以游戏化体验开启计算思维之门的教学策略与实践

【摘要】本课例以游戏化体验为教学策略，通过创设游戏化问题情境，让学生进行角色扮演和沉浸式体验，强化原理运用，激发学习兴趣，让学生在参与游戏体验的过程中体会算法在解决实际问题过程中的作用，领会算法的教育价值，并学会用流程图来准确表述算法。【关键词】游戏化；体验；算法；计算思维；核心素养《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》指出，义务教育信息科技课程具有基础性、实践性和综合性等特征，倡导真实性学习；要求教师创新教学方式，创设真实情境，以真实问题或项目驱动，引导学生经历原理运用过程、计算思维过程和数字化工具应用过程；鼓励学生“做中学”“用中学”“创中学”，构建学科知识体系，提升问题解决能力，发展核心素养。游戏化教学体验具有趣味性、挑战性、体验性和交互性等特征，非常适合低龄学生。通过设置与学习主题紧密相关的趣味性游戏，可以充分激发学生的学习动机，培养解决问题的能力。本文以此为主要策略开展教学。遵循新课标精神，创新教学形式本课例以算法和流程图为知识主线，通过创设游戏化的问题情境，让学生在参与游戏体验的过程中体会算法在解决实际问题过程中的作用，领会算法的价值，并学会用流程图来准确表述算法。在问题解决的过程中，开展小组合作探究性学习，引导学生学会将复杂问题细化分解成多个子问题并逐一解决，最终实现整体问题解决。让学生经历问题解决的一般过程，感知计算机解决问题的思想方法与数學中解决问题的思想方法的异同。尊重学生认知，创设问题情境本课选自华中师范大学出版社《信息技术》（七年级）第四章第二节，内容为“算法与流程图”，本课例主要学习算法和流程图的相关知识，教学对象为初中七年级学生，他们通过前期对信息技术基础知识的学习和在现实社会中的生活体验，对信息、数据、程序等概念有了基本认识，能利用计算机解决生活或学习中的一些简单问题，但对于程序设计的核心思想和算法概念还未形成深刻理解和宏观认识。学生能够在教师创设的游戏化问题情境中，设计算法，绘制流程图，最终形成解决问题的方案。明确学习目标，优化教学策略学生对程序设计的一些概念性、基础性知识的学习往往会感到比较枯燥且难于理解，本案例始终以游戏化体验为主要教学策略，精心设计游戏案例情境。将学习任务有效融合到游戏案例中，引导学生在游戏体验中感知原理、总结方法、学习知识，将学习活动逐步深入，有效激发学生学习兴趣，将抽象概念具体化，帮助学生形象直观地理解程序、数据结构、算法的基本概念。通过创设可操作模拟的游戏情境，以任务驱动的方式推动教学环节层层递进，引导学生开展自主、合作、探究性学习，体验问题解决的成就感，激发强烈求知欲，养成主动思考问题的学习习惯，培养科学精神，增强合作与交流意识，最终达到素养提升的目的。关注学科特点，注重思维训练1.巧用游戏激活课堂，艺术表演引出问题教师借助多媒体，抛出“农夫带狼、羊、菜过河”的游戏情境，并提出“同学们，我遇到了一个难题：要带着我的狼、羊、菜过河。只有一条小船，每次乘船时只能带一样东西。我在时，三样东西相安无事；一旦我不再，狼会吃羊，羊会吃菜。你们能帮我想一想该如何过河吗？”通过这个问题引导学生积极思考，并进行小组讨论。在完成小组讨论后，邀请两个小组的同学进行游戏展示，分别扮演农夫、狼、羊和菜的角色，向同学们演示不同的过河方案，同时，让其他学生对两组同学的过河方案进行评价。学生积极主动思考问题，形成解决问题的最佳方案，并以角色扮演的形式形象直观地展示“农夫带狼、羊、菜过河”问题的解决过程，真实体验算法的实施流程，从而自然引出“算法和流程图”相关内容，进而总结出帮助农夫解决问题的过程中所用到的思想方法，即问题解决的算法，所实施的步骤就是算法的操作流程。2.活用案例巩固概念，归纳总结建构新知在学习算法和流程图的概念之前，必须先让学生了解与之相关的基本概念。（1）程序基于学生既有的知识储备和生活经验，教师通过列举现实生活中与学生生活紧密相关的程序应用。