面向高中生計(jì)算思維的App Inventor的應(yīng)用探究

宣震

【摘要】計(jì)算思維是信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分，本文針對(duì)普通高中學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)，通過借助Google公司開發(fā)的App Inventor這一具有可視化功能的且無須記憶編程代碼的移動(dòng)應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)工具，開發(fā)App Inventor校本課程，初步探索了在校本課程中培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力的教學(xué)實(shí)踐。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算思維;App Inventor;教育實(shí)踐

2017年教育部頒布的《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》指出高中信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)包括以下四個(gè)方面的內(nèi)容：信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任。其中計(jì)算思維是指“運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及人類行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)?！彼峭ㄟ^嵌入、轉(zhuǎn)化和仿真等方法，把一個(gè)看來困難的問題重新闡釋成一個(gè)我們知道問題怎樣解決的方法。在數(shù)據(jù)時(shí)代向我們走來的今天，教師應(yīng)當(dāng)要注重培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維，讓學(xué)生創(chuàng)造性的思考、解決問題。

一、當(dāng)前信息技術(shù)課堂教學(xué)存在的問題

筆者通過對(duì)當(dāng)前教育現(xiàn)狀的資料研究，結(jié)合自身教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，當(dāng)下高中信息技術(shù)教學(xué)主要面臨以下幾個(gè)問題。

1.重技能，輕思維訓(xùn)練

在教學(xué)實(shí)踐中，教師普遍將掌握計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)和工具軟件的操作技能作為課堂教學(xué)的重心，由此導(dǎo)致信息技術(shù)課淪為工具課，忽視了學(xué)生利用計(jì)算機(jī)解決問題的能力訓(xùn)練和思維訓(xùn)練。

2.課堂索然無趣，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高

當(dāng)前信息技術(shù)課堂普遍采用項(xiàng)目教學(xué)法，但仍有一定數(shù)量的課堂教學(xué)采取單一的任務(wù)驅(qū)動(dòng)方式，導(dǎo)致課堂變得索然無趣，影響學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)新性。

3.課時(shí)不足，學(xué)業(yè)水平測試壓力大

筆者所在地區(qū)有四所普通高中，其中三所學(xué)校在高一的第一學(xué)期不開設(shè)信息技術(shù)課，高二每周兩節(jié)課;另一所學(xué)校高一高二每周均為一節(jié)課。而根據(jù)2017年《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》，高中階段每周應(yīng)保證至少兩節(jié)課。課時(shí)的嚴(yán)重不足，導(dǎo)致每年的學(xué)業(yè)水平測試復(fù)習(xí)壓力巨大。在這種情況下，教師們完成學(xué)測復(fù)習(xí)已屬不易，而平時(shí)教學(xué)過程中的能力培養(yǎng)更是無從說起。

針對(duì)以上現(xiàn)狀，筆者在校本課程中嘗試開設(shè)App Inventor相關(guān)內(nèi)容，對(duì)提升學(xué)生計(jì)算思維做了初步探究。

二、什么是App Inventor

App Inventor最初是谷歌實(shí)驗(yàn)室（Google Lab）自2009年開始，由麻省理工學(xué)院的Hal Abelson教授主導(dǎo)的一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。它的設(shè)計(jì)初衷是幫助人們?cè)谝苿?dòng)通信的世界里成為創(chuàng)造者，而不僅僅是消費(fèi)者。它是一款基于瀏覽器，面向無編程基礎(chǔ)的初學(xué)者的安卓應(yīng)用開發(fā)軟件工具。

App Inventor具有如下幾個(gè)特點(diǎn)。

1.界面友好，操作便捷

App Inventor界面友好，功能清晰明了，不同的功能模塊都用不同的形狀和顏色進(jìn)行區(qū)分，辨識(shí)度高，容易上手，全中文的操作界面使高中學(xué)生可以完全零門檻介入。

2.簡單的開發(fā)過程

不需要關(guān)注復(fù)雜的語法結(jié)構(gòu)，和初中生學(xué)習(xí)過的Scratch類似，通過一個(gè)個(gè)模塊化圖形化組件的拖曳來完成App開發(fā)，這使得編程零基礎(chǔ)的高中生也能夠完成開發(fā)。而且App Inventor開發(fā)周期短，可以較快得到App作品。

3.豐富的組件模塊

App Inventor有不同類型的組件模塊：多媒體類、傳感器類，甚者有樂高機(jī)器人組件。這可以讓學(xué)習(xí)者無須關(guān)心底層的技術(shù)實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，更容易滿足學(xué)習(xí)者的應(yīng)用設(shè)想，也更有利于培養(yǎng)計(jì)算思維。

三、為什么是用App Inventor來提升學(xué)生的計(jì)算思維

因?yàn)锳pp Inventor是一款零基礎(chǔ)要求的入門軟件。學(xué)生在進(jìn)行程序開發(fā)時(shí)，第一步想到的是要實(shí)現(xiàn)的功能，可以呈現(xiàn)給使用者什么樣的界面;第二步，在界面設(shè)計(jì)完成后，就要選擇組件模塊;最后，選擇使用哪些邏輯模塊來完成整體設(shè)計(jì)。這整個(gè)開發(fā)的過程都能鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力、合作能力和動(dòng)手能力。而通過長期的練習(xí)，就可以提高學(xué)生的計(jì)算思維能力。App Inventor的優(yōu)勢(shì)具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.在開發(fā)的過程中深刻體現(xiàn)計(jì)算思維

