计算思维培养为核心的中职信息编程课程游戏化学习探究与实践

2020年教育部颁布的《中等职业学校信息技术课程标准（2020版）》中指出，中等职业学校信息技术课程学科核心素养主要包括信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任四个方面。APPInventor是一款在线、开放编程软件，有简单易懂的编辑界面、快速上手的操作方式，能够为使用者提供方便快捷的编程操作环境。在国外，很多学校都选择APPInventor作为编程入门软件，提高学生的计算思维，在国内APPInventor也逐步被纳入各学段的教学内容体系，赋予培养学生计算思维的重任。一、中职信息编程课程的难点（一）教学模式单一化中职学生的基础薄弱，与编程相关的数学能力和逻辑能力较弱尤其突出，传统的“以教师为中心”的注入式教学法，教学模式单一化，只注重软件的操作，学生更多是被动地接受知识，缺乏变通，学生不易接受课程内容，学习积极性不高。（二）教学内容枯燥乏味学生对编程具有一定的抵触心理，如C语言等高级程序设计语言，语法抽象，生涩难懂，要掌握大量的基础知识。在学习过程中学生比较难理解，还没掌握，就对编程逐步丧失了兴趣，学习效果也不理想。（三）核心素养关注低在传统中职信息编程课程中，教材的很多内容相对陈旧，情境没有很好地贴近实际生活，教师用知识灌输式地讲解书本的内容，学生参与度不高，学生更多单纯地停留在编程这个层面，问题解决意识较弱，限制了学生核心素养的培养。针对以上问题，提出了計算思维培养为核心的中职信息编程课程游戏化学习，以学生为主体，通过游戏化学习，为学习者提供沉浸式、体验式、协作式的学习环境，激发学习动机、提高学习参与度，让学生能够在轻松愉快的环境下促进学生的学习，促进计算思维的发展。二、计算思维游戏化学习教学的构建（一）计算思维与游戏化学习的理论基础计算思维是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（Wing，2006）。游戏化学习将游戏特有的动机、兴趣、挑战、反馈等特性应用到学习中，从而激发中职学生的内在动力和参与热情，有效达成学习目标。中职信息编程教学中计算思维培养的理想方式是寓教于乐，在学生学习过程中注重趣味性，克服教学过程中的枯燥乏味，提升学生参与编程学习的积极性，并激发学生学习编程的热情。在教学中，将培养学生计算思维这个目标渗透在每个学习内容和学习活动的设计中，让学生在轻松的学习氛围下有所收获。游戏化学习寓教于乐的理念能够激发学生在编程学习中的学习兴趣，同时游戏化学习丰富的活动设计可以为计算思维培养提供有力的支撑，实现培养计算思维的目的。（二）计算思维培养的游戏化学习模式构建根据上述分析，通过融入游戏化学习设计和计算思维中计算概念、计算实践、计算观念的三维目标，构建了游戏学习视角的APPInventor图形化编程教学设计模式，如图1所示。1.课前分析课前分析是整个教学中必不可少的一步，为整个学习过程做铺垫。在这一环节，先分析教学内容，再根据教学内容，选用相对应的游戏化教学方法，结合学生日常生活的实际应用，兼顾趣味性确定程序，提高学生学习兴趣。同时，明确教学目标，在编程项目设计中融入游戏化，借助APPInventor直观的图形化编程，实现培养学生计算思维的目的。在此环节中，还要加强对学生的全面了解，做好学情分析，根据学生的特点，设计出具有挑战性、有竞争性的游戏，达到提升学生知识水平和端正学习态度的目的。2.课堂过程课堂过程环节中，以学生为主体，发挥教师引导、协调作用。在游戏活动准备阶段，通过游戏情境创设，激发学生的兴趣，让学生以游戏化方式进入学习，在此之下呈现项目主题，引导学生将整体项目拆分成一个个小任务执行，利用思维导图辅助思考，梳理解决思路。