基于App Inventor 平台的本科生计算思维课堂教学研究

曹宁

摘 要 针对学生计算思维的缺乏，以App Inventor为开发平台，面向理工科学生，开设可视化移动开发课程。设计有针对性的教学案例，融入计算思维思想，通过项目驱动教学方式，激发学生学习兴趣，培养学生计算思维能力。

关键词 计算思维 App Inventor 移动应用

中图分类号：G434文献标识码：A

1计算思维

计算思维这一概念的提出，以2006年3月卡内基·梅隆大学计算机科学系周以真教授在美国计算机权威期刊Communications of the ACM上发表的论文为标志。周以真教授对计算思维的定义：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。

美国国际教育技术协会（ISTE）和美国计算机科学教师协会（CSTA）与来自相关教育行业的专家研究后认为，计算思维是一种解决问题的思维过程，具备但不局限于以下特征：

（1）借助计算机和其他工具帮助我们解决问题;

（2）有逻辑地组织、分析数据;

（3）使用模型和仿真等抽象手段对数据进行再现;

（4）通过算法思想实现对问题的自动化解决;

（5）通过识别、分析和实现等手段找到问题最有效的解决方案;

（6）能将以上解决问题的过程进一步推广到其他领域。

通过计算思维的定义，我们发现，所谓的计算思维即我们利用计算机或其他工具、帮助我们实现对问题的分析和求解的思维过程。

2 App Inventor及特点

2.1什么是App Inventor

App Inventor是由谷歌公司开发的一款在线开放Android编程工具软件，通过图形化积木式的拖放组件来完成App开发。App Inventor在2012年1月移交给麻省理工学院MIT的行动学习中心接管，并由MIT发布使用，目前已经发布了2版本。

2.2 App Inventor的特点

App Inventor从发布以来即备受关注，主要原因如下：

（1）开发环境搭建简单。采用浏览器加云服务器技术模式，无需复杂的软件安装。

（2）开发过程简单。界面设计和软件行为开发都通过组件的拖放拼接完成，无需编写代码。

（3）功能组件模块丰富。App Inventor内置不同类型组件模块，实现对多媒体、传感器甚至乐高机器人的支持。

（4）方便多台机器交叉开发。所有开发过程都存储在云端服务器，方便开发者进行快速开发，保证了开发过程的一致性和安全性。

（5）支持实时调试。App Inventor提供了强大的调试功能，调试过程中模塊变更会同步到进行调试的手机端或模拟器中，无需重装应用。

3基于APP Inventor和计算思维的课堂教学

3.1基于计算思维的课程建设

为顺应新时代高等教育教学改革的潮流，笔者所在学院开设了面向本院学生的专业选修课程“可视化移动应用开发”。课程主要面对有编程基础的理工科学生，使用App Inventor可视化编程工具，通过案例引导和项目驱动教学方式，使学生掌握App Inventor平台进行Android手机App开发方法，培养学生的计算思维能力。

3.2课程教学模型

通过笔者教学经验，信息技术类课程要想达到好的教学效果，案例或项目是必不可少的，并且，这些项目要尽可能贴近学习者的生活或足够有趣。此外，我们选择App Inventor平台作为培养学生计算思维能力的一个切入点，正是基于其可视化模块拼接编程的特点，让学习者在解决问题过程中，把精力更多集中在问题本身的解决方法即算法的设计上，而编程语言本身的细节对学习者的干扰则应尽量降低，即学习者不需要过多地考虑编程语言实现的细节，只要解决问题的方法得当，就能得到好的结果。

根据计算思维的特点，在可视化移动应用开发这门课的教学中，构建了以下教学模型。首先由教师给出问题，学生根据自己的理解，加以抽象，提出要解决的问题。进一步分析问题，确定问题的约束条件和求解目标。如果问题规模较大，需学生对问题分解，把分解后的小问题规模控制在可理解范围内。之后，拟定算法，设计程序流程并重审问题，确定方案合理性。结合App Inventor的特点，进行可视化编程。最后，验证编程结果，进行小组讨论实现应用的迁移。

3.3教学实践效果

教学中，教师设置6个小型项目，期末考核设置一道开放性题目。平时学习环节，学生相互讨论，编程部分由学生独立完成。通过实践看，学生的课程参与度为100%，即每名学生都主动投入到课程的学习中。学生普遍反映，App Inventor相较其他编程类语言，语法细节少，但功能强大，非常适合进行计算思维的培养，并且是一种很适合进行快速开发的语言。

4结论

在信息技术和计算思维普及的背景下，很多中小学已经开始使用App Inventor进行教学工作，但国内很多高校对这部分的研究工作还处于起步阶段。通过本单位开设的“可视化移动应用开发”选修课程，对基于App Inventor和计算思维的信息类课程的教学工作进行了一定探索，教学效果令人满意。我们可进一步调整课程结构，把这门课设置为理工科学生接触的第一门程序设计类课程，或开放为面向全校所有专业学生的一门公共选修课，势必对启蒙学生的计算思维起到重要作用。

基金项目：河北省人口健康信息化工程技术研究中心2016年度教改课题“基于APP INVENTOR平台的本科生计算思维教学研究”，编号201603。

参考文献

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

[2] 宁可为，杨晓霞.基于App Inventor的初中计算思维培养实证研究[J].课程教材教法，2018，38（02）.