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    基于APP,Inventor培养高中生计算思维教学实践

    时间：2020-11-10 15:06:46 来源：蒲公英阅读网 本文已影响人 蒲公英阅读网手机站

    相关热词搜索：教学实践 思维 培养

    　基于 r APP Inventor 培养高中生计算思维的教学实践

    　―― 以 “ 我的校服我做主一鸦板板 ” 设计与开发为例

    　一、

    　问题提出

    　1972年，图灵奖得主 Edsger Dijkstra曾说过：“我们所使用的工具影响着我们的思维方 式和思维习惯，从而也将深刻地影响我们的思维能力”。这就是著名的“工具影响思维”论。

    　计算机思维已成为人类认识世界和改造世界三大思维方式之一，它不仅仅属于计算机科学家, 包括孩子在内的每一个现代公民都要学会计算思维。

    　在中小学开设信息技术课是培养学生计算思维的重要途径，但是我们也看到当前信息 技术课程中，主要还是面向以知识传授和工具为导向的信息技术课程，在中小学信息技术的 教学中，教师主要倾向于基本操作以及软件功能的讲解，尤其是程序设计教学中，教师过于 注重语法与语句的细枝末节，往往忽视了学生思维的培养，也影响了信息技术课程对中小学 生计算思维思想的培养。

    　在最新一轮的课程改革中（讨论意见稿）将计算思维作为信息技术学科的核心素养提 出，凸显了计算思维在信息技术课程培养中的重要地位。由于信息技术其自身发展更新迅速 的特点，只有让学生掌握了思维方法，才能不受制技术的变化，以不变应万变，因此，信息 技术教育需要从“信息技术常识”转向“面向核心素养。

    　1 2 ” 二、

    　与 计算思维与 APP Inventor （一）计算思维内涵 2006 年美国卡内基•梅隆周以真教授第一次把“计算思维”作为一个明确概念提出，并 对计算思维做了如下定义：指运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计以及人类 行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。并解释为：“运用约简、转化、嵌入 以及仿真等方式方法解决问题；计算思维是一种递归思维；计算思维基于关注点分离（SOC 方法)，通过抽象和分解来完成复杂任务；计算思维是一种在最坏情况下通过纠错来实现系 统恢复的思维方法；计算思维利用启发式推理的方式来解决问题。

    　3

    　计算思维逐渐受到广泛关注，并逐步被引入到课堂教育教学屮。2011 年国际教育技术 协会(ISTE )和计算机科学教师协会(CSTA)对计算思维下了一个操作性的定义，即计算思维是一 个问题解决的过程，包括以下过程是：(1)制定问题,；(2)要符合逻辑地组织和分析数据; (3)通过抽象，如模型、仿真等，再现数据；(4)算法设计；(5)识别、分析和实施可能 的解决方案，找到最有效的方案，并且有效结合这些步骤和资源；(6)将该问题的求解过程 进行推广并移植到更广泛的问题屮 4 。

    　1 谭浩强 . 研究计算思维 ， 坚持面向应用 [J]. 计算机教育 ,2012,（21）:45-49+56 2 任友群 ， 李锋 ， 王吉庆 . 面向核心素养的信息技术课程设计与开发 [J]. 课程 . 教材 . 教法 ,2016,（07）:56-61+9. 3 王飞跃 . 从计算思维到计算文化 [fJl. 中国计算机学会通讯， 2007(3):15. 4

    　Operational Defi nition of Computational Thinking for k-12 Education [EB/OL]. http://www.iste.org/Libraries/PDFs/Operational_Definition_of_Computational_Thinking.sfl b.ashx,2012-04-15.

    　从上面的概念内涵分析看出计算思维的计算思维的本质是抽象和自动化,其核心是解决 问题所涉及的算法问题，涉及的主要思维能力是：抽象思维、算法思维、逻辑思维。

    　( (二 二) )APP Inventor 软件介绍及特点 App Inventor 是一款谷歌公司开发的安卓手机 APP 编程软件，它最初是 Google 实验室 (Google Lab)的一个子计划，由一群 Google 工程师和勇于挑战的 Google 使用者共同参与 设计完成。App Inventor于 2012年 1 月移交麻省理工学院行动学习屮心，并以 MIT App Inventor的名字公布使用。项目带头人 Harold Abelson 教授的一句话：“App Inventor编写的 应用程序或许不是很完美,但它们却是普通人都能做的，而且通常是在几分钟内就可完成。” 这很好的体现了 App Inventor的优势。App Inventor 具有如下特点：

