基于游戲化的不插電計(jì)算機(jī)科學(xué)教學(xué)實(shí)踐

周曉明

摘要：基于游戲化的不插電計(jì)算機(jī)科學(xué)教學(xué)是借助游戲化教學(xué)方式，讓學(xué)生沉浸在輕松有趣的游戲中，自然而然地了解和掌握相關(guān)信息技術(shù)的知識(shí)和原理。本文作者構(gòu)建了基于游戲化的不插電計(jì)算機(jī)科學(xué)教學(xué)模式，該教學(xué)模式不僅能讓學(xué)生在游戲化體驗(yàn)學(xué)習(xí)循環(huán)中收獲有意義的學(xué)科知識(shí)，還能讓其發(fā)揮想象，激發(fā)創(chuàng)意，有效提升計(jì)算思維能力以及與同伴溝通交流能力。

關(guān)鍵詞：游戲化教學(xué);不插電計(jì)算機(jī)科學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G434? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 論文編號(hào)：1674-2117（2022）10-0040-03

不插電計(jì)算機(jī)科學(xué)以一種沒(méi)有計(jì)算機(jī)參與的方式，透過(guò)一些既有趣又簡(jiǎn)易的活動(dòng)，圍繞計(jì)算機(jī)科學(xué)的核心知識(shí)，通過(guò)認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的過(guò)程，理解其中的概念、原理，幫助學(xué)生理解技術(shù)背后的思想和科學(xué)，理解技術(shù)如何被設(shè)計(jì)，感受學(xué)科所涵蓋的創(chuàng)意和趣味，提高問(wèn)題解決的能力，發(fā)展思維能力。因此，不插電計(jì)算機(jī)科學(xué)對(duì)于幫助學(xué)生理解計(jì)算機(jī)的運(yùn)行原理、編程的邏輯規(guī)律、算法的執(zhí)行過(guò)程等這些難以理解、無(wú)法直觀看到的學(xué)科知識(shí)有著一定的優(yōu)勢(shì)，可作為小學(xué)信息技術(shù)教育中的重要補(bǔ)充。

● 基于游戲化的不插電計(jì)算機(jī)科學(xué)教學(xué)模式

游戲是一個(gè)系統(tǒng)，玩家們?cè)谄渲袌?zhí)行抽象的任務(wù)，任務(wù)由規(guī)則、互動(dòng)性和反饋界定，產(chǎn)出量化結(jié)果，并經(jīng)常伴有情緒反應(yīng)，研究發(fā)現(xiàn)，游戲在娛樂(lè)的同時(shí)還能鍛煉學(xué)習(xí)能力、運(yùn)動(dòng)能力和推理能力。游戲化就是運(yùn)用游戲機(jī)制加上美學(xué)和思維手段來(lái)吸引他人，鼓勵(lì)行為，最終達(dá)到兩個(gè)目的：促進(jìn)學(xué)習(xí)和解決問(wèn)題?；谟螒蚧牟徊咫娪?jì)算機(jī)科學(xué)教學(xué)是借助游戲化教學(xué)方式，讓學(xué)習(xí)變得有趣且更加簡(jiǎn)單，讓學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)和探究相關(guān)信息技術(shù)的知識(shí)和原理，了解事物的本質(zhì)。同時(shí)，在學(xué)生玩游戲的過(guò)程中，會(huì)遇到各種問(wèn)題和挑戰(zhàn)，在解決問(wèn)題的同時(shí)，學(xué)生會(huì)掌握一些解決問(wèn)題的規(guī)則和方法，從而培養(yǎng)計(jì)算思維，激發(fā)創(chuàng)意，提升同伴溝通能力等。為此，筆者構(gòu)建了基于游戲化的不插電計(jì)算機(jī)科學(xué)教學(xué)模式（如圖1）。

