Swift Playgrounds培养学生计算思维的实践探索 参考论文
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。
Swift Playgrounds介绍
Swift Playgrounds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。
Swift Playgrounds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。Swift 3.1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；Swift 3.2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
历经九年的编程教育实践，我们积累了不少经验，也遇到了不少问题。最突出的问题是，当以C++语言为基础的编程课程从活动课走进信息技术常规课以后，大多数学生表示：①C++编程是纯代码编程，符号多，命令（关键字）多，不容易识记，也不容易理解。②编程的界面与结果的界面都是基于字符的，看起来不友好，学起来比较枯燥。③不能产出直观的作品，学习成就感低，不理解编程教育的目的。
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。
二是绝大部分初中生都将学习的主要精力（难点）集中在了基本符号、基本命令（关键字）与基本格式的识记和运用上，根本谈不到学习编程思想和培养计算思维。
Swift Playgrounds的优势
我们探索了多个基于iPad的编程APP：Scratch Jr、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Swift Playgrounds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Swift Playgrounds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Swift Playgrounds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、英语等學科的学习有所帮助。
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，Swift Playgrounds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Swift Playgrounds是蘋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Swift Playgrounds，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。参考论文
（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Swift Playgrounds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。