例如，全自动洗衣机的自动洗衣程序、扫地机器人的自动扫拖程序、空调的定时恒温程序及学生上学时的报名程序、办理身份证业务的操作程序、出门旅游时的购票程序等，让学生感知程序在生活中无处不在，明白有目的地解决一个问题的完整过程和步骤就是一个程序，进而理解计算机程序的基本概念，引出“计算机程序=数据结构+算法”的概念特征。（2）算法教师继续引导学生分析“农夫带狼、羊、菜过河”案例。农夫、狼、羊、菜这四个角色就是这个程序中的数据，他们各自所具备的特征就是对程序中数据的描述，而他们之间存在狼、羊、菜三者的食物链关系，即狼吃羊、羊吃菜就是程序中的数据结构。基于具体问题情境和规则对程序控制结构的描述就是解决问题的算法，即完成一个任务所需要的具体步骤和方法。在“农夫过河”案例中，农夫先做什么、后做什么的实施步骤就是算法。通过案例引入，将抽象概念具象化。（3）算法描述教师让学生尝试用自然语言描述解决“农夫过河”问题的算法，并讨论其优缺点。紧接着，教师采用逐步推进的教学策略，引出算法流程图的基本概念，向同学们介绍常用流程图的图形符号及其意义，并让学生进行小组讨论，绘制“农夫过河”的算法流程图（图1），选定两个小组代表通过无线投屏的方式向全班展示所绘制的流程图，教师进行点评和总结。以特定符号并加上必要的文字说明来表示程序的实施流程，让算法更加直观形象、逻辑结构明显。通过两种算法描述方式的对比，让学生更为直观地感受到用流程图描述算法更加简便和快捷，在运用计算机程序解决问题的过程中，更多的是用流程图描述算法。3.任务驱动活跃课堂，小组合作发展思维（1）抽象问题继续以游戏体验和角色扮演的方式分组进行探索和实践，完成既定学习任务。以“猜数字”游戏为问题情境，让所有学生都能深度参与到课堂教学活动中，设定每6名同学为一小组，将全班分成8个学习小组，并对小组进行编号，每相邻的两个小组组成一个竞猜对手，开展小组间猜数字游戏竞猜活动。A组随机确定一个1至10的整数，让B组的同学猜数，B组随机确定一个1至10的整数，让A组的同学猜数，并约定最多只能猜5次，一次性猜中计5分，两次猜中的计4分，三次猜中的计3分，四次猜中的计2分，五次猜中的记1分，没有猜中的记0分，在一轮游戏结束后，进行小组得分公示。通过竞猜游戏，进一步活跃课堂氛围，提升学生课堂参与度，明确问题解决的一般过程，学会对复杂问题进行抽象和分解。（2）设计算法在游戏结束后，让学生结合游戏体验的过程，归纳“猜数字”游戏问题解决的關键环节和步骤，引导学生根据目标任务和问题特征，归纳运用计算机解决问题的一般步骤，总结算法规律，开展合作探究，用自然语言描述解决“猜数字”游戏的算法过程，并画出正确的算法流程图（图2）。通过创设游戏化的问题情境，以任务驱动的方式，充分调动学生的已知，将学科知识和思维过程融入游戏活动和学习任务中，进一步强化知识的应用。在教学中始终以小组合作的形式，引导学生深入思考问题，进行原理认知和过程体验，开展自主探究，从而在完成目标任务的过程中，促进思维能力提升，达到发展计算思维的目的。4.展示交流多元评价，拓展延伸提升素养教师结合各学习小组展示的“猜数字”游戏的具体算法和绘制流程图的过程，做必要点评和总结。通过交流展示培养学生的语言表达和沟通能力，提升逻辑思维能力，强化对学生学习掌握情况的过程性评价和正向激励，对部分存在知识掌握不牢固、算法思维能力提升不明显的学生及时进行差异化辅导。最后，师生共同总结和回顾本堂课的教学内容，通过设计的两个游戏化课堂教学案例，进一步梳理、归纳和拓展程序、算法的应用领域和问题情境，进而延伸到程序与算法的基本特征等知识。向学生介绍一个优秀、科学的算法应该具有有穷性、确定性、有效性等基本特征，明白算法也有优劣之分，要设计一个准确、高效的算法需要大家努力学习，不断增强逻辑思维能力。强化教学反思，引领后续学习程序设计中的一些基本概念比较抽象且难于理解，对初中学生来说，学习起来会比较困难。本节课主要是让学生借助学习与生活中的应用实例，理解程序的基本概念，认识算法在解决问题中的重要性，针对简单问题，能通过分析任务需求，对问题进行描述和表达，设计最优的求解算法，并用流程图来描述算法。由于初中学生的认知发展处于从具象思维到抽象思维的过渡时期，故在教学实践中，本课例坚持以游戏情境体验的形式，帮助学生理解重点知识，激发学生学习兴趣，将抽象概念具体化，通过形象直观的比喻帮助学生