根據(jù)建構(gòu)主義、游戲化學(xué)習(xí)理論、體驗(yàn)式學(xué)習(xí)研究的啟示，該教學(xué)模式立足于課前教師的充分準(zhǔn)備和課中學(xué)生在玩中學(xué)以及教師的組織引導(dǎo)。課前制訂的教學(xué)目標(biāo)應(yīng)以培養(yǎng)計(jì)算思維為主，兼具培養(yǎng)合作精神、創(chuàng)新能力等，一方面體現(xiàn)不插電活動(dòng)的價(jià)值，另一方面對(duì)游戲活動(dòng)有定向、調(diào)控和評(píng)價(jià)的功能;教師設(shè)計(jì)的游戲以趣味性為主，難度為初級(jí)，有助于學(xué)生在了解規(guī)則后快速入手，為創(chuàng)意設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ);需要準(zhǔn)備的材料應(yīng)具備的特征是貼近生活的簡(jiǎn)單物品，且能兼顧游戲和學(xué)習(xí)使用。課堂教學(xué)以“不插電計(jì)算機(jī)科學(xué)游戲化體驗(yàn)學(xué)習(xí)循環(huán)”的結(jié)構(gòu)組織，循環(huán)包括以下四個(gè)步驟。

（1）游戲體驗(yàn)。體驗(yàn)是體驗(yàn)式學(xué)習(xí)的核心理念，即只有做過(guò)了才有真切的感觸。讓學(xué)生親身體驗(yàn)趣味游戲，研究策略，能夠開(kāi)發(fā)學(xué)生解決問(wèn)題的能力，使其在愉悅的氛圍中探索、領(lǐng)悟?qū)W科知識(shí)的特點(diǎn)和規(guī)律，幫助學(xué)生理解計(jì)算機(jī)科學(xué)的知識(shí)概念和解決問(wèn)題的過(guò)程，對(duì)學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)起到較為直接的提效作用。

（2）逆向檢測(cè)。由于紙筆不能和學(xué)生產(chǎn)生直接互動(dòng)，所以需要人工檢測(cè)游戲中學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況，這個(gè)步驟并非累贅，相反，通過(guò)同伴間策略交換檢查的方法，將游戲策略倒推后檢查與最初的任務(wù)是否匹配，可以作為知識(shí)鞏固的有效手段。檢測(cè)的過(guò)程也是學(xué)生向同伴展示成果的過(guò)程，他們討論交流，思想相互碰撞，共同發(fā)展，不僅提升了合作能力，還能增進(jìn)感情。

（3）創(chuàng)意設(shè)計(jì)。精心設(shè)計(jì)的游戲會(huì)有多個(gè)且合適的難度等級(jí)，可以促使玩家在游戲中不斷學(xué)習(xí)，這樣的游戲容易入手且更吸引人，教師課前準(zhǔn)備初級(jí)難度的游戲，以幫助學(xué)生快速適應(yīng)，而進(jìn)階游戲交給學(xué)生來(lái)設(shè)計(jì)。創(chuàng)意設(shè)計(jì)的過(guò)程給學(xué)生搭建了良好的創(chuàng)造環(huán)境，并尊重學(xué)生的個(gè)體化差異，使得不同性格、不同能力的學(xué)生都能在自己的基礎(chǔ)上有所發(fā)展，在激發(fā)他們創(chuàng)造性的同時(shí)使其有收獲更多成就感。

（4）測(cè)評(píng)反思。從游戲到游戲化必須經(jīng)過(guò)的一環(huán)就是反思，此時(shí)的反思既包括對(duì)游戲策略的反思，也包括對(duì)新游戲設(shè)計(jì)合理性的反思。通過(guò)評(píng)價(jià)和反思，學(xué)生會(huì)主動(dòng)地對(duì)之前的設(shè)計(jì)進(jìn)行修改和完善，促進(jìn)了通過(guò)元認(rèn)知能力來(lái)調(diào)節(jié)、管理和監(jiān)督認(rèn)知過(guò)程能力的發(fā)展，而隨著學(xué)習(xí)循環(huán)的推進(jìn)，學(xué)生展現(xiàn)出的自主管理行為也會(huì)增加，他們能越來(lái)越熟悉如何調(diào)節(jié)、管理和監(jiān)督自己與他人的認(rèn)知過(guò)程。

