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促进计算思维发展的教学游戏设计与开发

宗伟伟  
【摘要】:计算思维是掌握程序设计基础课程的关键思维能力之一,它是当前国内外计算机界广为关注的一个重要概念,面向学习者计算思维能力的培养研究越来越受到国内外研究者的关注,因此,如何有效地培养学习者的计算思维能力成为亟需解决的问题。教学游戏集教育性和游戏性于一体,使学习者不会过于沉溺于游戏之中,它不仅能够提供一种“玩中学”、“做中学”的环境和条件,而且能够让学习者在体验游戏的同时掌握知识并发展学习者的思维能力。目前关于培养计算思维能力的研究大都以被动的灌输理论为主,很难引起学习者的学习兴趣,而且效果并不显著。为了解决这个问题,本研究以计算思维为视角,以教学游戏为载体,依据学科知识点设计并开发一款促进计算思维发展的教学游戏实例,期望学习者在体验游戏的过程中潜移默化的提高自身的计算思维能力。根据本研究的目的和内容,在文献分析、案例分析和游戏软件设计等方法的基础上,主要围绕以下四个方面展开。(1)促进计算思维发展的教学游戏的理论基础研究。在查阅相关文献的基础上分析了计算思维的内涵以及国内外关于计算思维培养的研究现状,总结教学游戏设计的理论基础。然后在此基础上,结合游戏设计理论以及游戏设计的元素,寻找促进计算思维发展的教学游戏设计的有效途径,为教学游戏的设计与开发提供理论支持。(2)促进计算思维发展的教学游戏的教学设计框架的建构。在分析国内外教学游戏设计案例的基础上分析数字化游戏的设计要素和结构。运用教学设计理论对教学游戏进行教学设计框架的构建。(3)促进计算思维发展的教学游戏的设计模型。本研究从促进计算思维发展的数字化教学游戏的设计目的出发,对数字化教学游戏进行需求分析、总体设计和详细设计,建构起促进计算思维发展的教学游戏的系统设计模型。(4)游戏案例的设计与开发。本研究以Flash CS5为开发平台,使用Action Script 3.0语言,选取初中信息技术课程,设计并开发促进计算思维发展的游戏实例。本研究通过搜集大量与研究课题相关的国内外文献,借鉴相关研究成果并结合实际,经过一系列研究工作取得了以下成果。(1)构建了数字化教学游戏的教学设计框架。本研究整合了游戏设计理论、教学设计理论以及计算思维的相关理论,从学习者的学习目标、学习者特征、游戏任务和游戏化学习情境设计等环节出发,将数字化游戏的教学设计、任务问题解决和计算思维过程相结合,构建了促进计算思维发展的数字化游戏的教学设计框架。(2)提出了数字化教学游戏的软件设计模型。从软件系统设计的角度出发,依据本研究提出的教学游戏的教学设计框架建构了教学游戏的软件设计模型,并将整个游戏体系分为游戏功能与游戏支持模块,为之后教学游戏的开发提供支持。(3)开发了促进计算思维发展的数字化教学游戏实例。本研究选取VB程序设计语言《神奇的循环语句》作为学习目标,在教学设计框架与软件设计模型的指导下,开发了《机器人闯关》游戏实例,初步验证了游戏的可行性。由于研究者时间和能力的限制,教学游戏在取得一定研究成果的同时,也存在着许多问题,计算思维与教学游戏还未做到完美结合,以及教学游戏系统的许多模块还存在问题和不足,需要未来工作的进一步完善。


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