhong.Reformation of computer programming language teaching in higher vocational colleges based on the characteristics of python language grammar[J].Advances in Higher Education.2017(1).

[3] Philip Guo.Python is Now the Most Popular Introductory Teaching Language at Top U.S.Universities[EB/OL].http：//cacm.acm.org/blogs/blog-cacm/176450-python-is-now-the-most-popular-introintrodu-teachinglanguage-at-top-u-s-univeruniver/fulltext.2014.7.7.

[4] 牟琴.“輕游戲”對(duì)計(jì)算思維能力的培養(yǎng)——教育游戲?qū)Τ绦蛟O(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程教學(xué)的影響[J].遠(yuǎn)程教育雜志， 2011， 29(6).

[5] 楊蘭娟， 王金雙， 陳萍，等.游戲編程融入教學(xué)中的應(yīng)用研究--以《程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》為例[J].電腦知識(shí)與技術(shù)， 2016， 12(4X).

[6] 江耿豪， 鄭煒冬.編程游戲在計(jì)算機(jī)語(yǔ)言教學(xué)中的運(yùn)用[J].閩南師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然版)， 2006， 18(2).

謝宇飛，男，講師，軟件工程碩士，主要研究方向數(shù)據(jù)挖掘、智能計(jì)算。

本文為江西應(yīng)用技術(shù)職業(yè)學(xué)院2016年校級(jí)教改課題項(xiàng)目“基于Python即時(shí)模擬仿真游戲化系統(tǒng)的高職計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言教學(xué)改革研究”的研究成果之一。