不插電計(jì)算機(jī)科學(xué)游戲化體驗(yàn)學(xué)習(xí)循環(huán)注重學(xué)生在游戲過(guò)程中的體驗(yàn)和思考，在游戲策略中暗藏計(jì)算機(jī)科學(xué)的相關(guān)知識(shí)、原理，通過(guò)游戲體驗(yàn)、逆向檢測(cè)、創(chuàng)意設(shè)計(jì)、測(cè)評(píng)反思激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探索欲望，培育學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)，最終真正達(dá)到了“玩中學(xué)”的教學(xué)效果。

● 教學(xué)實(shí)踐

不插電計(jì)算機(jī)科學(xué)可以作為信息技術(shù)課程的有效補(bǔ)充，結(jié)合當(dāng)前信息技術(shù)課程開(kāi)設(shè)情況，筆者嘗試在小學(xué)中年級(jí)段開(kāi)展“有趣的數(shù)字畫(huà)”“寫(xiě)一份密碼信”“指揮機(jī)器人”“機(jī)器人闖迷宮”等活動(dòng)，從趣味游戲中了解像素、壓縮等計(jì)算機(jī)原理以及程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)，并在高年級(jí)段開(kāi)展“讀心術(shù)游戲”“解密圣誕彩燈”“傳音游戲”“AR眼鏡不神秘”等活動(dòng)，從游戲中了解二進(jìn)制、人工智能等知識(shí)。以下是基于游戲化的《機(jī)器人闖迷宮》一課的教學(xué)設(shè)計(jì)。

1.創(chuàng)設(shè)情境，游戲體驗(yàn)

學(xué)生在之前的指揮機(jī)器人游戲中已經(jīng)了解前進(jìn)↑、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、重復(fù)指令，在迷宮游戲中教師創(chuàng)設(shè)迷宮情境，并出示迷宮地圖（如圖2），說(shuō)明游戲規(guī)則：機(jī)器人的能量只有10L，即只能做10個(gè)動(dòng)作，在能量耗盡前必須取得“能量星”*，每顆能量星可獲得10L能量。

學(xué)生通過(guò)第一次計(jì)算得知，從入口到出口至少需要13L能量，必須在中途去獲取能量星。于是學(xué)生開(kāi)始第二次計(jì)算，了解到取得下層能量星至少需要↑↑↑↑這8個(gè)動(dòng)作，可增加2個(gè)能量，即到達(dá)出口必須至少獲取兩顆能量星。經(jīng)過(guò)初步的計(jì)算后，學(xué)生制訂各自的游戲策略，寫(xiě)下闖關(guān)指令，在完成闖關(guān)任務(wù)的過(guò)程中，培養(yǎng)算法意識(shí)，提升計(jì)算思維。

2.逆向檢測(cè)，學(xué)習(xí)鞏固

關(guān)注能盡快走出迷宮的學(xué)生使用了獲取前兩顆能量星的策略;關(guān)注指令精簡(jiǎn)的學(xué)生使用了獲取下層兩顆能量星的策略;關(guān)注能剩余更多能量的學(xué)生使用了獲取所有能量星的策略……不管使用哪種策略，在這個(gè)環(huán)節(jié)中，教師都應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生用逆向檢測(cè)來(lái)判斷指令的正確性，同伴交換指令，在地圖上畫(huà)出相應(yīng)的線路，以此檢查指令是否完全正確。根據(jù)指令模擬機(jī)器人行動(dòng)能有效地鞏固對(duì)指令的掌握，如果發(fā)現(xiàn)指令有錯(cuò)誤，也能起到吸取教訓(xùn)、加深印象的作用。接著，教師引導(dǎo)學(xué)生分析多種策略的優(yōu)缺點(diǎn)，在鞏固知識(shí)的同時(shí)，再次提升計(jì)算思維能力。

