面向計算思維培養(yǎng)的中職Python課程游戲化教學(xué)探究

一、引言

職業(yè)教育作為國家現(xiàn)代化戰(zhàn)略的重要支撐，其改革路徑在2019年迎來歷史性突破。國務(wù)院頒布的《國家職業(yè)教育改革實施方案》從國家戰(zhàn)略高度重構(gòu)職業(yè)教育發(fā)展框架，強調(diào)其在教育綜合改革中的先導(dǎo)性地位，并明確指出：職業(yè)教育的現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型是推動整體教育現(xiàn)代化進(jìn)程的基石。為提高職業(yè)教育現(xiàn)代化水平，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，教育部制定了《中等職業(yè)學(xué)校信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》，明確學(xué)生通過對信息技術(shù)基礎(chǔ)知識與技能的學(xué)習(xí)，有助于增強信息意識、發(fā)展計算思維、提高數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力等，并將“計算思維”列入中等職業(yè)學(xué)校信息技術(shù)課程的學(xué)科核心素養(yǎng)，促使學(xué)生運用計算思維解決職業(yè)崗位與生活情境中的相關(guān)問題。

近年來，隨著Python在各領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，其作為程序設(shè)計基礎(chǔ)課程，逐漸進(jìn)人中職課堂，成為中職學(xué)段計算機專業(yè)的核心專業(yè)課程。與其他語言相比，Python的語法更加靈活，編寫程序的過程更符合人思考問題的習(xí)慣。學(xué)生通過學(xué)習(xí)Python，能直接將問題轉(zhuǎn)換為通過自然語言、偽代碼、流程圖描述算法，從而能夠?qū)Ｗ⒂趩栴}的解決過程。Python編程有利于培養(yǎng)學(xué)生的計算思維。因此，在中職學(xué)校，如何培養(yǎng)和提升學(xué)生的計算思維，提高學(xué)生的編程積極性，成為教育工作者在開展Python教學(xué)過程中亟待解決的問題。

二、計算思維和游戲化教學(xué)

（一）計算思維

計算思維是依托計算機科學(xué)基本理論與方法論，通過抽象分解、模式識別及算法設(shè)計等核心手段，對復(fù)雜問題實現(xiàn)高效求解、對智能系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)構(gòu)建，同時還能為人類認(rèn)知活動提供結(jié)構(gòu)化分析工具的多維思維體系。目前，計算思維已經(jīng)滲透到各個學(xué)科，正在潛移默化地影響和推動各領(lǐng)域的發(fā)展。

在國外，國家對學(xué)生計算思維的培養(yǎng)滲透在K-12階段課程教學(xué)中。英國是最早將計算教育納人國家課程的國家之一，1981年計算機學(xué)習(xí)在11-16歲學(xué)生中已經(jīng)比較普遍，后來成為國家課程的必修部分。在美國，計算課程傳統(tǒng)上與STEM學(xué)科聯(lián)系在一起。1958年的《國防教育法》提出加強數(shù)學(xué)、科學(xué)和工程課程，同時還規(guī)定為實現(xiàn)教育目的使用電視、廣播和電影等。目前，計算機科學(xué)和計算思維教育在世界范圍內(nèi)持續(xù)擴大，并在K-12教育中得到越來越多認(rèn)可。澳大利亞、加拿大、智利、南非、韓國和英國已經(jīng)將計算機科學(xué)納入小學(xué)或更早階段的教育框架或指南。

如今，計算思維在我國也引起了重視，信息技術(shù)與學(xué)科融合進(jìn)一步深入。計算機基礎(chǔ)教育應(yīng)以培養(yǎng)計算思維素養(yǎng)為核心導(dǎo)向，這一理念已被學(xué)界廣泛認(rèn)同。研究表明，通過算法設(shè)計、模式識別等思維訓(xùn)練，能夠幫助學(xué)生建立系統(tǒng)性解決問題的能力框架。特別是在創(chuàng)新實踐中，計算思維的抽象化特征可突破傳統(tǒng)經(jīng)驗思維局限，使學(xué)生在復(fù)雜問題中發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新路徑。在2010年高等教育深化改革背景下，中國9所高校聯(lián)合簽署《計算機基礎(chǔ)教學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略實施綱要》，從學(xué)科頂層設(shè)計層面將計算機思維能力培養(yǎng)體系確立為核心戰(zhàn)略任務(wù)。隨后，計算思維逐漸成為高校計算機課程的核心教學(xué)內(nèi)容。

