本文是一篇计算机科学论文研究，本研究通过对国内外文献的梳理比较，总结了计算思维培养和编程教育的最新研究动态，发现针对初中生基于App Inventor培养计算思维的编程教育课程资源极少。
第1章 绪论
1.1 研究背景及问题
1.1.1 研究背景
（1）计算思维是人工智能时代必备素养
2006年，周以真教授首次提出了计算思维的正式定义并明确指出计算思维代表了一种普遍适用的态度和技能，不仅仅是计算机科学家，每个人都应该学习和使用。随着人工智能时代的到来，数字化进程的不断推进和社会信息化的不断发展，对学习者和劳动者的素养提出了更高的要求。计算思维成为公民必备的素养。
21世纪是属于“数字土著”的时代，计算思维已经成为数字土著在数字环境中生存和学习的必备能力。学生能运用计算思维应对未来社会快速变化和发展带来的一系列挑战。2016年6月《面向未来：21世纪核心素养教育的全球经验》研究报告指出，各个国际组织和经济体高度重视的七个核心素质分别与计算思维呈强相关和弱相关关系。
由此可见，如今的学生要适应未来数字化的人工智能社会，计算思维是必须培养的素养之一。计算思维教育已成为世界各国适应人工智能时代教育改革的主要发展方向。他们正在思考并讨论在各个学段中培养学生的计算思维能力的模型和方法。我国于2017年正式参加了国际计算思维挑战赛，参与者根据自己的现有知识使用计算思维来完成任务。从竞赛到学科课程体系的逐步整合，计算思维已成为信息技术课程的核心素质之一[1]。2018年12月，美国STEM教育委员会发布《制定成功路线:美国STEM教育战略》提出要培养公民计算素养，推进计算思维融入所有学科。在人工智能时代背景下，开展培养计算思维的编程教育课程已成为当前教育教学改革的热点话题。
1.2 研究目的及意义
1.2.1 研究目的
（1）《基础教育信息技术课程标准（2012版）》初中阶段的“算法与程序设计”模块的指导和要求下，综合运用文献研究法、问卷调查法、行动研究法等研究方法，分析计算思维、App Inventor、思维导图等相关概念，在建构主义教学理论、基于项目的学习理论和体验式学习理论的理论基础上，设计开发适用于初中生的App Inventor程序设计课程框架。
（2）针对算法与程序设计的特点及学生学习中遇到的困难，提出在教学设计中加入思维导图辅助课堂教学，以思维导图为教师教学策略和学生学习工具，对App Inventor课程教学方法进行探索。
（3）根据课程设计，围绕创造力、算法思维、批判性思维、问题解决能力和合作技能五个计算思维组成要素进行课程的实践研究，课程环节总体划分为基础应用阶段、拓展提升阶段和综合实践阶段。在课程结束后进行教学评价，通过不断完善形成一门完整的初中App Inventor信息技术课程。
1.2.2 研究意义
首先，从理论视角出发，基础教育阶段的编程学习理论还在探索阶段，现有的编程学习理论是否适用还需验证。本研究通过现有理论与资料的分析的同时进行App Inventor编程课程实验，收集资料与整理数据，验证原有学习理论并充实基础教育编程教学的理论基础。本研究以计算思维为指导，丰富计算思维的培养方式，可为深入理解计算思维及其主导的课程实施提供认知依据。
其次，从实践视角出发，将App Inventor引入初中信息技术课堂，助力教育信息化的开展，有利于基础教育课程标准的落实。初中生的App Inventor编程课程设计，可为后续开发编程课程提供借鉴的思路、案例与方法。本研究将思维导图引入课程，可为后续教师开展编程教学设计提供方法指导。本研究通过实验得出数据，提供计算思维培养提供借鉴参考。本研究基于App Inventor的特点，设计趣味编程课程，使在中小学开展编程课程培养计算思维成可能。研究中的课程实践和案例为一线教师提供借鉴和参考。
第2章 相关概念与理论基础
2.1 相关概念
2.1.1 计算思维
计算思维最早的明确定义是由周以真教授提出的，她首次指出计算思维通过使用计算机科学的基础概念进行问题解决、系统设计以及人类行为理解的过程，其本质是抽象和自动化。到目前为止，计算思维没有正式提出统一定义，但国内外的专家学者们对计算思维的阐述都体现出了计算思维的本质特征，分解、抽象、算法等核心要素。
本研究中应用美国国际教育技术协会在2015年提出，计算思维涵盖了创造力、算法思维、批判性思维、问题解决能力、合作能力等技能。ISTE认为，计算思维是一个人问题解决能力的延伸，是通过重新聚焦发展人的创造力和批判性思维能力[47]。
2.1.2 App Inventor