3.創(chuàng)意設(shè)計(jì)，深入體驗(yàn)

優(yōu)秀的游戲通常通過(guò)加大挑戰(zhàn)難度或增加挑戰(zhàn)來(lái)使玩家不斷挑戰(zhàn)，在這個(gè)環(huán)節(jié)中，教師鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)這個(gè)游戲進(jìn)行完善，使其更加好玩。學(xué)生開(kāi)始發(fā)揮創(chuàng)意，如加入新元素或者設(shè)計(jì)更多變、更深層次的挑戰(zhàn)來(lái)升級(jí)游戲，同時(shí)也會(huì)改善任務(wù)執(zhí)行的能力，制訂新的策略來(lái)應(yīng)對(duì)新的挑戰(zhàn)。有的學(xué)生在迷宮中設(shè)計(jì)能獲取到更多能量的“能量蘋(píng)果”;有學(xué)生設(shè)計(jì)了反面角色“消能井”，如果掉進(jìn)去游戲就會(huì)終止（如圖3）……在給新游戲思考策略的同時(shí)，他們會(huì)積極地將自己的游戲推薦給同學(xué)，這樣既提升了自身的成就感，也實(shí)現(xiàn)了真正的人際互動(dòng)。

4.測(cè)評(píng)反思，素養(yǎng)提升

學(xué)生通過(guò)分析自己和他人新游戲的策略，在測(cè)評(píng)中會(huì)收獲更多的體驗(yàn)，包括對(duì)自己創(chuàng)意的反思，也會(huì)獲得他人的啟發(fā)、建議，從而隨時(shí)調(diào)整游戲的難度。通過(guò)反思不斷改進(jìn)游戲的設(shè)計(jì)，并重新思考游戲策略，學(xué)生的元認(rèn)知能力得以提升，并且近側(cè)發(fā)展區(qū)間不斷擴(kuò)大，讓整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程始終保持在“再努力一點(diǎn)就能完成”的水平，也實(shí)現(xiàn)了知識(shí)、能力、情感的整合，以及信息技術(shù)學(xué)科素養(yǎng)的提升。

● 反思

游戲化教學(xué)能給學(xué)生提供公平的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，并能讓學(xué)生獲得及時(shí)反饋，使其有價(jià)值感、成就感，還能讓學(xué)生開(kāi)展良好的人際互動(dòng)。通過(guò)查閱不插電的計(jì)算機(jī)科學(xué)的相關(guān)文獻(xiàn)，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐筆者發(fā)現(xiàn)，不插電的計(jì)算機(jī)科學(xué)應(yīng)用于小學(xué)信息技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)和原理的教學(xué)，其游戲化教學(xué)的方式能讓學(xué)生在邊玩邊學(xué)中收獲信息學(xué)科中有意義的科學(xué)知識(shí)，還能發(fā)揮想象，激發(fā)創(chuàng)意，有效提升計(jì)算思維能力以及與同伴溝通交流能力。但游戲化教學(xué)不等同于玩游戲，在教學(xué)中教師應(yīng)起到組織引導(dǎo)的作用，如留心觀察學(xué)生在游戲中的表現(xiàn)，及時(shí)調(diào)整學(xué)生專注度、合作情況等課堂行為，鼓勵(lì)學(xué)生開(kāi)發(fā)自身的問(wèn)題解決能力和創(chuàng)新能力;在適當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)設(shè)疑，用問(wèn)題幫助學(xué)生建立思維路徑，鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)語(yǔ)言描述思維過(guò)程;根據(jù)課堂實(shí)際情況合理調(diào)整學(xué)習(xí)循環(huán)各步驟的時(shí)間，引導(dǎo)學(xué)生提高活動(dòng)效率，并充分建構(gòu)自己的認(rèn)知體系，做到真正的“知行合一”等。

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