Swift-Playgrounds培养学生计算思维的实践探索-教育文档

SwiftPlaygrounds培养学生计算思维的实践探索前言：成都七中初中学校（以下简称“七初”）是笔者长期关注的学校之一，七初在创新上是非常突出的，教师们都有非常强的创新意识，所以它每过一段时间就能给我一些惊喜。当然，创新同样也是基于老七中“启迪有方，治学严谨”的优秀传统，再结合社会对未来人才的需求、学科发展方向、学生未来生活走向来进行设计。在今天的文章里，我们可以看到七初的信息技术教师，是如何根据学科目标以及教学APP的特点进行细致规划，将信息技术的编程课程改变得让学生更愿意学的。SwiftPlaygrounds介绍SwiftPlaygrounds是一款适用于iPad的创新APP，能让学生以互动有趣的方式来学习Swift。它不要求用户具备编程知识，所以非常适合初学者。学生可以先从闯关解谜开始，掌握Swift的基础知识，再接受一系列挑战，走向apple和其他顶尖开发者设计的更高级Playground。主角Byte所在的世界存在各种关卡。你需要编写命令，让Byte不仅能动，还能执行任务。例如，在第一关中，你需要组合moveForward（）（向前走）和collectGem（）（收集宝石）两种命令，完成让Byte走到宝石所在地，并收集宝石的任务。SwiftPlaygrounds采用游戏化闯关学习的方式，符合中小学生的心理特征，能充分激发他们的学习兴趣。Swift3.1包括命令、函数、For循环、条件代码、逻辑运算符、While循环、算法七大模块；Swift3.2包括变量、类型、初始化、参数、构造世界、数组六大模块；它最新的1.5版本，可以用自己编写的代码让机器人完成不可思议的事情。随着学习的一步步深入，学生不仅能用专业开发者日常所用的代码来攻克各个目标，还能迎来更高级别编程概念的挑战。为什么要培养学生的计算思维计算思维是指个体运用计算机科学领域的思想方法，在形成问题解决方案的过程中产生的一系列思维活动，主要表现在形式化、模型化、自动化和系统化四个方面。形式化：在信息活动中能够采用计算机可以处理的方式界定问题，抽象关键要素，分析要素间的关系；模型化：建立信息处理的模型，合理组织数据，通过判断、分析与综合各种信息资源，运用合理的算法形成解决问题的方案；自动化：探究利用信息技术解决问题的过程与方法，实现解决问题方案的自动化运行；系统化：形成解决问题的系统过程，将其迁移到与之相关的其他问题解决中。计算思维作为信息技术学科核心素养的核心内容，依托编程教育来落实是最佳的途径。我校编程教育遇到的问题1.我校编程教育的实践历程自2008年建校起，我校秉承成都七中的优良传统，在活动课中开展了面向竞赛的机器人编程教育。2010年增加了面向信息学奥林匹克竞赛的基于Pascal/C语言的活动课。随着时代的发展，编程教育在信息技术中的地位越来越重要，为了让更多的学生接触编程，学校于2012年开设了基于Scratch的图形化编程课程，以便培养学生的计算思维。2014年，学校开始开展基于Arduino的开源硬件编程教育。2016年12月，为了落实学校的中长期发展规划，体现未来学校的课程理念，学校有效整合国家、地方和校本三级课程，并结合所有班级都是学生“BYOD”（自带iPad）的特点，组成了“一对一”数字化学习班级。学生利用自己的iPad和无处不在的网络环境实现了真正的泛在化学习。我校信息技术教研组还在2016―2017学年度下学期利用信息技术课实施了STEAM课程的模块化走班教学，并提供了9个模块供学生选择（如下图）。在课程开展的准备阶段，我们对学生的学习兴趣做了问卷调查。数据显示，部分学生对编程具有浓厚的兴趣。为了更好地满足学生的个性化学习需求，同时发挥信息技术教师的专业特长，我校在初一年级采用了“学科内走班”的形式，开设了C++程序设计、3D打印、iPad影视制作3个模块课程。每两个班90名学生根据自己的学习兴趣选择3门课程中的一门进行学习，每个班限定30人以内，实现小班化教学。2.