圖形化編程在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用研究

陳梓桐

【摘要】圖形化編程因其作品趣味性高，交互性強和編程門檻低等優(yōu)勢，應(yīng)用在小學(xué)數(shù)學(xué)的教學(xué)中能有較好的效果，一方面能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生知識和技能的掌握并運用在實際生活中。另一方面，有利于培養(yǎng)學(xué)生的計算思維和創(chuàng)新意識，實現(xiàn)學(xué)生的全面發(fā)展。為了了解圖形化編程在教學(xué)過程中的作用，對相關(guān)的教學(xué)案例進(jìn)行分析研究，發(fā)現(xiàn)圖形化編程在創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境、動態(tài)呈現(xiàn)知識、加強知識鞏固三個方面對小學(xué)數(shù)學(xué)起到積極作用，為小學(xué)數(shù)學(xué)教育研究的發(fā)展提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】圖形化編程;信息技術(shù);小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)

一、問題的提出

《義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》要求落實數(shù)學(xué)素養(yǎng)的教育必須推動學(xué)生的全面發(fā)展，推動學(xué)生在理解數(shù)學(xué)知識和掌握操作技能的基礎(chǔ)上，在具體的生活情境中解決相關(guān)的實際問題，而且對于培養(yǎng)學(xué)生的計算思維和創(chuàng)新意識都有著非同小可的意義。王尚志教授著重點出深刻理解數(shù)學(xué)知識蘊含的算理，掌握運用數(shù)學(xué)知識解決課堂上數(shù)學(xué)問題與生活中數(shù)學(xué)問題的能力和培養(yǎng)能夠運用數(shù)學(xué)知識進(jìn)行適當(dāng)創(chuàng)新是數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)的重要要求。

STEM教育作為培養(yǎng)科技創(chuàng)新能力人才的重要手段，主要目的是將科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)這四個學(xué)科有機地、深層次地結(jié)合在一起，形成把已經(jīng)掌握的不同學(xué)科的零散知識和簡單的機械操作過程轉(zhuǎn)化成研究現(xiàn)實生活中事物之間相互聯(lián)系的各個方面的綜合性素養(yǎng)，其核心特征為跨越學(xué)科之間的界限，充滿學(xué)習(xí)的趣味性和創(chuàng)造的成就感，學(xué)習(xí)過程有學(xué)生主動的親身實踐活動，緊密的小組協(xié)作活動和學(xué)生通過教師提出的問題并提出猜想從而動手驗證。

圖形化編程，如，Mithon、Scratch、編程貓等，是通過搭建命令積木來編寫程序，對教師的編程能力要求較低，并且能夠制作出生動的故事情境，有聲音和動畫效果。學(xué)生能夠動手體驗并獲得及時反饋的作品。

本研究根據(jù)具體實例，分析圖形化編程在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中產(chǎn)生的積極作用，為實際的小學(xué)數(shù)學(xué)的教學(xué)課堂提供參考。

二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1996年、2000年、2010年、2015年，美國循序漸進(jìn)地推出4個國家教育技術(shù)規(guī)劃，目的都是為了推動信息技術(shù)更有效地輔助學(xué)科教學(xué)，深入與教學(xué)過程結(jié)合，更有效地提高課堂教學(xué)效果。在此前提下，美國教育屆十分重視利用圖形化編程來支持STEM教育，培養(yǎng)更加全面的科技創(chuàng)新人才。美國學(xué)者富蘭克林在教學(xué)過程中融入Scratch，發(fā)現(xiàn)參與的學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中更加具有學(xué)習(xí)熱情，積極開展小組活動進(jìn)行自主探究，對知識的理解更加深入。2013年，日本計算機教育家安倍和宏編寫了服務(wù)于中小學(xué)生的Scratch教材，其中提供大量的Scratch與學(xué)科融合的優(yōu)秀案例，點明了利用圖形化編程在優(yōu)化教學(xué)過程，提高教學(xué)質(zhì)量中發(fā)揮的重要作用，同時激發(fā)了日本人民對于創(chuàng)客文化的關(guān)注和熱情。

