數(shù)學(xué)與編程融合智慧教育展魅力

朱靜華

《教育信息化2.0行動計劃》在“實施行動”中提出要充實適應(yīng)信息時代、智能時代發(fā)展需要的人工智能和編程課程內(nèi)容。筆者所在學(xué)校作為無錫市新吳區(qū)重點打造的一所“智慧校園”，一直致力于探究物聯(lián)網(wǎng)與教育教學(xué)的深度融合。2019年，學(xué)校開設(shè)了以培養(yǎng)學(xué)生計算思維這一核心素養(yǎng)為目標(biāo)、基于數(shù)學(xué)與電腦編程融合的STEM整合課程。

● 數(shù)學(xué)與編程融合，踐行教育理念

基于數(shù)學(xué)與電腦編程融合的STEM整合課程將計算思維與小學(xué)數(shù)學(xué)的內(nèi)容深度融合，以項目式學(xué)習(xí)為教學(xué)模式，培養(yǎng)跨學(xué)科人才，改變了過去“以知識為中心、以教材為本位”的教學(xué)格局，此項目研究踐行了“以學(xué)習(xí)者為中心”的教育理念，體現(xiàn)了學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，教師是學(xué)習(xí)活動的組織者和引導(dǎo)者。

案例一：長方形和正方形復(fù)習(xí)（三年級）。

師：今天我們共同來復(fù)習(xí)長方形和正方形的有關(guān)知識。你能用編程軟件讓小動物自己畫一個長方形或正方形嗎？（生操作）你是怎樣編寫代碼程序的？（生演示）為什么要右轉(zhuǎn)90度？

生：因為長方形有四個直角。

師：為什么重復(fù)執(zhí)行兩次？

生：因為長方形有兩條長、兩條寬。

師：結(jié)合操作說說長方形的特征。

生：……

師：哪些同學(xué)畫的是正方形？請你來介紹一下。為什么也要右轉(zhuǎn)90度并重復(fù)執(zhí)行四次？結(jié)合操作說說正方形的特征。能讓你的圖形自己計算它的面積嗎？需要一個什么變量？（生編程，邊操作邊介紹編寫的代碼程序）怎樣檢驗?zāi)愕某绦蚰芊裼嬎忝娣e？來看這道實際問題（題略）……

課堂感悟：在融合課堂教學(xué)中，教師的角色不再是知識的提供者，而是學(xué)習(xí)活動的組織者、參與者，對學(xué)生的學(xué)習(xí)起到促進(jìn)和引領(lǐng)作用。學(xué)生不再是獲得和鞏固預(yù)定的知識、技能，而是在與教師、同伴的交流、共享中掌握所學(xué)知識和技能。在融合課堂教學(xué)過程中，教師充分發(fā)揮了學(xué)生的主動性，通過編程，學(xué)生從一個新的角度去理解數(shù)學(xué)知識。

● 數(shù)學(xué)與編程融合，培養(yǎng)核心素養(yǎng)

課堂教學(xué)不只是知識技能的教學(xué)，更應(yīng)承載著育人功能，以培養(yǎng)人的核心素養(yǎng)為宗旨?；诤诵乃仞B(yǎng)的數(shù)學(xué)課堂教學(xué)需要教師啟發(fā)學(xué)生的數(shù)學(xué)思維，最大限度地促進(jìn)學(xué)生主動學(xué)習(xí)，提升能力，逐步形成和發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)，使課堂教學(xué)真正走向“深度、深刻、深入”的境界，讓課堂教學(xué)成為學(xué)生的智慧之旅。

案例二：帕斯卡的游戲——統(tǒng)計與概率（數(shù)學(xué)校本課程）。

（1）數(shù)學(xué)文化：教師介紹帕斯卡與費馬的卓越貢獻(xiàn)。

（2）激趣引入：介紹游戲規(guī)則。（擲一個骰子4次，若是6，帕斯卡贏，費馬給他1元，若4次都不是6，費馬贏，帕斯卡給他1元。如果玩這個游戲N回合，誰會贏錢？）