作為解決實際問題的系統(tǒng)性方法，計算思維包含問題分解、模式識別與抽象、算法設(shè)計、實施與驗證等關(guān)鍵階段。

問題分解是指將復(fù)雜問題拆解為可管理的子問題，通過模塊化降低問題復(fù)雜度并明確解決路徑。這種拆解可以幫助我們更好地理解問題，并提供更具體、更可行的解決方案?；谀K化思維，采用層次化分析框架將復(fù)合型問題分解為互斥且窮盡的子單元，通過逐層解決各單元的核心矛盾，最終實現(xiàn)系統(tǒng)性解決方案的整合輸出。這一階段需要我們靈活運用抽象思維和邏輯思維，將復(fù)雜問題轉(zhuǎn)化為一系列簡單而具體的任務(wù)。

模式識別與抽象階段是指在完成問題分解后，通過觀察數(shù)據(jù)、子問題間的重復(fù)特征、規(guī)律或差異，建立可預(yù)測的模型。通過發(fā)現(xiàn)子問題間的共性，我們可以簡化解決問題的流程。

抽象階段就是提取核心要素并建立模型，以過濾非必要細(xì)節(jié)。抽象是確定對象或系統(tǒng)的哪個元素是必要的特征的過程。抽象是隱去問題的細(xì)節(jié)，找到問題的本質(zhì)屬性。

算法設(shè)計階段需要我們靈活運用數(shù)學(xué)知識和邏輯思維，在解決問題的過程中尋找最優(yōu)解。算法設(shè)計過程中，我們需要制定明確的解決步驟和規(guī)則，并且需要考慮邊界條件和異常處理機制。

實施階段涉及運用編程語言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法設(shè)計的技巧，將算法轉(zhuǎn)化為計算機可以執(zhí)行的指令。而驗證是計算思維中至關(guān)重要的一步。在解決了問題并得到結(jié)果之后，教師需要對結(jié)果進(jìn)行評估。這包括檢查結(jié)果的準(zhǔn)確性、有效性和可行性等方面，以確保解決方案的質(zhì)量。同時，我們還需要反思整個解決問題的過程，尋找改進(jìn)的空間和其他可能的解決方案。

（二）游戲化教學(xué)

“游戲化”的概念，其定義為“將游戲設(shè)計的元素和原則放入非游戲的內(nèi)容中”。中國學(xué)者提出的“教學(xué)游戲化”理論與“課程游戲化”模式分別推動了該理念在教育領(lǐng)域的本土化實踐。

本文基于以上原理，把游戲化教學(xué)的核心環(huán)節(jié)歸納為：規(guī)則設(shè)計、情境創(chuàng)設(shè)、反饋檢驗、總結(jié)提升。本文構(gòu)建了面向計算思維的游戲化教學(xué)模式，并將其應(yīng)用于中職Python課程教學(xué)中，以增強學(xué)習(xí)者的動機和課堂參與度，提升學(xué)生的計算思維和學(xué)習(xí)效果。

三、計算思維與游戲化教學(xué)相結(jié)合模型的構(gòu)建與應(yīng)用

（一）計算思維與游戲化教學(xué)相結(jié)合模型的構(gòu)建

以培養(yǎng)學(xué)生的計算思維為導(dǎo)向，將游戲化教學(xué)融入Python課程教學(xué)中。本研究結(jié)合計算思維的四個關(guān)鍵階段和游戲化教學(xué)的四個核心環(huán)節(jié)，設(shè)計了培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力的游戲化教學(xué)模型。

1.確定主題，設(shè)計內(nèi)容

在確定主題的情況下設(shè)計相應(yīng)內(nèi)容。設(shè)計內(nèi)容緊緊結(jié)合學(xué)生的實際生活場景，充分考慮學(xué)生的年齡階段特點，讓學(xué)生始終處在身心愉悅的環(huán)境下，從而充分激發(fā)學(xué)生的想象力和積極性。

