摘 要：計(jì)算思維是編程解決問(wèn)題的基本思維方式。APP Inventor是一款可視化的編程工具，其積木式的程序代碼編寫(xiě)方式，簡(jiǎn)單、易用，能更好地將解決問(wèn)題的算法描述轉(zhuǎn)化為程序語(yǔ)言，實(shí)現(xiàn)編程。在教學(xué)實(shí)踐中，開(kāi)展基于APP Inventor的編程教學(xué)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：APP Inventor 算法 計(jì)算思維

普通高中信息技術(shù)課程的總目標(biāo)是提升學(xué)生的信息素養(yǎng)，包括信息意識(shí)、信息道德和信息知識(shí)。要求學(xué)生在完成學(xué)習(xí)后，掌握利用信息技術(shù)解決日常生活和學(xué)習(xí)中的實(shí)際問(wèn)題的能力；形成與信息化社會(huì)相適應(yīng)的價(jià)值觀，健康安全地使用信息技術(shù)。其中，編程是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)加工信息解決實(shí)際問(wèn)題的重要方式。編程解決問(wèn)題的核心是算法，而算法設(shè)計(jì)最基本的思維方式是計(jì)算思維。計(jì)算思維是每個(gè)人的基本技能，是人與計(jì)算機(jī)共通的思維形式，是決定能否有效解決問(wèn)題的重要因素。無(wú)論是必修模塊還是選修模塊的編程教學(xué)，都必須把培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力作為核心的教學(xué)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生使用算法描述解決問(wèn)題的方法和步驟，并選擇合適的程序語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，解決問(wèn)題。APP Inventor是由Google公司設(shè)計(jì)和推出的一種免費(fèi)的Android編程工具，其可視化的設(shè)計(jì)界面和積木式的代碼編寫(xiě)方式，簡(jiǎn)單、有趣、易用。在實(shí)踐教學(xué)中，筆者嘗試使用APP Inventor進(jìn)行編程教學(xué)，探究高中生計(jì)算思維的培養(yǎng)策略。[1]

一、APP Inventor及其優(yōu)點(diǎn)

在普通高中信息技術(shù)課程必修模塊和選修模塊的編程教學(xué)中都是選用Visual Basic 6.0（簡(jiǎn)稱(chēng)VB 6.0）作為程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的，而筆者則嘗試使用APP Inventor進(jìn)行教學(xué)。APP Inventor和VB 6.0都是可視化的編程工具，都能反映當(dāng)今程序設(shè)計(jì)的思想和方法，但APP Inventor有著區(qū)別于VB 6.0的優(yōu)點(diǎn)：1、APP Inventor是一種開(kāi)源的Android移動(dòng)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)工具，設(shè)計(jì)的程序能直接安裝、應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備中，如手機(jī)，在移動(dòng)通信與信息技術(shù)高度結(jié)合、高速發(fā)展的當(dāng)今社會(huì)有著無(wú)可替代的優(yōu)勢(shì)和吸引力；2、APP Inventor程序代碼編寫(xiě)可以使用積木式的堆疊法對(duì)代碼模塊進(jìn)行拼裝來(lái)完成，簡(jiǎn)單易用，不需要太多的編程知識(shí)就能完成；3、APP Inventor有豐富的、功能強(qiáng)大的組件模塊，如多媒體類(lèi)、傳感器類(lèi)、社交應(yīng)用類(lèi)等組件，學(xué)生能較為輕松地編寫(xiě)出實(shí)用、有趣的手機(jī)程序，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效率；4、程序調(diào)試簡(jiǎn)單，可使用模擬器或手機(jī)進(jìn)行調(diào)試，無(wú)需搭建復(fù)雜的硬件環(huán)境。[2]

二、計(jì)算思維

計(jì)算思維（Computational Thinking）是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問(wèn)題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、以及人類(lèi)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)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，當(dāng)提出問(wèn)題時(shí)，首先定義問(wèn)題的內(nèi)涵，然后利用計(jì)算的思路解決問(wèn)題的方法就是計(jì)算思維。編程解決問(wèn)題的核心是算法，它是解題方案準(zhǔn)確而完整的描述，是一系列解決問(wèn)題的清晰指令。算法中的指令描述的是一個(gè)計(jì)算。這個(gè)計(jì)算的合理性、有效性決定了問(wèn)題解決的成敗，這需要學(xué)生具有清晰的、正確的、高效的計(jì)算思維。因此，在編程教學(xué)中，必須把培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力作為核心的教學(xué)任務(wù)。

三、基于App Inventor的高中生計(jì)算思維培養(yǎng)策略

在使用App Inventor進(jìn)行編程教學(xué)前，筆者讓學(xué)生完成了一份調(diào)查問(wèn)卷，結(jié)果顯示，學(xué)生的編程基礎(chǔ)較差，且普遍認(rèn)為編程很難和無(wú)趣。但他們對(duì)手機(jī)應(yīng)用程序很感興趣，98%的學(xué)生表示想了解手機(jī)程序的設(shè)計(jì)過(guò)程，并希望能開(kāi)發(fā)一個(gè)屬于自己的手機(jī)程序。使用App Inventor進(jìn)行編程教學(xué)是學(xué)生感興趣的、認(rèn)可的。筆者在實(shí)踐教學(xué)中，以培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維和創(chuàng)新能力為目標(biāo)，不斷反思、改進(jìn)，形成以下四點(diǎn)策略。