理論方面，通過在知網(wǎng)上進(jìn)行搜索，國內(nèi)關(guān)于圖形化編程運用于小學(xué)數(shù)學(xué)的相關(guān)文獻(xiàn)比較少，起步于2009年，相對于歐美國家和日本是比較遲的，相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)量相對較少，而且主要以一線小學(xué)數(shù)學(xué)教師的論文為主，但是研究生和博士生等高端技術(shù)人才的更深層次、更豐富的研究相對較少。實踐方面，江蘇江陰市城南中心小學(xué)的曹鳳娟教師引導(dǎo)學(xué)生利用Scratch編寫程序解決從122到988中，兩個數(shù)位上的數(shù)相同的有多少個？如122（不包括三個數(shù)均相等，如222）這一數(shù)學(xué)問題，利用編程知識中的數(shù)位分離的知識，不僅讓學(xué)生感受到編程與數(shù)學(xué)相結(jié)合的魅力，獲得新鮮感和成績感，而且培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識和從多個側(cè)面思考問題，符合STEM教育的理念。還有，佛山市順德區(qū)的謝秋平教師利用圖形化編程動態(tài)呈現(xiàn)了當(dāng)藍(lán)色鉛筆畫一次和紅色鉛筆畫20次，學(xué)生觀察到兩條線段的粗細(xì)仍是一樣的。直接的動畫效果，讓學(xué)生明白“線段只有長度，沒有粗細(xì)”這一知識點，有效幫助學(xué)生理解抽象的數(shù)學(xué)概念。此外，秦皇島開發(fā)區(qū)第二小學(xué)的數(shù)學(xué)教師利用Scratch制作支持四則運算的小程序，學(xué)生們利用這個程序練習(xí)口算，計算能力得到了提高。與其他教師不同的是，湖州市安吉縣第五小學(xué)的朱琴教師是讓學(xué)生利用Scratch設(shè)計一個水池，讓學(xué)生在操作過程中形成直觀幾何圖形的印象，從而鍛煉學(xué)生的空間思維能力。

三、研究目的

隨著教學(xué)改革的不斷深和素質(zhì)教育的要求，小學(xué)數(shù)學(xué)的課堂需要一股新的力量，能夠幫助教師調(diào)動學(xué)生的積極性，快速地讓學(xué)生從下課玩鬧的情緒中脫離出來，不自覺地進(jìn)入學(xué)習(xí)的狀態(tài)?，F(xiàn)如今，小學(xué)數(shù)學(xué)的課堂不再是生硬的記公式，而是需要學(xué)生理解抽象的概念，掌握算理。另一方面，教師需要更多的手段幫助學(xué)生鞏固知識。本文通過具體的實例來探究圖形化編程在小學(xué)數(shù)學(xué)的教學(xué)中發(fā)揮的作用。

四、結(jié)合圖形化編程的小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)的優(yōu)勢

1.用動畫來創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境

在小學(xué)數(shù)學(xué)課堂教學(xué)中，教師怎么激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)生的好奇心和求知欲，從而激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)欲望呢？情境教學(xué)法不失為一個好的選擇，因為將知識融入在情境化的活動中，可以讓學(xué)生通過親身實踐激活學(xué)習(xí)動機。為了引發(fā)學(xué)生的好奇心，教師可以從學(xué)生熟悉的生活化元素入手，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)生活化教學(xué)情境使學(xué)生將數(shù)學(xué)知識與生活實際聯(lián)系起來，從而讓學(xué)生在理解數(shù)學(xué)知識的同時運用數(shù)學(xué)知識解答生活中相關(guān)的實際問題。例如，在教人教版小學(xué)二年級上冊的“四則運算”這一知識時，最重要的教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生運算順序并且能夠根據(jù)四則運算的意義選擇恰當(dāng)?shù)乃惴ń鉀Q相關(guān)問題。為了更好地完成這項任務(wù)，教師利用圖形化編程以動畫的方式再現(xiàn)生活情境，情境圖展示的是張老師坐飛機的情境，其中主要包含了如下信息：北京去南京的飛機票價為1010元，張老師打算在網(wǎng)上訂購一張北京去南京的飛機票。①票務(wù)中心的機票以7折出售，但是要加上30元的送票費;②票務(wù)中心的機票打7.5折，不用收取送票費。請問，哪家票務(wù)中心更劃算。當(dāng)情境圖展示完畢后，教師將舞臺交給學(xué)生，讓學(xué)生就此展開思考、探討，如何計算出正確答案。在討論過程中，學(xué)生會運用到四則運算相關(guān)知識，將實際問題與數(shù)學(xué)知識聯(lián)系起來