2.情境創(chuàng)設(shè)，算法選擇

在設(shè)計內(nèi)容的基礎(chǔ)上，創(chuàng)設(shè)相關(guān)游戲場景。引導(dǎo)學(xué)生通過流程圖將復(fù)雜枯燥的腳本執(zhí)行過程轉(zhuǎn)化為簡單易懂的語言。教師在課堂上鼓勵學(xué)生使用不同的算法解決同一問題，在實踐中選擇最優(yōu)算法。

3.優(yōu)化算法，解決問題

以學(xué)生為中心的課堂對培養(yǎng)學(xué)生的計算機思維至關(guān)重要。學(xué)生在課堂中不斷嘗試找到最優(yōu)算法后，教師通過分組討論、組內(nèi)交流等方式引導(dǎo)學(xué)生對課堂中的問題進(jìn)行分析，以帶動每一位學(xué)生融人課堂的學(xué)習(xí)氛圍，提高學(xué)生解決問題的能力。

4.總結(jié)提升，擴展遷移

解決問題后，教師應(yīng)做好課堂總結(jié)，鼓勵和引導(dǎo)學(xué)生將算法優(yōu)化和解決問題中使用的思維能力與實際生活緊密結(jié)合，提高學(xué)生處理問題的能力，從而讓學(xué)生在掌握知識的同時提高計算思維能力。

培養(yǎng)計算思維的游戲化教學(xué)并不是簡單讓學(xué)生去玩游戲，而是在游戲中學(xué)習(xí)。教師通過創(chuàng)造游戲化的情境和角色，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，使他們更主動地參與學(xué)習(xí)。同時，通過游戲中的獎勵和反饋機制，及時給予學(xué)生正面的鼓勵和指導(dǎo)，幫助他們更好地理解和掌握知識。通過實踐導(dǎo)向的學(xué)習(xí)模式，將知識學(xué)習(xí)與娛樂有機融合，形成良性互動機制，實現(xiàn)二者的動態(tài)平衡與協(xié)調(diào)發(fā)展。

（二）計算思維與游戲化教學(xué)相結(jié)合模型在Python課程中的應(yīng)用

為證實本文所構(gòu)建模型在真實教學(xué)場景中的實用性和可信度，將該模型應(yīng)用于中職學(xué)校二年級Python課程教學(xué)中，設(shè)計了如下教學(xué)活動：

1.課程導(dǎo)入

不同于傳統(tǒng)學(xué)科的知識積累方式，計算思維作為面向問題求解的認(rèn)知框架，通過持續(xù)的分解、驗證、模型構(gòu)建等實現(xiàn)認(rèn)知的動態(tài)演進(jìn)。在此階段，學(xué)生還缺乏理性的分析能力和計算思維，因此，教師在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計時，需要依據(jù)教學(xué)任務(wù)，確定主題，設(shè)計內(nèi)容，并在每個教學(xué)環(huán)節(jié)中始終關(guān)注學(xué)生計算思維的發(fā)展。在課程導(dǎo)入時，教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生的階段性興趣點，引入游戲化教學(xué)的相關(guān)內(nèi)容，以此提高學(xué)生對Python編程的學(xué)習(xí)興趣，通過增強編程實訓(xùn)培養(yǎng)學(xué)生的動手能力。

2.課程實施

課程導(dǎo)入后，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣明顯提高。此時，教師應(yīng)結(jié)合本節(jié)課內(nèi)容，對學(xué)生提出相關(guān)問題，讓學(xué)生圍繞中心內(nèi)容進(jìn)行思考，從而引導(dǎo)學(xué)生逐步明確學(xué)習(xí)目標(biāo)和任務(wù)。接著，教師通過學(xué)生分組的方法，讓學(xué)生進(jìn)行討論，探討選擇哪種功能模塊實現(xiàn)該游戲相關(guān)功能，選擇合適的算法進(jìn)行程序的編寫。選擇合適的游戲化項目是成功實施該教學(xué)方法的關(guān)鍵。項自應(yīng)具備趣味性、可操作性和一定的挑戰(zhàn)性，要充分考慮學(xué)生的認(rèn)知水平和興趣點