App Inventor是2010年Google针对Android平台提出了一种基于浏览器的移动应用开发工具。开发者只需要使用浏览器为Android设备开发应用程序，开发者设计的程序项目会在云端储存起来。App Inventor这类图形化编程工具适合无Java基础的初学者，操作概念很类似Scratch。麻省理工学院行动学习中心在2012年正式接管App Inventor，并以MIT App Inventor的名字对外公布使用。由于麻省理工学院主要与教育机构进行合作测试，App Inventor可以在课堂上向学生推广。运用App Inventor作为教学工具的优势有很多。开发环境搭配便捷，只需在浏览器中登录网站即可开始开发设计。开发过程简单，运用模块拼接的方法进行编程，模块拼接过程可视化。中小学生不需要太多的编程理论基础，只需按照创意拖拽模块即可完成编程。
2.2 理论基础
2.2.1 建构主义教学理论
建构主义教学观是对传统教学观或客观主义教学观的批判和发展。认为学习受到外部因素及学习者的认知方法、学习动机、情感和价值观的影响[49]。在传统的教学理论和实践中，教师针对知识结构和学科结构的研究进行关注，把学生的认知结构视为“黑箱”。在这个根本问题上，建构主义提出了质疑，并迈出了重要一步。揭示了知识结构与学生认知结构二者之间的差异，提出了教学的本质不应该仅仅是知识的传授，而是师生共同创建和提升学生认知结构的一段复杂的过程。
传统的教学观念强调老师和学生对知识的传授、理解和记忆。建构主义者认为，知识并不以实体的形式存在于个体之外，而是存在于具体的、可感知的情境中。虽然通过语言符号可以赋予知识一定的外在形式，甚至一些命题被普遍接受，但并不意味着所有学习者都会对这些知识命题有一样的理解。人们根据自己的经验来建构或解释现实世界。因为每一个人的经验和对经验的信念是不同的，所以他们对知识的理解必然存在个体差异。不同的人看待事物的不同方面，每个人看待事物的角度都是不同的。由此可见，学习是一种极具个性化的行为。因为每个人都有自己对事物的理解方式，通过人与人之间的对话和谈判，人们可以了解他人那些不同的观点，他们对知识的理解就可以更加丰富和全面。由此可见，合作学习和研究性学习都受到建构主义者的高度重视。
建构主义强调学习的情景性，认为学习应该产生于学习任务中。学习者对知识的理解和构建受到特定学习情境的影响，知识在不同情境中的软件并不简单。它需要根据具体情况的特殊性重新创造知识。
在本研究中，课程大纲编织和教学设计中，遵循了建构主义教学理论，学生是教学过程的中心，是知识意义的建构者，作为教师在教学过程中起辅导、支持、促进作用。
第3章 App Inventor课程设计前期分析与大纲编制 ............................ 20
3.1 App Inventor课程设计前期分析 ....................................... 20
3.1.1 App Inventor课程现状分析 ................................... 20
3.1.2 App Inventor课程设计原则分析 ........................... 20
第4章 App Inventor教学设计与课程实践 .......................... 28
4.1 基础应用课程 .................................. 28
4.1.1 教学设计 ..................................... 28
4.1.2 教学实践与案例分析 ........................... 30
第5章 课程教学效果分析 ................................... 52
5.1 课堂表现评价总体分析 ..................................... 52
5.2 计算思维能力水平测验结果分析 .......................... 54
第5章 课程教学效果分析
5.1 课堂表现评价总体分析
本文开发并设计了16学时的课程，共分为基础应用、拓展提升和综合实践三个阶段，结合实际情况依照教学设计进行了教学实践。在教学实践过程中，每个阶段的最后进行了课堂表现评价完成《学生课堂表现评价表》并进行分数统计，共四个维度，每个维度两个评价标准。先计算每个学生的每个评价标准平均分，再计算全体学生的平均分，并将三个阶段的数据汇总，按照课堂表现评价的课堂参与、自主学习、协作学习、创新情况四个维度形成四个课堂表现评价情况变化折线图。
根据图5.1可知，学生的课堂参与度呈现先下降后回升趋势，说明在拓展提升阶段课程难度增加，学生的学习动机减弱，但在综合实践阶段有所恢复。
第6章结语
6.1 研究总结
编程能力被认为是智能时代人才的重要技能之
