基于可視化編程的跨學(xué)科融合教學(xué)實(shí)踐

朱景

可視化編程是以搭積木的方式快速實(shí)現(xiàn)程序編寫，支持小學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)故事、游戲編程及動(dòng)畫編程等開發(fā)活動(dòng)，它的加入為信息技術(shù)課程教學(xué)注入了新的活力，為學(xué)生的發(fā)展提供了廣闊的空間，它讓學(xué)生能夠在圖形化的環(huán)境下輕松掌握程序設(shè)計(jì)的精髓，對培養(yǎng)學(xué)生的表達(dá)能力、思維能力、創(chuàng)造能力以及解決問題能力有著非常重要的作用。但如果只講授可視化編程的知識，內(nèi)容會比較單一且不契合生活實(shí)際，學(xué)生積極性不高，可如果把它與各學(xué)科融合在一起，則能有更廣闊的天地。基于可視化編程的跨學(xué)科融合教學(xué)是從初期案例模仿學(xué)習(xí)開始，學(xué)習(xí)基本的編程方法，掌握一定的編程思路，到后來融合各學(xué)科和生活的實(shí)例舉一反三、觸類旁通，設(shè)計(jì)各種程序，逐步提高編程技能和思維水平。融合是相互支撐的，與此同時(shí)提高的還有各學(xué)科本身的技能、體驗(yàn)、情感和價(jià)值觀。

● 與語文融合，品味傳統(tǒng)經(jīng)典

可視化的圖形編程工具非常適合小學(xué)生進(jìn)行交互式多媒體作品創(chuàng)作，通過可視化編程創(chuàng)作交互式多媒體作品，不僅可以提高學(xué)生對語文傳統(tǒng)文化的理解和可視化編程能力，還可以引導(dǎo)學(xué)生將自己的想法分享給其他人。

講成語故事是品味中國傳統(tǒng)文化的一種常見方式，但是在以往的語文課上，要么是要求學(xué)生把成語故事書讀一讀，要么教師百度一段故事和圖片進(jìn)行呈現(xiàn)，這樣常讓學(xué)生覺得索然無味。筆者認(rèn)為，可視化編程教學(xué)與語文融合可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)語文課堂教學(xué)的不足，可以幫助學(xué)生開展自主探索，養(yǎng)成學(xué)生善于鉆研、勇于創(chuàng)新的品質(zhì)。

例如，筆者以“成語故事我來講給你聽”為創(chuàng)設(shè)主題，提出了下面的任務(wù)要求：通過了解到的成語知識、學(xué)到的可視化編程技能，選擇你印象最深刻的一個(gè)成語，經(jīng)過合理組織安排，編寫一個(gè)小動(dòng)畫，并用可視化編程來講述這個(gè)故事。在動(dòng)畫的編寫繪制過程中，如果遇到困難，可以向語文、美術(shù)和信息技術(shù)老師求助，在完成故事的同時(shí)一定要講出新意，最終我們一起評出最有創(chuàng)意的作品。學(xué)生在接受到這個(gè)任務(wù)后就主動(dòng)研究起成語故事的內(nèi)涵，挖掘故事背后的故事，豐富故事情節(jié)，研究繪制的背景和角色，設(shè)計(jì)角色動(dòng)作，思考如何用可視化編程去搭建腳本。學(xué)生在制作的過程中，不僅提高了可視化編程的技能，而且也加深了對成語的理解以及對繪畫水平的提升，在圖文聲并茂講故事時(shí)，更是提升了表達(dá)能力，獲得了一次最好的體驗(yàn)。

● 與數(shù)學(xué)融合，鍛煉思維能力

信息技術(shù)編程和數(shù)學(xué)兩門學(xué)科的聯(lián)系從本質(zhì)上來說是非常緊密的，可以說，數(shù)學(xué)是理論，編程是使用理論的工具。學(xué)生在學(xué)習(xí)編程知識的同時(shí)，也能反過來對數(shù)學(xué)知識進(jìn)行更直觀的理解、更深刻的認(rèn)識。

“雞兔同籠”問題是指已知雞和兔的總頭數(shù)和總足數(shù)，求雞和兔各多少只的一類應(yīng)用題，是小學(xué)生最害怕的數(shù)學(xué)問題之一。例如，籠子里有若干只雞和兔，從上面數(shù)有10個(gè)頭，從下面數(shù)有32只腳，雞和兔各有多少只？解題的方法有列表法、畫圖法、砍足法、假設(shè)法等，有的數(shù)學(xué)教師講了一節(jié)課，寫了一黑板，但學(xué)生卻仍是一頭霧水。其實(shí)通過編寫程序就能夠讓學(xué)生徹底弄明白解題方法的來龍去脈，也可以用編寫的程序方便今后的計(jì)算，更能培養(yǎng)思維能力，體驗(yàn)數(shù)學(xué)與可視化編程融合帶來的樂趣。