1.搭建App Inventor教學(xué)環(huán)境

筆者使用的是由麻省理工學(xué)院（MIT）聯(lián)合廣州市教育信息中心、華南理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院部署的國(guó)內(nèi)唯一的App Inventor官方服務(wù)器（http：//app.gzjkw.net）。它的優(yōu)點(diǎn)是：（1）操作簡(jiǎn)單。連上因特網(wǎng)，打開(kāi)瀏覽器，訪問(wèn)服務(wù)器，使用QQ賬號(hào)，或是注冊(cè)一個(gè)賬號(hào)登錄，就能在線開(kāi)發(fā)程序。（2）更新及時(shí)。由于是官方服務(wù)器，所以避免了離線版不能及時(shí)更新組件和代碼模塊的尷尬。（3）教學(xué)延續(xù)性好。程序開(kāi)發(fā)過(guò)程，項(xiàng)目?jī)?nèi)容會(huì)自動(dòng)保存在服務(wù)器中，學(xué)生不需要擔(dān)心數(shù)據(jù)丟失，沒(méi)完成的部分可以回家或者在下一課時(shí)繼續(xù)完成。（4）設(shè)計(jì)人性化。App Inventor官方服務(wù)器可以切換多種語(yǔ)言顯示，如英文、簡(jiǎn)體中文、繁體中文等，方便不同使用者。此外，還提供多樣的調(diào)試方式，可以使用AI伴侶、模擬器，或是連接USB設(shè)備調(diào)試，也可以通過(guò)打包apk下載到計(jì)算機(jī)中，或是生成二維碼，使用手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備掃描下載、安裝調(diào)試。筆者建議如條件允許，程序的調(diào)試最好使用手機(jī)。每個(gè)小組放置1-2臺(tái)連上wifi的Android手機(jī)，學(xué)生測(cè)試時(shí)通過(guò)掃描二維碼，將程序的apk文件下載到手機(jī)中并安裝，運(yùn)行測(cè)試。使用手機(jī)調(diào)試的優(yōu)點(diǎn)是能真實(shí)地看到、感受到程序在手機(jī)中的運(yùn)行狀態(tài)，特別是開(kāi)發(fā)傳感器類(lèi)程序，這是模擬器無(wú)法做到的。[3]

2.精選教學(xué)案例

雖然學(xué)生對(duì)手機(jī)編程很感興趣，但在情感上他們還是會(huì)覺(jué)得編程很難，所以教學(xué)案例的選擇很重要。從課程編排上，教學(xué)例子滲透編程知識(shí)要由淺到深、循序漸進(jìn)，同時(shí)注意任務(wù)的分層設(shè)置，照顧不同層次的學(xué)生。此外，例子要有足夠的吸引力，多從學(xué)生生活、學(xué)習(xí)上可能遇到的實(shí)際問(wèn)題中尋找實(shí)用、有趣的內(nèi)容。同時(shí)，由于App Inventor是針對(duì)Android的編程工具，設(shè)計(jì)的程序能直接在手機(jī)上安裝、運(yùn)行，所以，選擇例子時(shí)要多考慮學(xué)生使用手機(jī)的習(xí)慣和興趣，嘗試調(diào)用手機(jī)的各種傳感器和多媒體部件，并提供多樣的音頻、圖像等素材讓學(xué)生自由選擇和搭配，讓程序有“聲”有“色”。如教學(xué)第一課，筆者提供多套“小黃人”（近兩年很火熱的一個(gè)電影卡通人物）的音頻和圖像素材，讓學(xué)生完成一個(gè)最簡(jiǎn)單的程序——點(diǎn)擊按鈕，出現(xiàn)圖像和聲音。學(xué)生充分發(fā)揮了他們的個(gè)性化設(shè)計(jì)，“小黃人”不同的搞笑聲在機(jī)房?jī)?nèi)此起彼落，同時(shí)伴隨著學(xué)生的笑聲。又如，介紹條件判斷時(shí)，結(jié)合方向傳感器，完成了“硬幣消失”的小魔術(shù)；講授選擇結(jié)構(gòu)和數(shù)值運(yùn)算時(shí)，設(shè)計(jì)了一個(gè)手機(jī)用計(jì)步器程序，等等。這些實(shí)用、有趣的程序例子能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情，有利于學(xué)生的計(jì)算思維和創(chuàng)新能力的發(fā)展。[4]endprint

3.算法描述與設(shè)計(jì)