（3）學(xué)生活動：①兩人一組擲骰子，把20次的實驗數(shù)據(jù)填寫在表中（如下表），計算帕斯卡的勝率。②將游戲次數(shù)設(shè)置成100次、1000次、5000次、10000次、1000000次，計算帕斯卡的勝率并完成數(shù)據(jù)統(tǒng)計圖（圖略）。

（4）學(xué)生編程：用Python編程模擬游戲過程，對游戲過程進(jìn)行建模。

（6）師生計算：帕斯卡的勝率。

（6）學(xué)生思考：算出的結(jié)果和模擬的結(jié)果是否一致？

課堂感悟：基于核心素養(yǎng)的小學(xué)數(shù)學(xué)課堂追求從“知識核心時代”走向“核心素養(yǎng)時代”，讓“教學(xué)”升華為“教育”。在本案例中，教師以核心素養(yǎng)為指導(dǎo)，通過將數(shù)學(xué)與編程融合，激起學(xué)生興趣，啟發(fā)學(xué)生思維，讓學(xué)生體驗豐富的學(xué)習(xí)活動，培養(yǎng)學(xué)科特有的思維品質(zhì)和關(guān)鍵能力，凸顯學(xué)科的育人價值。

①融入人文教育。課始，教師通過PPT向?qū)W生介紹帕斯卡和費馬在數(shù)學(xué)及其他領(lǐng)域做出的重要貢獻(xiàn)，用“數(shù)學(xué)文化”來潤澤課堂，這種人文教育兼勵志教育能促使學(xué)生人格的形成，提升其數(shù)學(xué)文化素養(yǎng)。

②培育科學(xué)精神。數(shù)學(xué)與編程的融合，實現(xiàn)了傳統(tǒng)教學(xué)無法達(dá)到的教學(xué)效果，為課堂教學(xué)注入了新的生機與活力。在本案例中，在課堂完成擲骰子20次，但其統(tǒng)計結(jié)果的信度不夠，還需要用更多次數(shù)加以佐證，于是有了擲骰子100次、500次乃至上百萬次的想法。傳統(tǒng)課堂無法實現(xiàn)，但編程后學(xué)生很容易模擬這么多次的游戲結(jié)果，通過結(jié)果再去理解數(shù)據(jù)背后的概率，學(xué)生的理解更深入，數(shù)據(jù)更有說服力。其實學(xué)生進(jìn)行編程的過程也是對數(shù)學(xué)知識運用的過程，學(xué)生從這個案例中感受到編程和數(shù)學(xué)的深度融合，能極大地提高自己在單位時間內(nèi)的學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)價值，有助于養(yǎng)成科學(xué)高效的學(xué)習(xí)方法，有利于發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)中科學(xué)精神和實踐創(chuàng)新能力。

③提升信息素養(yǎng)。信息技術(shù)素養(yǎng)是我國學(xué)生發(fā)展的六大核心素養(yǎng)之一，也是未來社會發(fā)展不可或缺的元素。隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云平臺以及智慧學(xué)習(xí)終端等技術(shù)的迅猛發(fā)展，加強學(xué)生信息素養(yǎng)的培養(yǎng)成為當(dāng)前教育的重要內(nèi)容之一。根據(jù)《教育信息化2.0行動計劃》基本原則之一的“堅持融合創(chuàng)新”，筆者嘗試在部分?jǐn)?shù)學(xué)教學(xué)內(nèi)容中融入編程元素，利用編程軟件趣味性強、簡單易學(xué)等特點，幫助學(xué)生理解數(shù)學(xué)知識，提升課堂教學(xué)質(zhì)量，同時，能讓學(xué)生更好地掌握信息技術(shù)相關(guān)知識，養(yǎng)成良好的信息素養(yǎng)。

● 小結(jié)

當(dāng)數(shù)學(xué)邂逅編程，智慧教育的理念融入了課堂，教師應(yīng)為學(xué)生積極構(gòu)建情境化、智能化、互動化的智慧學(xué)習(xí)環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)問題、思考問題、創(chuàng)造性地解決問題，實現(xiàn)“教與學(xué)”向“學(xué)與教”方式的有效轉(zhuǎn)變。