基于计算思维培养的Kodu编程教学实践

李伟

【摘 要】Kodu是一款面向对象的可视化编程软件，也是为初学者设计的简单、高效的游戏编辑工具。通过模块化搭建方式的编程，较易上手;同时基于对象的编程，能够实现代码复用，更加适合小组学习;3D场景和封装系统，让整体呈现效果更有美感。基于KODU的游戏设计课程对培养学生的计算思维有积极的意义，能够提升学生利用计算机解决实际问题的能力。本文结合KODU软件设计教学案例，论述借助思维可视化工具KODU的教学实践及反思。

【关键词】计算思维;KODU;教学实践

【中图分类号】G434       【文献标识码】A

【文章编号】2095-3089（2019）16-0228-01

一、计算思维与教育

计算思维作为计算时代的新产物，是一种可以灵活运用计工具与方法求解问题的思维活动，对促进人的整体和终身发展具有不可替代的重要作用。2006年，美国卡内基·梅隆大学（CMU）的周以真（Jeannette M. Wing）教授，为了帮助人们更好地认识机器智能，发表了题为Computational Thinking 的文章，提出了一种建立在计算机处理能力及其局限性基础之上的思维方式——计算思维。周以真教授提出了计算思维的定义：计算思维是运用计算机科学的基础概念去求解问题、设计系统和理解人类行为。人们学习计算机相关知识，培养学生“像计算机科学家一样思维”。2008年，周以真教授进一步指出计算思维是一种分析思维，在问题解决的不同阶段会用到数学思维，在设计和评价复杂系统时会用到工程思维，在理解概念时会用到科学思维。在2017新版《普通高中信息技术课程标准》中明确提出计算思维作为学科核心素养的一个重要组成部分。课标中指出计算思维是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。具备计算思维的学生，在信息活动中能够采用计算机可以处理的方式来界定问题、抽象特征、建立结构模型、合理组织数据。通过判断、分析、综合各种信息资源，运用合理的算法形成解决问题的方案。总结利用计算机解决问题的过程与方法，并迁移到与之相关的其它问题解决中。

而计算思维教育，就是通过对计算原理和过程的认识，掌握基本的计算方法，理解计算思维的本质，从而学会应用计算思维解决实际问题。计算思维教育可以落实到数学方法和工程方法的学习，如递归法、分治法以及形式化表达等方法，来理解计算思维的抽象、自动化等本质属性。

二、基于Kodu的教学实践

Kodu是一款可视化程序设计语言，它以3D游戏的模式介绍编程概念，以及极为简化的编程模型来降低初学者的门槛，是一款简单、直观、易上手的编程工具。学生能够自己动手设计原创的电脑游戏，激发无限创意，并了解程序的运作过程。学生在Kodu软件中可以学习建立一个虚拟的3D世界，并对虚拟角色编写程序，创造出有创意的、酷炫的作品，进而培养严密的逻辑思维、设计能力及创造力。

学习Kodu软件，不只是学习编程技术，还能了解利用计算机解决问题的方法。基于Kodu的教学实践，可采用一系列思维可视化工具，记录学生的学习过程、突发灵感及设计构思等。同时，这些思维可视化工具把学生难以用言语表述的设计构思图示化，能很好地展示学生的思维过程，是对学生的想象力、表达能力、视觉思维能力的综合反映，也是培养学生学会思考、分析问题和创造性思维的有效途径。

三、实例分析

下面以“垃圾分类—Kodu运用”课例为例，论述基于Kodu的编程教学实践。这节课的主要任务是设计正确投递干湿垃圾的方案，并在软件中实现。首先在场景中设置了五个对象：（1）红色城堡—湿垃圾箱;（2）蓝色城堡—干垃圾箱;（3）红苹果—湿垃圾;（4）黑色岩石—干垃圾;（5）青色机器人KODU—小明。如图1所示。

1.编程中体会抽象：

（1）设计故事情节。

教师布置的任务为：请帮小明设计把红苹果投进湿垃圾箱的方法，投放正确，系统计加5分，投放错误扣5分。

为了更好地完成设计，教师在课堂上进一步分解了任务。请同学思考，对象有几个？每个对象要完成任务是什么？通过思考这些问题，学生讨论填写出下面流程图。

學生在用流程图描述方法时其实也是讲述故事的过程，从中抽象出具体设计游戏任务的规则。例如有位同学设计的是小明看到苹果就自动靠近苹果，碰到苹果后抓取，然后看到红城堡自动靠近，碰到红城堡后把苹果投进红城堡。另一组同学觉得用键盘控制小明行进方向更有趣。这些都是具体实现的方法，也就是设计故事情节中抽象出具体实现规则。

（2）用编程语句实现规则。

以前面同学设计的方案为例，通过尝试，他设计出了实现的方法。具体小明和红色城堡的编程代码如图3和图4所示。

2.自动化实现。

从前面可以看出，Kodu是通过When（触发条件）DO语句（执行）实现具体功能的。我们知道自动化是计算思维的一个重要特征，例如图3中小明（kodu）对象看到苹果，快速靠近，碰到苹果后抓住，接着看到红色城堡，快速接近，碰到红色城堡就把苹果丢出去。图4中红色城堡碰到苹果分数加5，同时让苹果消失。

实际课上该同学演示时，前面都达到了预期目标，小明自动靠近苹果，拾起后王红色城堡前进。只是在苹果投进红色城堡后，小明还是不断靠近红色城堡，也就是说游戏没有结束。这时教师引导学生分析原因，学生在分析了语句后发现游戏没有结束的标记。因此他在城堡对象中添加了分数为5时显示胜利，游戏结束。如图5所示。这个解决问题的思维过程恰恰是运用计算思维的体现。

总之，在初学编程的阶段通过Kodu软件及其课程的学习，可以很好地发展学生的计算思维。由于Kodu基于游戏化的编程，并且规则简单，When…Do语句不需要更多的技术细节，不需要记忆。在分解具体学习任务时分析每个对象，包括它的行为和怎样受控。通过故事情节的设计，抽象出规则，也就是把各个功能整理出来，构造完成任务的模型，包括场景、对象等。在接下来的编程阶段，其实是形式化表达的方式，最后通过运行、调试程序实现自动化步骤。这也就形成了计算思维完整的过程：抽象——构造——形式化表达——自动化实现。经过这类课程系统化的学习，学生的计算思维能力将得到提升。

参考文献

[1]王荣良.计算思维教育[M].上海科技教育出版社，2014.

[2]魏晓风，蒋家傅，钟红，韩奇.我国中小学编程教育发展的路径思考[J].中国教育信息，2018（24）：1-4.

[3]杨艳艳.基于KODU的编程思维可视化教学实践[J].中国信息技术教育，2018.