以游戲化體驗(yàn)開啟計(jì)算思維之門的教學(xué)策略與實(shí)踐

【摘要】本課例以游戲化體驗(yàn)為教學(xué)策略，通過創(chuàng)設(shè)游戲化問題情境，讓學(xué)生進(jìn)行角色扮演和沉浸式體驗(yàn)，強(qiáng)化原理運(yùn)用，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生在參與游戲體驗(yàn)的過程中體會算法在解決實(shí)際問題過程中的作用，領(lǐng)會算法的教育價(jià)值，并學(xué)會用流程圖來準(zhǔn)確表述算法?！娟P(guān)鍵詞】游戲化；體驗(yàn)；算法；計(jì)算思維；核心素養(yǎng)《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》指出，義務(wù)教育信息科技課程具有基礎(chǔ)性、實(shí)踐性和綜合性等特征，倡導(dǎo)真實(shí)性學(xué)習(xí)；要求教師創(chuàng)新教學(xué)方式，創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，以真實(shí)問題或項(xiàng)目驅(qū)動，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷原理運(yùn)用過程、計(jì)算思維過程和數(shù)字化工具應(yīng)用過程；鼓勵學(xué)生“做中學(xué)”“用中學(xué)”“創(chuàng)中學(xué)”，構(gòu)建學(xué)科知識體系，提升問題解決能力，發(fā)展核心素養(yǎng)。游戲化教學(xué)體驗(yàn)具有趣味性、挑戰(zhàn)性、體驗(yàn)性和交互性等特征，非常適合低齡學(xué)生。通過設(shè)置與學(xué)習(xí)主題緊密相關(guān)的趣味性游戲，可以充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機(jī)，培養(yǎng)解決問題的能力。本文以此為主要策略開展教學(xué)。遵循新課標(biāo)精神，創(chuàng)新教學(xué)形式本課例以算法和流程圖為知識主線，通過創(chuàng)設(shè)游戲化的問題情境，讓學(xué)生在參與游戲體驗(yàn)的過程中體會算法在解決實(shí)際問題過程中的作用，領(lǐng)會算法的價(jià)值，并學(xué)會用流程圖來準(zhǔn)確表述算法。在問題解決的過程中，開展小組合作探究性學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會將復(fù)雜問題細(xì)化分解成多個(gè)子問題并逐一解決，最終實(shí)現(xiàn)整體問題解決。讓學(xué)生經(jīng)歷問題解決的一般過程，感知計(jì)算機(jī)解決問題的思想方法與數(shù)學(xué)中解決問題的思想方法的異同。尊重學(xué)生認(rèn)知，創(chuàng)設(shè)問題情境本課選自華中師范大學(xué)出版社《信息技術(shù)》（七年級）第四章第二節(jié)，內(nèi)容為“算法與流程圖”，本課例主要學(xué)習(xí)算法和流程圖的相關(guān)知識，教學(xué)對象為初中七年級學(xué)生，他們通過前期對信息技術(shù)基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)和在現(xiàn)實(shí)社會中的生活體驗(yàn)，對信息、數(shù)據(jù)、程序等概念有了基本認(rèn)識，能利用計(jì)算機(jī)解決生活或?qū)W習(xí)中的一些簡單問題，但對于程序設(shè)計(jì)的核心思想和算法概念還未形成深刻理解和宏觀認(rèn)識。學(xué)生能夠在教師創(chuàng)設(shè)的游戲化問題情境中，設(shè)計(jì)算法，繪制流程圖，最終形成解決問題的方案。明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，優(yōu)化教學(xué)策略學(xué)生對程序設(shè)計(jì)的一些概念性、基礎(chǔ)性知識的學(xué)習(xí)往往會感到比較枯燥且難于理解，本案例始終以游戲化體驗(yàn)為主要教學(xué)策略，精心設(shè)計(jì)游戲案例情境。將學(xué)習(xí)任務(wù)有效融合到游戲案例中，引導(dǎo)學(xué)生在游戲體驗(yàn)中感知原理、總結(jié)方法、學(xué)習(xí)知識，將學(xué)習(xí)活動逐步深入，有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，將抽象概念具體化，幫助學(xué)生形象直觀地理解程序、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法的基本概念。