    　(1)

    　软件使用方便。App Inventor 开发可无需安装软件，直接进行在线编程，而且定 时保存。当然也支撑离线编程，只需下载安装 Java以及 App Inventor，就可以正常进行编程 操作。

    　(2) 可视化的开发环境。APP Inventor 的界面设计与编程都是可视化的，随时呈现设计 及修改的结果，真正所见即所得的。

    　(3) 简捷化易操作。该软件开发过程主要包括界面设计与逻辑设计，界面设计主要通 过拖曳组件面板的相应组件即可，而逻辑设计不需要编写代码，该软件将组件模块模都已经 封装了代码，只需像搭积木一样将代码块拼接编程，并可直接生成 apk 应用安装文件。

    　三、APP Inventor 与计算思维培养的适切性分 析 (_) 程序设计类课程计算思维培养 程序设计类课程则是集屮体现了算法问题。因此，在程序设计类课程屮，培养学生的计 算思维能力显得尤为重要。程序设计课程在计算机及其相关专业教育教学屮是必不可少的内 容，而程序设计课程教学的许多环节都可以体现计算思维内容［29］。

    　在运用程序设计实 现阅读判断、工具利用、抽象表达、综合创造等多项技能的过程屮，抽象和自动化是其主要 的特点，而抽象和自动化也是计算思维最大的特点，即抽象思维的体现［30］。在程序设计教 学屮，不仅要让学生掌握基本的程序设计语法知识，更重要的是重视算法思维的培养 [29][31]。学生在学习程序设计课程时，通过程序调式，不断的纠错直至程序完整的过程， 也是学生纠错思维提升的过程。学生将设计好的算法运用到解决同类问题中去的过程，也是 学生逻辑思维训练的过程。

    　( (二 二) ) 信息技术中程序设计类课程在培养学生计算思维的困境 程序设计是被证明在中小学中培养计算思维的最合适平台 5 ,但在实际的程序设计教学 中学生计算思维的培养并不是如我们预期的那样，越来越多的教育工作者发现其中存在的问 题主要有以下几点：第一，中学程序设计主要是从 VB入手，这个编程软件需要一定的知识 基础，所以，教师在讲授这类课时更加重视语法知识的讲解，从而陷入语法和句法的细枝末 节中而忽视问题求解方法的讲解，在枯燥的代码学习过程中，往往容易造成学生的学习兴趣 不高的问题，丧失了编程信心。第二，程序设计课通常是老师讲解后学生上机操作，学生按 部就班的完成实验，这种教学方式更多是培养了上机操作能力而不是学生的计算思维。第 三，通常必须要整个语法写完毕，调试才知道程序的编写是否正确，学生在反复的调试，寻 找错误的过程中过程浪费大量的时间和精力，

    　 5 牟琴，谭良 . 计算思维的研究及其进展 [fJI. 计算机科学， 2011,38(3):10-15.

    　这也是导致学生对程序设计过程兴趣不高，缺 乏思维训练的重要原因。

    　( (三 三) ) APP Inventor 在培养中学生计算思维的优势 通过编写程序，让学生学会如何将抽象的问题转化为具体的容易解决的问题，从而锻炼 他们运用计算思维分析问题和解决问题的能力，这是计算思维培养的重要内容 6 ,使用 App Inventor 省去了编写枯燥的代码，更加聚焦于问题分析和实现上，这样可以更多地时间用于 关注和引导学生的思维发展。这种编程方式既培养了学生的计算思维又极大地激发学生的学 习兴趣。下面将结合 APP Inventor 的特点分析在培养计算思维的优势：

    　1、 App Inventor可视化、简捷化、易操作的编程特点提高了学生的学习兴趣 APP Inventor的界面设计与编程都是可视化的，随时呈现设计及修改的结果，而且学生编 程是并不是通过写代码，而是通过拼接积木的形式完成，软件还对模块进行了颜色和形状的 划分，简易的操作以及模块的视觉效果丰富了学生的感知，App Inventor 降低了编程难度和 枯燥感，这无疑大大提高了学生的学习兴趣。