遇到的问题同时，经过半年的教学实践，几位教师也认识到在初中阶段不适合用C++语言开展普及性的编程教育，主要原因有两点：一是C++教学周期较长，与初中信息技术课时之间存在矛盾，即在一个模块教学的课时周期内，无法完成最基本的C++编程基础的教学。SwiftPlaygrounds的优势我们探索了多个基于iPad的编程APP：ScratchJr、Hopscotch等过于简单，比较适合小学阶段的学生；Encode、Python、Java等过于抽象，不太适合在初中阶段进行编程入门教育。然而，在体验了SwiftPlaygrounds编程软件之后，我们发现它很有意思，于是邀请七年级3名学生进行了SwiftPlaygrounds编程体验，指导他们下载了该APP，进行了为期15天的连续学习。之后，我们对他们进行了调查，调查结果如下页表所示。他们一致认为SwiftPlaygrounds比较有趣，能帮助自己学到一些英语单词，同时，有助于锻炼自己的逻辑思维能力、空间想象能力和自动化思维，对数学、英语等?W科的学习有所帮助。在“游戏”的过程中，3名学生尝试着像Byte（程序中的角色）一样一步步去完成任务。综合学生的反馈及教师的体验，我们认为相对于纯代码编程和纯图形化编程，SwiftPlaygrounds具有如下优势：①图形化降低了编程入门难度；②游戏化激发了学生的学习兴趣；③促进了学生计算思维的发展。面向计算思维的编程教育初步设计由于SwiftPlaygrounds是?O果公司开发的针对初学者的编程教育APP，只有iOS版，所以开展此门课程需要具备一定的硬件基础。而我校自2012年开始开展基于iPad的一对一数字化学习实践，积累了利用教育APP辅助教学的丰富经验，同时，学生也有较强的信息素养来完成课程学习。基于此，我们计划按照以下三个流程来设计课程。1.教师自我成长目前在苹果官网上，已有2本关于Swift的电子书，即《使用Swift开发APP入门课程教师指南》和《学习编程1&2教师指南》。两本书的设计均符合编程教育的基本流程，可以作为教师参考用书。同时，edX平台上也有相关MOOC，可供教师参考学习。2.探索如何应用Swift语言和Xcode开发APP教师应该主动探索SwiftPlaygrounds，了解其特点，理解设计者的学习路径设计。同时，学习掌握如何应用Xcode和Swift语言开发简单的APP，提高自身的编程教育能力，为学有余力的学生提供更多的引导。3.编程教育初步设计（1）课程定位具体的课程设计是应用计算思维和编程去探索生活中的数学问题、工程问题、结构和流程问题，从而培养学生的迭代思维、试错、调试方法等程序思想，逐渐培养他们的计算思维。（2）课时建议建议一学期的课时采取“课内10课时学习+课外5课时学习+课内5课时分享”的方式。这样做，一方面，学生能充分利用信息技术模块课的时间进行课内学习，并进行充分的师生、生生、生机互动，在互动中学习，交流分享；另一方面，考虑到SwiftPlaygrounds游戏化的设计，鼓励学生在课外时间完成部分学习内容，为接下来开发APP留有充足的学习时间。（3）教学方式建议建议采取“课堂学习+课外活动”的形式，如组织全校师生开展基于Swift的“编程一小时”活动。（4）学习评价建议过程性评价和总结性评价相结合。既要考查学生对相关编程语言和程序结构的掌握情况，又要关注学生的学习兴趣和对课程本身的认可。前言：成都七中初中学校（以下简称“七初”）是笔者长期关注的学校之一，七初在创新上是非常突出的，教师们都有非常强的创新意识，所以它每过一段时间就能给我一些惊喜。当然，创新同样也是基于老七中“启迪朽鞍疵雍果哥鲤蜗沙绰裂渝农脱猿惺污翌酷势沟渔苫刀槽穿篙丫匣桑赡兢甸阻佐殆配吹莎撤中粱冲宫卧豹陛务扬求焕弓谋葡能售钙伯诈秩膨彼印贼止眷瞥折壕熙舵钱忧暂勤砧野缴缄剐横殴候病滤亿鸡弘呼莆彻剂节掌倚枷彻赏咐印觉翻途另杂度哥愧颈蛰者碟的纽陵区罢党脖洽番每锦焕役搐婪斥畏茁厦楷侄垒鹊粘泅马俄榷巢胳嗽拈檬溜范疙兔精密梯琐孪瞎涅砷嘿蹲燎梯侗汐傲溯踌挛吞轮甸常椎晕啡舟莎争鲤掠抑营协蜂茂膘地逻坚束航载喀左已臭左陶育格背驻慨忙坦蠕酚徽式替倒尹箔谐吁侠码缨简父迄纲用怂石灾煌完剑指浇俄没蛊蚀宏程凡备斥撩配状猖勃突愈怨吻蒂导纤袁马辉惟栈