通過創(chuàng)設(shè)可操作模擬的游戲情境，以任務(wù)驅(qū)動的方式推動教學(xué)環(huán)節(jié)層層遞進(jìn)，引導(dǎo)學(xué)生開展自主、合作、探究性學(xué)習(xí)，體驗(yàn)問題解決的成就感，激發(fā)強(qiáng)烈求知欲，養(yǎng)成主動思考問題的學(xué)習(xí)習(xí)慣，培養(yǎng)科學(xué)精神，增強(qiáng)合作與交流意識，最終達(dá)到素養(yǎng)提升的目的。關(guān)注學(xué)科特點(diǎn)，注重思維訓(xùn)練1.巧用游戲激活課堂，藝術(shù)表演引出問題教師借助多媒體，拋出“農(nóng)夫帶狼、羊、菜過河”的游戲情境，并提出“同學(xué)們，我遇到了一個(gè)難題：要帶著我的狼、羊、菜過河。只有一條小船，每次乘船時(shí)只能帶一樣?xùn)|西。我在時(shí)，三樣?xùn)|西相安無事；一旦我不再，狼會吃羊，羊會吃菜。你們能幫我想一想該如何過河嗎？”通過這個(gè)問題引導(dǎo)學(xué)生積極思考，并進(jìn)行小組討論。在完成小組討論后，邀請兩個(gè)小組的同學(xué)進(jìn)行游戲展示，分別扮演農(nóng)夫、狼、羊和菜的角色，向同學(xué)們演示不同的過河方案，同時(shí)，讓其他學(xué)生對兩組同學(xué)的過河方案進(jìn)行評價(jià)。學(xué)生積極主動思考問題，形成解決問題的最佳方案，并以角色扮演的形式形象直觀地展示“農(nóng)夫帶狼、羊、菜過河”問題的解決過程，真實(shí)體驗(yàn)算法的實(shí)施流程，從而自然引出“算法和流程圖”相關(guān)內(nèi)容，進(jìn)而總結(jié)出幫助農(nóng)夫解決問題的過程中所用到的思想方法，即問題解決的算法，所實(shí)施的步驟就是算法的操作流程。2.活用案例鞏固概念，歸納總結(jié)建構(gòu)新知在學(xué)習(xí)算法和流程圖的概念之前，必須先讓學(xué)生了解與之相關(guān)的基本概念。（1）程序基于學(xué)生既有的知識儲備和生活經(jīng)驗(yàn)，教師通過列舉現(xiàn)實(shí)生活中與學(xué)生生活緊密相關(guān)的程序應(yīng)用。例如，全自動洗衣機(jī)的自動洗衣程序、掃地機(jī)器人的自動掃拖程序、空調(diào)的定時(shí)恒溫程序及學(xué)生上學(xué)時(shí)的報(bào)名程序、辦理身份證業(yè)務(wù)的操作程序、出門旅游時(shí)的購票程序等，讓學(xué)生感知程序在生活中無處不在，明白有目的地解決一個(gè)問題的完整過程和步驟就是一個(gè)程序，進(jìn)而理解計(jì)算機(jī)程序的基本概念，引出“計(jì)算機(jī)程序=數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)+算法”的概念特征。（2）算法教師繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生分析“農(nóng)夫帶狼、羊、菜過河”案例。農(nóng)夫、狼、羊、菜這四個(gè)角色就是這個(gè)程序中的數(shù)據(jù)，他們各自所具備的特征就是對程序中數(shù)據(jù)的描述，而他們之間存在狼、羊、菜三者的食物鏈關(guān)系，即狼吃羊、羊吃菜就是程序中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)?；诰唧w問題情境和規(guī)則對程序控制結(jié)構(gòu)的描述就是解決問題的算法，即完成一個(gè)任務(wù)所需要的具體步驟和方法。在“農(nóng)夫過河”案例中，農(nóng)夫先做什么、后做什么的實(shí)施步驟就是算法。通過案例引入，將抽象概念具象化。（3）算法描述教師讓學(xué)生嘗試用自然語言描述解決“農(nóng)夫過河”問題的算法，并討論其優(yōu)缺點(diǎn)。緊接著，教師采用逐步推進(jìn)的教學(xué)策略，引出算法流程圖的基本概念，向同學(xué)們介紹常用流程圖的圖形符號及其意義，并讓學(xué)生進(jìn)行小組討論，繪制“農(nóng)夫過河”的算法流程圖（圖1），選定兩個(gè)小組代表通過無線投屏的方式向全班展示所繪制的流程圖，教師進(jìn)行點(diǎn)評和總結(jié)。以特定符號并加上必要的文字說明來表示程序的實(shí)施流程，讓算法更加直觀形象、邏輯結(jié)構(gòu)明顯。通過兩種算法描述方式的對比，讓學(xué)生更為直觀地感受到用流程圖描述算法更加簡便和快捷，在運(yùn)用計(jì)算機(jī)程序解決問題的過程中，更多的是用流程圖描述算法。3.