學(xué)生可根據(jù)組內(nèi)討論的結(jié)果進(jìn)行程序的編寫。在學(xué)生編寫程序的過程中，教師需要觀察每個學(xué)生的編寫情況，并適時給予相關(guān)的指導(dǎo)。在這個階段，教師應(yīng)動態(tài)監(jiān)測學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展軌跡，并通過個別指導(dǎo)，將學(xué)生模糊的認(rèn)識逐步變清晰，促進(jìn)學(xué)生的思考走向深人。在教師的引導(dǎo)下和同學(xué)之間的思維碰撞中，學(xué)生將編寫的算法繼續(xù)優(yōu)化，最終完成游戲開發(fā)制作。在教學(xué)實施過程中，教師可通過循序漸進(jìn)的方式引導(dǎo)學(xué)生完成游戲項目。以“猜數(shù)字游戲”為例，首先，教師詳細(xì)講解游戲的功能需求和實現(xiàn)思路，讓學(xué)生對整個項目有清晰的認(rèn)識。接著，教師逐步演示代碼的編寫過程，邊寫邊解釋每一行代碼的作用和意義。例如，在演示如何生成隨機數(shù)字時，教師可向?qū)W生介紹Python的random模塊，以及randint函數(shù)的使用方法。然后，學(xué)生根據(jù)教師的演示自己動手編寫代碼。教師通過實時監(jiān)測學(xué)習(xí)進(jìn)程并進(jìn)行指導(dǎo)，及時解答學(xué)生遇到的問題。當(dāng)學(xué)生完成基本的游戲框架后，教師鼓勵他們對游戲進(jìn)行優(yōu)化和擴展，如增加計分功能、限制猜測次數(shù)等，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維和實踐能力。

當(dāng)學(xué)生完成基礎(chǔ)課程任務(wù)后，教師需要對知識點進(jìn)行總結(jié)，并帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行同類拓展與問題遷移學(xué)習(xí)。通過觀察學(xué)生的完成情況，教師能夠了解學(xué)生對課程知識點的掌握程度，同時也能讓學(xué)生學(xué)會把解決問題過程中形成的方法與思路遷移到學(xué)習(xí)與生活中與之相關(guān)問題中。

3.課程評價

指導(dǎo)學(xué)生完成作品后，教師還可以組織學(xué)生進(jìn)行作品分享。通過作品展示和分享，讓學(xué)生相互學(xué)習(xí)。在此過程中，學(xué)生不僅能夠發(fā)現(xiàn)自己作品的發(fā)光點，也能審視自己的不足。教師對學(xué)生作品的評估方式應(yīng)該多元化，評價角度應(yīng)包含項目完成情況、代碼質(zhì)量、創(chuàng)新能力、課堂表現(xiàn)等多個方面。例如，對于“猜數(shù)字游戲”項目，教師設(shè)計的評估內(nèi)容可以包括游戲是否能夠正常運行、代碼是否簡潔規(guī)范、是否實現(xiàn)了擴展功能等。隨后，教師引導(dǎo)學(xué)生將自己的程序進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化與設(shè)計，從而使學(xué)生鞏固所學(xué)知識，并實現(xiàn)知識的內(nèi)化，在此過程中，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。

四、結(jié)束語

計算思維并非只是對算法的簡單實現(xiàn)、編程技能的訓(xùn)練等技術(shù)性知識的單向灌輸，而是一個涵蓋抽象建模、問題分解的綜合性思維過程。教師在信息技術(shù)課程教學(xué)中，將游戲化教學(xué)方式和培養(yǎng)學(xué)生計算思維有效結(jié)合，通過規(guī)則設(shè)計、情境創(chuàng)設(shè)、反饋檢驗、總結(jié)提升等教學(xué)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯推理、抽象表達(dá)、算法設(shè)計、模式識別、問題解決等能力。通過將編程知識點融入游戲任務(wù)（如編程冒險、動畫創(chuàng)作等），能夠有效降低傳統(tǒng)教學(xué)中的枯燥感，有助于提升學(xué)生的課堂參與度和課堂互動頻率。面向計算思維的游戲化教學(xué)為中職編程教學(xué)帶來了全新的可能。根據(jù)中職學(xué)校學(xué)生的特點，讓學(xué)生在輕松愉快的環(huán)境中學(xué)習(xí)編程，積極參與到課堂中，能夠顯著提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在信息技術(shù)持續(xù)迭代升級的背景下，游戲化教學(xué)因其激發(fā)學(xué)習(xí)動機與培養(yǎng)計算思維的雙重優(yōu)勢，將在未來的編程教育領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。

作者單位：幸堅炬 鄧文靜 幸雁海 梅州市職業(yè)技術(shù)學(xué)校

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