基于游戏化的不插电计算机科学教学实践

周晓明

摘要：基于游戏化的不插电计算机科学教学是借助游戏化教学方式，让学生沉浸在轻松有趣的游戏中，自然而然地了解和掌握相关信息技术的知识和原理。本文作者构建了基于游戏化的不插电计算机科学教学模式，该教学模式不仅能让学生在游戏化体验学习循环中收获有意义的学科知识，还能让其发挥想象，激发创意，有效提升计算思维能力以及与同伴沟通交流能力。

关键词：游戏化教学;不插电计算机科学

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2022）10-0040-03

不插电计算机科学以一种没有计算机参与的方式，透过一些既有趣又简易的活动，围绕计算机科学的核心知识，通过认识计算机解决问题的过程，理解其中的概念、原理，帮助学生理解技术背后的思想和科学，理解技术如何被设计，感受学科所涵盖的创意和趣味，提高问题解决的能力，发展思维能力。因此，不插电计算机科学对于帮助学生理解计算机的运行原理、编程的逻辑规律、算法的执行过程等这些难以理解、无法直观看到的学科知识有着一定的优势，可作为小学信息技术教育中的重要补充。

● 基于游戏化的不插电计算机科学教学模式

游戏是一个系统，玩家们在其中执行抽象的任务，任务由规则、互动性和反馈界定，产出量化结果，并经常伴有情绪反应，研究发现，游戏在娱乐的同时还能锻炼学习能力、运动能力和推理能力。游戏化就是运用游戏机制加上美学和思维手段来吸引他人，鼓励行为，最终达到两个目的：促进学习和解决问题。基于游戏化的不插电计算机科学教学是借助游戏化教学方式，让学习变得有趣且更加简单，让学生主动学习和探究相关信息技术的知识和原理，了解事物的本质。同时，在学生玩游戏的过程中，会遇到各种问题和挑战，在解决问题的同时，学生会掌握一些解决问题的规则和方法，从而培养计算思维，激发创意，提升同伴沟通能力等。为此，笔者构建了基于游戏化的不插电计算机科学教学模式（如图1）。

根据建构主义、游戏化学习理论、体验式学习研究的启示，该教学模式立足于课前教师的充分准备和课中学生在玩中学以及教师的组织引导。课前制订的教学目标应以培养计算思维为主，兼具培养合作精神、创新能力等，一方面体现不插电活动的价值，另一方面对游戏活动有定向、调控和评价的功能;教师设计的游戏以趣味性为主，难度为初级，有助于学生在了解规则后快速入手，为创意设计打好基础;需要准备的材料应具备的特征是贴近生活的简单物品，且能兼顾游戏和学习使用。课堂教学以“不插电计算机科学游戏化体验学习循环”的结构组织，循环包括以下四个步骤。

（1）游戏体验。体验是体验式学习的核心理念，即只有做过了才有真切的感触。让学生亲身体验趣味游戏，研究策略，能够开发学生解决问题的能力，使其在愉悦的氛围中探索、领悟学科知识的特点和规律，帮助学生理解计算机科学的知识概念和解决问题的过程，对学生计算思维的培养起到较为直接的提效作用。

（2）逆向检测。由于纸笔不能和学生产生直接互动，所以需要人工检测游戏中学生对知识的掌握情况，这个步骤并非累赘，相反，通过同伴间策略交换检查的方法，将游戏策略倒推后检查与最初的任务是否匹配，可以作为知识巩固的有效手段。检测的过程也是学生向同伴展示成果的过程，他们讨论交流，思想相互碰撞，共同发展，不仅提升了合作能力，还能增进感情。

（3）创意设计。精心设计的游戏会有多个且合适的难度等级，可以促使玩家在游戏中不断学习，这样的游戏容易入手且更吸引人，教师课前准备初级难度的游戏，以帮助学生快速适应，而进阶游戏交给学生来设计。创意设计的过程给学生搭建了良好的创造环境，并尊重学生的个体化差异，使得不同性格、不同能力的学生都能在自己的基础上有所发展，在激发他们创造性的同时使其有收获更多成就感。

（4）测评反思。从游戏到游戏化必须经过的一环就是反思，此时的反思既包括对游戏策略的反思，也包括对新游戏设计合理性的反思。通过评价和反思，学生会主动地对之前的设计进行修改和完善，促进了通过元认知能力来调节、管理和监督认知过程能力的发展，而随着学习循环的推进，学生展现出的自主管理行为也会增加，他们能越来越熟悉如何调节、管理和监督自己与他人的认知过程。

不插电计算机科学游戏化体验学习循环注重学生在游戏过程中的体验和思考，在游戏策略中暗藏计算机科学的相关知识、原理，通过游戏体验、逆向检测、创意设计、测评反思激发学生的学习兴趣和探索欲望，培育学生的学科素养，最终真正达到了“玩中学”的教学效果。