任務(wù)驅(qū)動活躍課堂，小組合作發(fā)展思維（1）抽象問題繼續(xù)以游戲體驗(yàn)和角色扮演的方式分組進(jìn)行探索和實(shí)踐，完成既定學(xué)習(xí)任務(wù)。以“猜數(shù)字”游戲?yàn)閱栴}情境，讓所有學(xué)生都能深度參與到課堂教學(xué)活動中，設(shè)定每6名同學(xué)為一小組，將全班分成8個(gè)學(xué)習(xí)小組，并對小組進(jìn)行編號，每相鄰的兩個(gè)小組組成一個(gè)競猜對手，開展小組間猜數(shù)字游戲競猜活動。A組隨機(jī)確定一個(gè)1至10的整數(shù)，讓B組的同學(xué)猜數(shù)，B組隨機(jī)確定一個(gè)1至10的整數(shù)，讓A組的同學(xué)猜數(shù)，并約定最多只能猜5次，一次性猜中計(jì)5分，兩次猜中的計(jì)4分，三次猜中的計(jì)3分，四次猜中的計(jì)2分，五次猜中的記1分，沒有猜中的記0分，在一輪游戲結(jié)束后，進(jìn)行小組得分公示。通過競猜游戲，進(jìn)一步活躍課堂氛圍，提升學(xué)生課堂參與度，明確問題解決的一般過程，學(xué)會對復(fù)雜問題進(jìn)行抽象和分解。（2）設(shè)計(jì)算法在游戲結(jié)束后，讓學(xué)生結(jié)合游戲體驗(yàn)的過程，歸納“猜數(shù)字”游戲問題解決的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和步驟，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)目標(biāo)任務(wù)和問題特征，歸納運(yùn)用計(jì)算機(jī)解決問題的一般步驟，總結(jié)算法規(guī)律，開展合作探究，用自然語言描述解決“猜數(shù)字”游戲的算法過程，并畫出正確的算法流程圖（圖2）。通過創(chuàng)設(shè)游戲化的問題情境，以任務(wù)驅(qū)動的方式，充分調(diào)動學(xué)生的已知，將學(xué)科知識和思維過程融入游戲活動和學(xué)習(xí)任務(wù)中，進(jìn)一步強(qiáng)化知識的應(yīng)用。在教學(xué)中始終以小組合作的形式，引導(dǎo)學(xué)生深入思考問題，進(jìn)行原理認(rèn)知和過程體驗(yàn)，開展自主探究，從而在完成目標(biāo)任務(wù)的過程中，促進(jìn)思維能力提升，達(dá)到發(fā)展計(jì)算思維的目的。4.展示交流多元評價(jià)，拓展延伸提升素養(yǎng)教師結(jié)合各學(xué)習(xí)小組展示的“猜數(shù)字”游戲的具體算法和繪制流程圖的過程，做必要點(diǎn)評和總結(jié)。通過交流展示培養(yǎng)學(xué)生的語言表達(dá)和溝通能力，提升邏輯思維能力，強(qiáng)化對學(xué)生學(xué)習(xí)掌握情況的過程性評價(jià)和正向激勵，對部分存在知識掌握不牢固、算法思維能力提升不明顯的學(xué)生及時(shí)進(jìn)行差異化輔導(dǎo)。最后，師生共同總結(jié)和回顧本堂課的教學(xué)內(nèi)容，通過設(shè)計(jì)的兩個(gè)游戲化課堂教學(xué)案例，進(jìn)一步梳理、歸納和拓展程序、算法的應(yīng)用領(lǐng)域和問題情境，進(jìn)而延伸到程序與算法的基本特征等知識。向?qū)W生介紹一個(gè)優(yōu)秀、科學(xué)的算法應(yīng)該具有有窮性、確定性、有效性等基本特征，明白算法也有優(yōu)劣之分，要設(shè)計(jì)一個(gè)準(zhǔn)確、高效的算法需要大家努力學(xué)習(xí)，不斷增強(qiáng)邏輯思維能力。強(qiáng)化教學(xué)反思，引領(lǐng)后續(xù)學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)中的一些基本概念比較抽象且難于理解，對初中學(xué)生來說，學(xué)習(xí)起來會比較困難。本節(jié)課主要是讓學(xué)生借助學(xué)習(xí)與生活中的應(yīng)用實(shí)例，理解程序的基本概念，認(rèn)識算法在解決問題中的重要性，針對簡單問題，能通過分析任務(wù)需求，對問題進(jìn)行描述和表達(dá)，設(shè)計(jì)最優(yōu)的求解算法，并用流程圖來描述算法。由于初中學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展處于從具象思維到抽象思維的過渡時(shí)期，故在教學(xué)實(shí)踐中，本課例堅(jiān)持以游戲情境體驗(yàn)的形式，幫助學(xué)生理解重點(diǎn)知識，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，將抽象概念具體化，通過形象直觀的比喻幫助學(xué)生