面向高中生计算思维的App Inventor的应用探究

宣震

【摘要】计算思维是信息技术学科核心素养的重要组成部分，本文针对普通高中学生计算思维的培养，通过借助Google公司开发的App Inventor这一具有可视化功能的且无须记忆编程代码的移动应用开发平台工具，开发App Inventor校本课程，初步探索了在校本课程中培养学生计算思维能力的教学实践。

【关键词】计算思维;App Inventor;教育实践

2017年教育部颁布的《普通高中信息技术课程标准》指出高中信息技术学科核心素养包括以下四个方面的内容：信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任。其中计算思维是指“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。”它是通过嵌入、转化和仿真等方法，把一个看来困难的问题重新阐释成一个我们知道问题怎样解决的方法。在数据时代向我们走来的今天，教师应当要注重培养学生的计算思维，让学生创造性的思考、解决问题。

一、当前信息技术课堂教学存在的问题

笔者通过对当前教育现状的资料研究，结合自身教学实践发现，当下高中信息技术教学主要面临以下几个问题。

1.重技能，轻思维训练

在教学实践中，教师普遍将掌握计算机的基础知识和工具软件的操作技能作为课堂教学的重心，由此导致信息技术课沦为工具课，忽视了学生利用计算机解决问题的能力训练和思维训练。

2.课堂索然无趣，学生学习积极性不高

当前信息技术课堂普遍采用项目教学法，但仍有一定数量的课堂教学采取单一的任务驱动方式，导致课堂变得索然无趣，影响学生学习的积极性和创新性。

3.课时不足，学业水平测试压力大

笔者所在地区有四所普通高中，其中三所学校在高一的第一学期不开设信息技术课，高二每周两节课;另一所学校高一高二每周均为一节课。而根据2017年《普通高中信息技术课程标准》，高中阶段每周应保证至少两节课。课时的严重不足，导致每年的学业水平测试复习压力巨大。在这种情况下，教师们完成学测复习已属不易，而平时教学过程中的能力培养更是无从说起。

针对以上现状，笔者在校本课程中尝试开设App Inventor相关内容，对提升学生计算思维做了初步探究。

二、什么是App Inventor

App Inventor最初是谷歌实验室（Google Lab）自2009年开始，由麻省理工学院的Hal Abelson教授主导的一个实验项目。它的设计初衷是帮助人们在移动通信的世界里成为创造者，而不仅仅是消费者。它是一款基于浏览器，面向无编程基础的初学者的安卓应用开发软件工具。

App Inventor具有如下几个特点。

1.界面友好，操作便捷

App Inventor界面友好，功能清晰明了，不同的功能模块都用不同的形状和颜色进行区分，辨识度高，容易上手，全中文的操作界面使高中学生可以完全零门槛介入。

2.简单的开发过程

不需要关注复杂的语法结构，和初中生学习过的Scratch类似，通过一个个模块化图形化组件的拖曳来完成App开发，这使得编程零基础的高中生也能够完成开发。而且App Inventor开发周期短，可以较快得到App作品。

3.丰富的组件模块

App Inventor有不同类型的组件模块：多媒体类、传感器类，甚者有乐高机器人组件。这可以让学习者无须关心底层的技术实现细节，更容易满足学习者的应用设想，也更有利于培养计算思维。

三、为什么是用App Inventor来提升学生的计算思维

因为App Inventor是一款零基础要求的入门软件。学生在进行程序开发时，第一步想到的是要实现的功能，可以呈现给使用者什么样的界面;第二步，在界面设计完成后，就要选择组件模块;最后，选择使用哪些逻辑模块来完成整体设计。这整个开发的过程都能锻炼学生的实践能力、合作能力和动手能力。而通过长期的练习，就可以提高学生的计算思维能力。App Inventor的优势具体表现在以下几个方面。

1.在开发的过程中深刻体现计算思维

整个应用的开发过程，是先从需求分析开始，接着分析系统开发的可行性，然后设计用户界面，再进行算法的设计与编写。这一系列的设计与实现的过程无不体现出深刻的计算思维。

2.搭积木式的操作方式使得计算思维的培养没有任何障碍

学生通过拖曳鼠标可以很方便地找到所需要的组件和功能模块，轻松实现应用界面的设计。整个操作过程完全中文化，对高中生不存在认知和理解障碍，可以提升学生的学习兴趣，使得计算思维的培养没有任何障碍。

3.编程方式为计算思维的培养提供方便

据笔者在本校高一年级的调查显示，学生学习程序设计的最大障碍是晦涩难懂的程序设计语言的语法和结构。而App Inventor块状编程方式，如图1所示，使得学生不需要记忆具体的结构代码，有效保持了学生的学习兴趣，为计算思维的培养提供方便。

图1 Tank大战部分开发图

4.計算思维贯穿应用开发的整个过程

在开发过程中，学生不断地将具体问题细化，而计算思维通过不断对问题的等价转换、抽象、分解等方式来实现。

5.交流之后，进一步完善思维方法

小组交流结束后，每个小组进一步完善思维方法，修改程序，整个项目的学习示意图如图2所示。

图2 坦克大战学习示意图

四、App Inventor校本课程实施过程

App Inventor校本课程的最终目标是培养和提升学生的计算思维能力，下面以Tank大战为例，谈谈校本课程的具体实施。

1.通过情境创设，激发学生的学习兴趣

教师需要动用智慧，为学生们创设喜欢的学习情境。Tank大战游戏是学生比较熟悉的一款游戏，教师通过熟悉课例的引入，引导学生产生学习的兴趣与动力。

2.项目教学，鼓励学生大胆创新

采用项目教学法，让学生体会“做中学，学中做”的方式。首先学生根据教师提供的半成品文件完成界面设计、模块设计和逻辑设计，通过调试运行完成App源文件的开发;然后针对学有余力的同学，要求他们加入自己的设计理念，如探讨多种获胜条件等，激发学生的学习主动性和探究精神。需要解决的问题：敌方坦克如何随机出现？敌方坦克如何追踪我方坦克？如何统计生存时间？

3.小组分工合作，完成项目开发

项目小组成员分为：项目经理、界面设计师、模块设计师和应用测试员，他们要明确各自的开发任务，并且能够通过合作完成整个项目的开发，项目经理总体把握开发进度和开发文档的收集。教师作为技术总监，巡视课堂，解答各个项目小组遇到的技术问题。需要解决的问题：Player设置背景音乐，Clock控制生存时间，PointTowards追踪目标，EdgeReached判断是否到达边际。

4.项目完成后进行交流评价

项目开发完成后，由项目经理上传App源文件并在教师的手机上进行APK文件的安装，以便进行现场测试。教师与各项目小组代表按照项目评价表内容进行自评与互评。学生通过交流评价，体会了App Inventor创意编程，增强了学习的兴趣，并激勵其进一步完善自己的作品，形成创新成果。

5.交流之后，进一步完善思维方法

小组交流结束后，每个小组进一步完善思维方法，修改程序。

App Inventor校本课程在我校高一年级中展开，采用选修形式，每周一节课。在课上，由于不需要记忆复杂的语法结构，学生可以专注于计算思维的训练。通过一学期的学习，学生基本掌握了使用App Inventor进行移动终端应用开发的方法和过程，培养和提升了信息意识和解决问题的能力，促进了计算思维的提升。

【参考文献】

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