2.動態(tài)呈現(xiàn)知識

小學(xué)數(shù)學(xué)教材中包含了豐富多樣的內(nèi)容，其中涉及到不少抽象、繁雜的知識，對于學(xué)生而言，存在著一定的學(xué)習(xí)難度。如若教師只是以口述的方式進(jìn)行講解，那么學(xué)生可能會難以真正、理解把握。對于這種情況，教師就可以充分發(fā)揮圖形化編程的優(yōu)勢，借助圖形化編程的動態(tài)性、交互性為學(xué)生直觀展示知識。例如，在教學(xué)“三角形”這部分知識內(nèi)容的時候，考慮到學(xué)生剛接觸三角形，難免會有陌生感，教師通過圖形化編程軟件，在課堂上為學(xué)生動態(tài)繪制三角形，學(xué)生視線一定會被吸引，注意力集中。這個時候，教師再隨機邀請學(xué)生上講臺進(jìn)行演示，此時走神的學(xué)生也會舉手，想上講臺試一試，這樣學(xué)生就能夠清晰地觀察三角形，發(fā)現(xiàn)三角形的特點從而形成深刻記憶。同時，學(xué)生對于圖形化編程也有了一個更加立體的認(rèn)知，在一定程度上開闊了學(xué)生的視野。當(dāng)然，部分對圖形化編程具有濃厚興趣的學(xué)生，可以在完成學(xué)習(xí)任務(wù)的前提下，抽出部分時間參與圖形化編程作品創(chuàng)作，為今后的發(fā)展創(chuàng)造更多的可能。

3.加強知識鞏固

當(dāng)課堂教學(xué)結(jié)束后，教師通常會結(jié)合課堂教學(xué)的內(nèi)容布置課后作業(yè)，由此幫助學(xué)生復(fù)習(xí)、鞏固課堂所學(xué)的知識。但是，一提到課后作業(yè)，大部分學(xué)生都會產(chǎn)生一定的抵觸情緒。此時，如若教師可以賦予課后作業(yè)娛樂化氣息，將圖形化編程游戲與課后作業(yè)融合起來，想必學(xué)生的熱情會更加高漲，更加主動地完成課后作業(yè)，不再將課后作業(yè)當(dāng)成“累贅”“負(fù)擔(dān)”，而是以積極的心態(tài)參與其中，最終獲得事半功倍之效。例如，在教學(xué)“小數(shù)乘法”后，為了加強學(xué)生對知識的掌握，教師可以借助圖形化編程設(shè)計“小狗出題”的小程序，讓小狗隨機出題。如，當(dāng)小狗出示“直接寫得數(shù)：①0.7×0.9=;②4.2×0.3=;③0.8×1.25=”時，學(xué)生需要按照小程序的提示答題。當(dāng)學(xué)生回答正確后，小狗會說出“答對了，你真棒”，反之小狗會說出“誒呦錯啦，請仔細(xì)思考一下吧”。在與小狗的互動中，他們不會感到乏味、枯燥，會更加認(rèn)真地完成教師布置的課后作業(yè)，達(dá)到查缺補漏、鞏固新知的目的。

五、總結(jié)

圖形化編程運用在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中，不僅符合小學(xué)數(shù)學(xué)的核心素養(yǎng)和STEM教育的要求，而且對教學(xué)手段和形式進(jìn)行了革新，為學(xué)生搭建了更加優(yōu)質(zhì)的學(xué)習(xí)平臺，吸引更多的學(xué)生主動參與數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)、探究，并從中收獲豐富新知和技能，為未來學(xué)習(xí)和成長提供有力支撐。但是，本研究仍存在不足，如缺乏親身實踐的教學(xué)設(shè)計和案例，因而會進(jìn)行下一步的研究。

參考文獻(xiàn)：

[1]于嘉文.基于數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)的小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)改革實踐研究[D].沈陽大學(xué)，2018

[2]王尚志，胡鳳娟.基于數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)的教學(xué)要點[J].上海課程教學(xué)研究，2017（4）：3-8.

[3]秦?zé)槦?全球化時代美國教育的 STEM 戰(zhàn)略[J].教育技術(shù)資訊，2007.

[4]朱莎.美國、新加坡教育信息化發(fā)展戰(zhàn)略比較研究[D].華中師范大學(xué)，2013.

[5]宋靈青，田羅樂.“互聯(lián)網(wǎng)+”時代學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展的新理路[J].中國電化教育，2017（1）：78-79.

[6]楊曉哲，任友群.高中信息技術(shù)學(xué)科的價值追求：數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新[J].中國電化教育，2017（1）：21-26.

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