基于App Inventor 平臺的本科生計算思維課堂教學研究

曹寧

摘 要 針對學生計算思維的缺乏，以App Inventor為開發(fā)平臺，面向理工科學生，開設(shè)可視化移動開發(fā)課程。設(shè)計有針對性的教學案例，融入計算思維思想，通過項目驅(qū)動教學方式，激發(fā)學生學習興趣，培養(yǎng)學生計算思維能力。

關(guān)鍵詞 計算思維 App Inventor 移動應(yīng)用

中圖分類號：G434文獻標識碼：A

1計算思維

計算思維這一概念的提出，以2006年3月卡內(nèi)基·梅隆大學計算機科學系周以真教授在美國計算機權(quán)威期刊Communications of the ACM上發(fā)表的論文為標志。周以真教授對計算思維的定義：計算思維是指運用計算機科學的基礎(chǔ)概念進行問題求解、系統(tǒng)設(shè)計以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。

美國國際教育技術(shù)協(xié)會（ISTE）和美國計算機科學教師協(xié)會（CSTA）與來自相關(guān)教育行業(yè)的專家研究后認為，計算思維是一種解決問題的思維過程，具備但不局限于以下特征：

（1）借助計算機和其他工具幫助我們解決問題;

（2）有邏輯地組織、分析數(shù)據(jù);

（3）使用模型和仿真等抽象手段對數(shù)據(jù)進行再現(xiàn);

（4）通過算法思想實現(xiàn)對問題的自動化解決;

（5）通過識別、分析和實現(xiàn)等手段找到問題最有效的解決方案;

（6）能將以上解決問題的過程進一步推廣到其他領(lǐng)域。

通過計算思維的定義，我們發(fā)現(xiàn)，所謂的計算思維即我們利用計算機或其他工具、幫助我們實現(xiàn)對問題的分析和求解的思維過程。

2 App Inventor及特點

2.1什么是App Inventor

App Inventor是由谷歌公司開發(fā)的一款在線開放Android編程工具軟件，通過圖形化積木式的拖放組件來完成App開發(fā)。App Inventor在2012年1月移交給麻省理工學院MIT的行動學習中心接管，并由MIT發(fā)布使用，目前已經(jīng)發(fā)布了2版本。

2.2 App Inventor的特點

App Inventor從發(fā)布以來即備受關(guān)注，主要原因如下：

（1）開發(fā)環(huán)境搭建簡單。采用瀏覽器加云服務(wù)器技術(shù)模式，無需復雜的軟件安裝。

（2）開發(fā)過程簡單。界面設(shè)計和軟件行為開發(fā)都通過組件的拖放拼接完成，無需編寫代碼。

（3）功能組件模塊豐富。App Inventor內(nèi)置不同類型組件模塊，實現(xiàn)對多媒體、傳感器甚至樂高機器人的支持。

（4）方便多臺機器交叉開發(fā)。所有開發(fā)過程都存儲在云端服務(wù)器，方便開發(fā)者進行快速開發(fā)，保證了開發(fā)過程的一致性和安全性。

（5）支持實時調(diào)試。App Inventor提供了強大的調(diào)試功能，調(diào)試過程中模塊變更會同步到進行調(diào)試的手機端或模擬器中，無需重裝應(yīng)用。

3基于APP Inventor和計算思維的課堂教學

3.1基于計算思維的課程建設(shè)

為順應(yīng)新時代高等教育教學改革的潮流，筆者所在學院開設(shè)了面向本院學生的專業(yè)選修課程“可視化移動應(yīng)用開發(fā)”。課程主要面對有編程基礎(chǔ)的理工科學生，使用App Inventor可視化編程工具，通過案例引導和項目驅(qū)動教學方式，使學生掌握App Inventor平臺進行Android手機App開發(fā)方法，培養(yǎng)學生的計算思維能力。

3.2課程教學模型

通過筆者教學經(jīng)驗，信息技術(shù)類課程要想達到好的教學效果，案例或項目是必不可少的，并且，這些項目要盡可能貼近學習者的生活或足夠有趣。此外，我們選擇App Inventor平臺作為培養(yǎng)學生計算思維能力的一個切入點，正是基于其可視化模塊拼接編程的特點，讓學習者在解決問題過程中，把精力更多集中在問題本身的解決方法即算法的設(shè)計上，而編程語言本身的細節(jié)對學習者的干擾則應(yīng)盡量降低，即學習者不需要過多地考慮編程語言實現(xiàn)的細節(jié)，只要解決問題的方法得當，就能得到好的結(jié)果。

根據(jù)計算思維的特點，在可視化移動應(yīng)用開發(fā)這門課的教學中，構(gòu)建了以下教學模型。首先由教師給出問題，學生根據(jù)自己的理解，加以抽象，提出要解決的問題。進一步分析問題，確定問題的約束條件和求解目標。如果問題規(guī)模較大，需學生對問題分解，把分解后的小問題規(guī)?？刂圃诳衫斫夥秶鷥?nèi)。之后，擬定算法，設(shè)計程序流程并重審問題，確定方案合理性。結(jié)合App Inventor的特點，進行可視化編程。最后，驗證編程結(jié)果，進行小組討論實現(xiàn)應(yīng)用的遷移。

3.3教學實踐效果

教學中，教師設(shè)置6個小型項目，期末考核設(shè)置一道開放性題目。平時學習環(huán)節(jié)，學生相互討論，編程部分由學生獨立完成。通過實踐看，學生的課程參與度為100%，即每名學生都主動投入到課程的學習中。學生普遍反映，App Inventor相較其他編程類語言，語法細節(jié)少，但功能強大，非常適合進行計算思維的培養(yǎng)，并且是一種很適合進行快速開發(fā)的語言。

4結(jié)論

在信息技術(shù)和計算思維普及的背景下，很多中小學已經(jīng)開始使用App Inventor進行教學工作，但國內(nèi)很多高校對這部分的研究工作還處于起步階段。通過本單位開設(shè)的“可視化移動應(yīng)用開發(fā)”選修課程，對基于App Inventor和計算思維的信息類課程的教學工作進行了一定探索，教學效果令人滿意。我們可進一步調(diào)整課程結(jié)構(gòu)，把這門課設(shè)置為理工科學生接觸的第一門程序設(shè)計類課程，或開放為面向全校所有專業(yè)學生的一門公共選修課，勢必對啟蒙學生的計算思維起到重要作用。

基金項目：河北省人口健康信息化工程技術(shù)研究中心2016年度教改課題“基于APP INVENTOR平臺的本科生計算思維教學研究”，編號201603。

參考文獻

[1] Wing，J.M. Computational thinking[J].Communications of the ACM，2006，49（03）： 33-35.

[2] 寧可為，楊曉霞.基于App Inventor的初中計算思維培養(yǎng)實證研究[J].課程教材教法，2018，38（02）.