● 教学实践

不插电计算机科学可以作为信息技术课程的有效补充，结合当前信息技术课程开设情况，笔者尝试在小学中年级段开展“有趣的数字画”“写一份密码信”“指挥机器人”“机器人闯迷宫”等活动，从趣味游戏中了解像素、压缩等计算机原理以及程序设计基础知识，并在高年级段开展“读心术游戏”“解密圣诞彩灯”“传音游戏”“AR眼镜不神秘”等活动，从游戏中了解二进制、人工智能等知识。以下是基于游戏化的《机器人闯迷宫》一课的教学设计。

1.創设情境，游戏体验

学生在之前的指挥机器人游戏中已经了解前进↑、左转、右转、重复指令，在迷宫游戏中教师创设迷宫情境，并出示迷宫地图（如图2），说明游戏规则：机器人的能量只有10L，即只能做10个动作，在能量耗尽前必须取得“能量星”*，每颗能量星可获得10L能量。

学生通过第一次计算得知，从入口到出口至少需要13L能量，必须在中途去获取能量星。于是学生开始第二次计算，了解到取得下层能量星至少需要↑↑↑↑这8个动作，可增加2个能量，即到达出口必须至少获取两颗能量星。经过初步的计算后，学生制订各自的游戏策略，写下闯关指令，在完成闯关任务的过程中，培养算法意识，提升计算思维。

2.逆向检测，学习巩固

关注能尽快走出迷宫的学生使用了获取前两颗能量星的策略;关注指令精简的学生使用了获取下层两颗能量星的策略;关注能剩余更多能量的学生使用了获取所有能量星的策略……不管使用哪种策略，在这个环节中，教师都应引导学生用逆向检测来判断指令的正确性，同伴交换指令，在地图上画出相应的线路，以此检查指令是否完全正确。根据指令模拟机器人行动能有效地巩固对指令的掌握，如果发现指令有错误，也能起到吸取教训、加深印象的作用。接着，教师引导学生分析多种策略的优缺点，在巩固知识的同时，再次提升计算思维能力。

3.创意设计，深入体验

优秀的游戏通常通过加大挑战难度或增加挑战来使玩家不断挑战，在这个环节中，教师鼓励学生对这个游戏进行完善，使其更加好玩。学生开始发挥创意，如加入新元素或者设计更多变、更深层次的挑战来升级游戏，同时也会改善任务执行的能力，制订新的策略来应对新的挑战。有的学生在迷宫中设计能获取到更多能量的“能量苹果”;有学生设计了反面角色“消能井”，如果掉进去游戏就会终止（如图3）……在给新游戏思考策略的同时，他们会积极地将自己的游戏推荐给同学，这样既提升了自身的成就感，也实现了真正的人际互动。

4.测评反思，素养提升

学生通过分析自己和他人新游戏的策略，在测评中会收获更多的体验，包括对自己创意的反思，也会获得他人的启发、建议，从而随时调整游戏的难度。通过反思不断改进游戏的设计，并重新思考游戏策略，学生的元认知能力得以提升，并且近侧发展区间不断扩大，让整个学习过程始终保持在“再努力一点就能完成”的水平，也实现了知识、能力、情感的整合，以及信息技术学科素养的提升。

● 反思

游戏化教学能给学生提供公平的学习机会，并能让学生获得及时反馈，使其有价值感、成就感，还能让学生开展良好的人际互动。通过查阅不插电的计算机科学的相关文献，结合教学实践笔者发现，不插电的计算机科学应用于小学信息技术基础知识和原理的教学，其游戏化教学的方式能让学生在边玩边学中收获信息学科中有意义的科学知识，还能发挥想象，激发创意，有效提升计算思维能力以及與同伴沟通交流能力。但游戏化教学不等同于玩游戏，在教学中教师应起到组织引导的作用，如留心观察学生在游戏中的表现，及时调整学生专注度、合作情况等课堂行为，鼓励学生开发自身的问题解决能力和创新能力;在适当的时机设疑，用问题帮助学生建立思维路径，鼓励学生通过语言描述思维过程;根据课堂实际情况合理调整学习循环各步骤的时间，引导学生提高活动效率，并充分建构自己的认知体系，做到真正的“知行合一”等。

参考文献：

[1]Tim Bell，等.不插电的计算机科学[M].孙俊峰，杨帆，译.武汉：华中科技大学出版社，2010.

[2]洪志连，申甲千.不插电！神奇的编程思维是玩出来的[M].邓瑾右，译.天津：天津科学技术出版社，2021.

[3]卡尔·M·卡普.游戏，让学习成瘾[M].陈阵，译.北京：机械工业出版社，2015.

[4]李晓晓，谢忠新.面向计算思维培养的教学模式设计与实践[J].中小学信息技术教育，2021（09）.