在游戏活动过程阶段，教师准备好所需知识点和教学资源，设置积分可以兑换通关道具的形式，让学生在达到某项学习目标时获得奖励积分，不断激发学生自主学习的积极性。同时，教师基于游戏设计策略，组成不同难度的关卡任务，让小组合作闯关，在游戏化学习中体验角色扮演，赢得知识与能力。在游戏活动结果阶段，教师引导学生积极展示，小组分享在游戏学习中的体会和收获，加强表达、交流和反思能力的培养，完成小组内部评估和组间评估，提出改进建议，促进教学质量提升。3.课后评价根据设定的计算思维中计算概念、计算实践、计算观念的三维教学目标，在游戏化项目评价上，体现与信息技术学中的三维目标相对应。计算概念相对应于知识与技能目标，评价学生对基本知识、基本概念的理解和掌握情况。计算实践相对应于过程与方法目标，分析学生在实践中的行为，评价学生对所学知识的实际应用情况。计算观念相对应于情感态度与价值观念目标，重点在于评估学生学习行为中的学习态度和情感。三、计算思维游戏化学习教学的实践（一）实践对象本次教学实践对象为我校2021级物联网应用专业1班的49位学生。为了更好地进行实验研究，在开展教学实践前，对学生进行了问卷前测，从计算思维的计算概念、计算实践、计算观念三个维度了解目前学生的学习情况，如表1所示。问题维度问题内容前测得分（均值）计算概念理解数字、字符类型（10分）2.4理解运算、逻辑符（10分）2.1理解条件、循环、分支结构（10分）1.6计算实践能在编程中不断实践达到目标（10分）1.7能调试程序中的问题（10分）1.2能解释和交流编程作品（10分）0.9计算观念喜欢通过编程表达自己（10分）0.8热衷于学习编程知识（10分）3.2编程与生活息息相关（10分）2.2反思编程中学到的知识（10分）0.4调查表明，学生对计算概念的掌握并不清晰，对一些概念的理解存在问题，还要进行有效学习和强化；学生在实际应用中实践水平有所欠缺，计算实践能力上有很大提升空间；学生对用编程创作的积极性和热情不高，更多的是处于被动接受状态，学习反思意识不够。（二）实践工具与方法本次教学实践通过调查问卷和面对面访谈来得到学生在计算概念、计算实践、计算观念等方面的情况。在学期初，摸底学生计算思维的现状。学期期间，引入计算思维为核心的中职信息编程课程游戏化学习。在学期末，全面调查学生游戏化学习满意度和计算思维的计算概念、计算实践、计算观念等的变化，随机抽样部分学生，得到学生在接受计算思维为核心的中职信息编程课程游戏化学习教学后的满意度、想法与建议。（三）实践过程在教学实践中开展计算思维为核心的中职信息编程课程游戏化学习，在游戏化学习的各个环节设置游戏化元素，以学生为主体，开展教学活动。现以“APPInventor图形化编程”课程的《猜数游戏》为例，教学案例如表2所示。（四）实践结果分析如表3所示，实施计算思维培养中职编程课程游戏化学习教学后，学生在计算思维的计算概念、计算实践、计算观念上都显著提升。随机抽样10位学生对游戏化学习的满意度进行调查，和计算思维能力后测成绩进行相关分析，如图2所示，发现游戏化学习满意度和计算思维能力后测成绩之间存在较强的正相关性。可以得到，学生对游戏化学习的满意度是促进计算思维能力提升的重要原因。同时，对3位学生随机访谈，学生都非常认可计算思维培养中职编程课程游戏化学习教学，觉得课程学习充满趣味性，在学习中获取积分、道具很有吸引力，在小组合作中角色扮演等也带来了不一样的体验，在直观的排行榜下产生了非常强的竞争学习意识，促使学生不断探索学习，从而不断提高计算思维能力。四、结语基于计算思维的计算概念、计算实践和计算观念的三维目标，将游戏化学习机制设计于“APPInventor图形化编程”教学中，有效的游戏化元素融入创设游戏情境、引出