    　2、 App Inventor程序开发过程与计算思维的融合 App Inventor 中开发软件我们首先需要进行用户的需求分析，总结出我们要开发的软 件的可实现性，在分析的过程中我们将通用原则具体到了个体事例，这是计算思维中逻辑思 维的体现。其次抽象出用 App Inventor 中可以解决的算法模型，即将这个任务抽象成用 App Inventor 语言可以实现的任务，主要包括界面设计、功能设计、用户与界面的交互设计几个 环节，这正体现了计算思维的抽象思维和算法思维。

    　3、 APP Inventor编程符合中学生的身心发展特点 中学生的思维特点主要是从具体形象思维过渡到抽象逻辑思维，APP Inventor 编程将更 多的关注点聚焦于抽象、算法、逻辑思维的过程，加之中学生的注意力保持有限，注意力保 持只有 20分钟左右，App Inventor可以在甚至在几分钟内就编写好一个 APP，这不仅有效地 提高课堂教学效率，而且更加符合学生的身心发展规律。

    　四、APP Inventor 培养计算思维的教学实践一一以 “ 我的 照片我做主一鸦板板 ” 设计 与开发

    　个案研究 兰州大学郭守超教授根据计算思维的过程以及信息技术课程教学的特点构建了基于 APP Inventor 的中小学信息技术课程学习模型（如图 1），并对该模型进行了进行了试验，验 证了模型的有效性。

    　6 郭守超，周睿，邓常梅，等 . 基于 App Inventor 和计算思维的信息技术课堂教学研究 [J]. 中国电化教育， 2014 (3): 91-96.

    　 图 1 基于 APP Inventor的中小学信息技术课程学习模型 笔者借鉴了该模型进行 APP inventor进行教学，一般会首先讲解课程的基础理论知识, 然后讲解具体问题的实现思想，下面将以“我的照片我做主一鸦板板”设计与开发为例进行 案例的阐述教学实践的过程：

    　（一）问题提出（制定问题）

    　该节课设计的根据真实情景下的问题，我校在开展“我的校园我做主”的活动，其中有 一项内容是“我的校服我主张”，引导开发一款校服设计软件，给学生看效果图（如图 2）, 激发学生的学习热情，同时帮助学生理解编程的目的是为了帮助解决现实问题，树立用计算 机解决现实问题的意识。

    　图 2 “我的校服我做主”效果图

    　（二）抽象问题描述 在提出教学要求后，引导学生进行功能需求分析，并表达所要解决的问题：如何在屏幕上 能够画线，如何变化可换画笔的颜色，调节画笔的粗细、可擦除。

    　（三）

    　简约、分解问题

    　然后引导学生把问题分解、约简为不同模块，这个例子可分成三个小问题，第一实现在 屏幕可擦、写，第二调节笔的颜色，第三控制画笔的粗细。

    　（四）

    　模块化方法 教师帮助学生分析模块，提供给学生一些脚手架，鼓励学生自主探究利用模块化方法实 现系统功能，主要指利用 App Inventor 所封装的代码模块实现系统功能，包括利用画布制作 画板、利用公式在画布上提取随机坐标实现划线、利用滑动块组件的滑块位置设置画笔大小 等。

    　（五）

    　根据代码模块获得思维方法（算法实现）

    　教师应该指导学生亲自动手，通过模块的拼接，实现思维方法。此时要注意培养学生解 决问题时的动态规划观念，教师指导并积极参与在问题解决过程中利用回溯、检错、容错以 及保护方法及时对思维方法进行改善，从而顺利解决问题，成功地把思维方法转化为所要求 解问题的正确结果。

    　（六）

    　问题迁移 在这个过程中引导学生可以通过拓展任务（例如开发增加拍照功能），也可以提出自己的 创意开发新的 APP（如手机版我的密码花园），并利用 App Inventor 对其实现。通过中小学 生对实际问题的独立解决，完成了计算思维思想的迁移应用，进一步加强了对中小学生计算 思维的培养。

    　 图 3 学习者课堂学习示意图 五、

    　总结 该教学案例选取一个和学生校园生活息息相关的真实的问题，激发学生学习兴趣，在整 个教学过程中，教师充当的角色是教学设计者、课堂组织者、学生指导者和学习促进者，学 学生基本上达成了教学目标。在这个过程中涉及了学生抽象思维、算法思维、逻辑思维和纠 错思维，通过对抽象问题的主动探究掌握了利用掌握了利用计算思维方法解决问题的能力。

    　APP inventor 能够把课堂中把更多的主动权交给学生，把程序设计课堂更加聚焦于思维的培 养。

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