首先，要選擇適合的搭建腳本的方法，筆者幫學(xué)生重新梳理了假設(shè)法：假設(shè)籠子里都是雞，那么腳的總只數(shù)就會比實(shí)際少，而少算的腳的只數(shù)就是少算的兔子的腳只數(shù)，每只兔子少算（4-2）只腳，少算的腳只數(shù)里有幾個(gè)2，就有幾只兔子。公式：兔的只數(shù)=（總足數(shù)-總頭數(shù)×2）÷（4-2）;雞的只數(shù)=總頭數(shù)-兔的只數(shù)。其次，要把這個(gè)公式轉(zhuǎn)換為編程的腳本，在搭建腳本的過程中要對這個(gè)過程再進(jìn)行上下聯(lián)系和調(diào)試，并最終通過計(jì)算得出結(jié)果，后續(xù)引申到“車船問題”“買票問題”就水到渠成了。

● 與科學(xué)融合，探索大千世界

可視化編程和科學(xué)實(shí)驗(yàn)操作都是為了培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，培養(yǎng)其創(chuàng)新思維。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中圍繞具有挑戰(zhàn)性的問題，全身心投入和體驗(yàn)，能夠有效提高積極的學(xué)習(xí)態(tài)度、綜合的知識技能和豐富的情感體驗(yàn)。

例如，天平用于稱量物體質(zhì)量，狹義上也叫托盤天平，是科學(xué)實(shí)驗(yàn)操作中常用的儀器。平衡螺母、物體、砝碼以及游碼在標(biāo)尺上分度值和位置之間是一種彼此聯(lián)系而又非常復(fù)雜的邏輯關(guān)系，學(xué)生一時(shí)很難理解，筆者引導(dǎo)學(xué)生用可視化編程來編寫天平平衡程序，使學(xué)生在編寫腳本中逐步理解這種關(guān)系。編寫時(shí)的焦點(diǎn)是如何讓左托盤的質(zhì)量等于右托盤的質(zhì)量，這時(shí)就可以結(jié)合“變量”的概念和應(yīng)用，設(shè)置兩個(gè)變量，左托盤變量=左托盤物體質(zhì)量+左平衡螺母位置，右托盤變量=右托盤砝碼質(zhì)量+右平衡螺母位置+0.2×游碼在標(biāo)尺的位置，最后比較兩個(gè)變量大小，從而達(dá)到天平左右平衡，同時(shí)學(xué)生也就能更好地理解平衡螺母、物體、砝碼以及游碼之間的聯(lián)系。

● 與創(chuàng)客融合，解決生活實(shí)際問題

可視化編程與Arduino主板可以很好地結(jié)合，制作出各種各樣符合生活實(shí)際應(yīng)用需求的創(chuàng)客作品。筆者所在學(xué)校的創(chuàng)客社團(tuán)，以解決生活實(shí)際問題為出發(fā)點(diǎn)，設(shè)計(jì)了智能交通信號燈、滅火機(jī)器人、巡線打高爾夫球機(jī)器人等多個(gè)創(chuàng)客作品，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生思維、實(shí)踐操作和創(chuàng)新能力。

例如，在智能交通信號燈程序的設(shè)計(jì)中，教師先帶領(lǐng)學(xué)生實(shí)地觀察，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)十字路口信號燈的運(yùn)行規(guī)律。然后把運(yùn)行規(guī)律的自然語言轉(zhuǎn)換為編程語言，用可視化編程來搭建腳本，通過Arduino主板和LED燈來實(shí)現(xiàn)交通信號燈的變化，最后成功解決十字路口信號燈自動(dòng)顯示的實(shí)際問題。另外，教師在此基礎(chǔ)上還可以拓展延伸，如南北方向車輛尤其多的問題、晚上9點(diǎn)后四個(gè)方向都不斷閃黃燈問題、丁字路口交通信號燈變化問題等，這些問題都是學(xué)生能夠親身經(jīng)歷和感受的，因而能夠很好地激發(fā)學(xué)生的積極性，充分發(fā)揮其想象力并敢于實(shí)踐。

● 結(jié)語

基于可視化編程的跨學(xué)科融合教學(xué)要尋找到各學(xué)科之間的連接點(diǎn)，將離散的課程知識用跨學(xué)科的問題串聯(lián)起來，強(qiáng)調(diào)教學(xué)過程中的深層次應(yīng)用，營造學(xué)生自主探索、協(xié)同合作的數(shù)字化環(huán)境，進(jìn)而改變課堂教學(xué)的架構(gòu)和模式，促進(jìn)信息技術(shù)課堂教學(xué)變革，達(dá)到利用跨學(xué)科融合優(yōu)化課堂教學(xué)、改變學(xué)習(xí)方式、提升學(xué)生素養(yǎng)的目標(biāo)。