整個(gè)應(yīng)用的開發(fā)過程，是先從需求分析開始，接著分析系統(tǒng)開發(fā)的可行性，然后設(shè)計(jì)用戶界面，再進(jìn)行算法的設(shè)計(jì)與編寫。這一系列的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)的過程無不體現(xiàn)出深刻的計(jì)算思維。

2.搭積木式的操作方式使得計(jì)算思維的培養(yǎng)沒有任何障礙

學(xué)生通過拖曳鼠標(biāo)可以很方便地找到所需要的組件和功能模塊，輕松實(shí)現(xiàn)應(yīng)用界面的設(shè)計(jì)。整個(gè)操作過程完全中文化，對(duì)高中生不存在認(rèn)知和理解障礙，可以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使得計(jì)算思維的培養(yǎng)沒有任何障礙。

3.編程方式為計(jì)算思維的培養(yǎng)提供方便

據(jù)筆者在本校高一年級(jí)的調(diào)查顯示，學(xué)生學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)的最大障礙是晦澀難懂的程序設(shè)計(jì)語言的語法和結(jié)構(gòu)。而App Inventor塊狀編程方式，如圖1所示，使得學(xué)生不需要記憶具體的結(jié)構(gòu)代碼，有效保持了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為計(jì)算思維的培養(yǎng)提供方便。

圖1 Tank大戰(zhàn)部分開發(fā)圖

4.計(jì)算思維貫穿應(yīng)用開發(fā)的整個(gè)過程

在開發(fā)過程中，學(xué)生不斷地將具體問題細(xì)化，而計(jì)算思維通過不斷對(duì)問題的等價(jià)轉(zhuǎn)換、抽象、分解等方式來實(shí)現(xiàn)。

5.交流之后，進(jìn)一步完善思維方法

小組交流結(jié)束后，每個(gè)小組進(jìn)一步完善思維方法，修改程序，整個(gè)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)示意圖如圖2所示。

圖2 坦克大戰(zhàn)學(xué)習(xí)示意圖

四、App Inventor校本課程實(shí)施過程

App Inventor校本課程的最終目標(biāo)是培養(yǎng)和提升學(xué)生的計(jì)算思維能力，下面以Tank大戰(zhàn)為例，談?wù)勑１菊n程的具體實(shí)施。

1.通過情境創(chuàng)設(shè)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

教師需要?jiǎng)佑弥腔?，為學(xué)生們創(chuàng)設(shè)喜歡的學(xué)習(xí)情境。Tank大戰(zhàn)游戲是學(xué)生比較熟悉的一款游戲，教師通過熟悉課例的引入，引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)的興趣與動(dòng)力。

2.項(xiàng)目教學(xué)，鼓勵(lì)學(xué)生大膽創(chuàng)新

采用項(xiàng)目教學(xué)法，讓學(xué)生體會(huì)“做中學(xué)，學(xué)中做”的方式。首先學(xué)生根據(jù)教師提供的半成品文件完成界面設(shè)計(jì)、模塊設(shè)計(jì)和邏輯設(shè)計(jì)，通過調(diào)試運(yùn)行完成App源文件的開發(fā);然后針對(duì)學(xué)有余力的同學(xué)，要求他們加入自己的設(shè)計(jì)理念，如探討多種獲勝條件等，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和探究精神。需要解決的問題：敵方坦克如何隨機(jī)出現(xiàn)？敵方坦克如何追蹤我方坦克？如何統(tǒng)計(jì)生存時(shí)間？

3.小組分工合作，完成項(xiàng)目開發(fā)

項(xiàng)目小組成員分為：項(xiàng)目經(jīng)理、界面設(shè)計(jì)師、模塊設(shè)計(jì)師和應(yīng)用測試員，他們要明確各自的開發(fā)任務(wù)，并且能夠通過合作完成整個(gè)項(xiàng)目的開發(fā)，項(xiàng)目經(jīng)理總體把握開發(fā)進(jìn)度和開發(fā)文檔的收集。教師作為技術(shù)總監(jiān)，巡視課堂，解答各個(gè)項(xiàng)目小組遇到的技術(shù)問題。需要解決的問題：Player設(shè)置背景音樂，Clock控制生存時(shí)間，PointTowards追蹤目標(biāo)，EdgeReached判斷是否到達(dá)邊際。

4.項(xiàng)目完成后進(jìn)行交流評(píng)價(jià)

項(xiàng)目開發(fā)完成后，由項(xiàng)目經(jīng)理上傳App源文件并在教師的手機(jī)上進(jìn)行APK文件的安裝，以便進(jìn)行現(xiàn)場測試。教師與各項(xiàng)目小組代表按照項(xiàng)目評(píng)價(jià)表內(nèi)容進(jìn)行自評(píng)與互評(píng)。學(xué)生通過交流評(píng)價(jià)，體會(huì)了App Inventor創(chuàng)意編程，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)的興趣，并激勵(lì)其進(jìn)一步完善自己的作品，形成創(chuàng)新成果。

5.交流之后，進(jìn)一步完善思維方法

小組交流結(jié)束后，每個(gè)小組進(jìn)一步完善思維方法，修改程序。

App Inventor校本課程在我校高一年級(jí)中展開，采用選修形式，每周一節(jié)課。在課上，由于不需要記憶復(fù)雜的語法結(jié)構(gòu)，學(xué)生可以專注于計(jì)算思維的訓(xùn)練。通過一學(xué)期的學(xué)習(xí)，學(xué)生基本掌握了使用App Inventor進(jìn)行移動(dòng)終端應(yīng)用開發(fā)的方法和過程，培養(yǎng)和提升了信息意識(shí)和解決問題的能力，促進(jìn)了計(jì)算思維的提升。

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