以計(jì)算的思路設(shè)計(jì)正確的解題方案是編程解決問(wèn)題的重要途徑，這需要提高學(xué)生算法描述與設(shè)計(jì)的能力。算法描述有多種表達(dá)方法，常用的有自然語(yǔ)言、流程圖和偽代碼等描述。自然語(yǔ)言描述算法最符合人的表達(dá)習(xí)慣，是最容易理解的，但在描述分支和多重循環(huán)等復(fù)雜算法時(shí)容易出現(xiàn)錯(cuò)誤。流程圖描述算法形象、直觀，有利于分析復(fù)雜的算法，保證代碼編寫(xiě)的正確性。偽代碼是介于自然語(yǔ)言和計(jì)算機(jī)程序語(yǔ)言之間的一種算法描述，它的特點(diǎn)是簡(jiǎn)潔、易懂、便于修改，也容易轉(zhuǎn)化為程序語(yǔ)言代碼。高中學(xué)生已經(jīng)能用較為完整和流暢的語(yǔ)言分析問(wèn)題，描述解決問(wèn)題的過(guò)程和關(guān)鍵點(diǎn)，所以，App Inventor編程教學(xué)初期，首選使用自然語(yǔ)言描述。然后，當(dāng)遇到使用自然語(yǔ)言無(wú)法描述清晰的問(wèn)題時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生使用流程圖或偽代碼進(jìn)行描述。App Inventor的程序代碼根據(jù)不同的功能分成不同顏色、不同形狀的積木塊，不符合編程語(yǔ)法的積木之間會(huì)自動(dòng)排斥，不能拼裝。所以，學(xué)生根據(jù)算法描述，不需要太多的編程知識(shí)就能完成程序的代碼編寫(xiě)。在實(shí)踐教學(xué)中，筆者嘗試將代碼模塊通過(guò)圖像處理工具生成各種積木拼圖，學(xué)生選擇和使用這些積木拼圖結(jié)合文字表述組成另類(lèi)的流程圖來(lái)描述算法。描述完成后，學(xué)生很容易就能在App Inventor的邏輯設(shè)計(jì)中拼裝出正確的程序代碼，完成程序。算法方法也有很多種，與計(jì)算有關(guān)的包括窮舉法、遞歸法、遞推法等。算法描述和設(shè)計(jì)中的每一種策略作為問(wèn)題求解方法，都具有明顯的計(jì)算思維特征。因此，算法描述和設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)過(guò)程就是培養(yǎng)計(jì)算思維的過(guò)程。

4.評(píng)價(jià)多元化

評(píng)價(jià)具有激勵(lì)學(xué)生自信、調(diào)整學(xué)習(xí)進(jìn)度、改進(jìn)教學(xué)方法、診斷學(xué)習(xí)效果等功能。在App Inventor編程教學(xué)中要以多個(gè)角度、多種方法進(jìn)行學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)。編程是以解決實(shí)際問(wèn)題為目的的，這是評(píng)價(jià)的重要標(biāo)準(zhǔn)。而在解決問(wèn)題的過(guò)程中，要對(duì)算法的正確性、可讀性、時(shí)間復(fù)雜度、空間復(fù)雜度等進(jìn)行評(píng)價(jià)。App Inventor是用于開(kāi)發(fā)Android移動(dòng)應(yīng)用程序的，所以，也要評(píng)價(jià)程序的用戶(hù)界面和功能設(shè)置等是否符合人們使用移動(dòng)設(shè)備的習(xí)慣。此外，開(kāi)展自評(píng)、教師評(píng)、小組評(píng)等多方評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)時(shí)，既要看編程作品的完成度和創(chuàng)新性，也要看學(xué)生在程序設(shè)計(jì)過(guò)程中的情感態(tài)度、合作精神、學(xué)習(xí)習(xí)慣等。多元化評(píng)價(jià)能營(yíng)造一種熱烈而又輕松和諧的學(xué)習(xí)氣氛，有利于促進(jìn)學(xué)生的全面發(fā)展。

App Inventor編程教學(xué)，其可視化的設(shè)計(jì)界面和積木式的代碼編寫(xiě)方式，以及多樣的調(diào)用手機(jī)多媒體和傳感器的程序例子，讓程序設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單、有趣。編程解決問(wèn)題的過(guò)程，學(xué)生掌握了算法描述和設(shè)計(jì)的方法，培養(yǎng)和提升了計(jì)算思維能力。

參考文獻(xiàn)

[1]李藝.信息技術(shù)基礎(chǔ)（必修）[M].北京：教育科學(xué)出版社，2004.

[2]李藝.算法與程序設(shè)計(jì)（選修）[M].北京：教育科學(xué)出版社，2004.

[3]Jeannette M. Wing.Computational Thinking[J]. Communications of the ACM，2006

[4]馮巨恒.基于計(jì)算思維的App Inventor教學(xué)實(shí)踐[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2015（10）：77-80.

作者簡(jiǎn)介

曾紹華（1980.6—）， 性別：男，民族：漢，籍貫（精確到市）：廣東省廣州市，當(dāng)前職務(wù)：教師，當(dāng)前職稱(chēng)：中教一級(jí)，學(xué)歷：本科，研究方向： 信息技術(shù)教學(xué)。endprint