李月玲
計(jì)算思維是學(xué)科核心素養(yǎng)之一,是21世紀(jì)創(chuàng)新型人才必備的基本技能。在人工智能快速發(fā)展的時(shí)代背景下,社會(huì)對人才的要求相應(yīng)提高,提升學(xué)生的核心素養(yǎng)是創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的重要內(nèi)容。隨著2017年國務(wù)院頒布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》政策實(shí)施,圖形化編程在中小學(xué)階段越來越受到重視,其作為培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的重要教學(xué)手段得到學(xué)術(shù)界的高度認(rèn)可。
學(xué)科融合教學(xué)是新一輪學(xué)科課程改革深入推進(jìn)而產(chǎn)生的育人方式,其對提升學(xué)生跨學(xué)科解決問題能力、培養(yǎng)學(xué)生多角度思維能力具有重要的促進(jìn)作用。在圖形化編程教學(xué)中有效地融入數(shù)學(xué)學(xué)科知識(shí),有利于學(xué)生思維轉(zhuǎn)換,激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí),促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維發(fā)展,從而提升學(xué)生的綜合素養(yǎng)。
一、計(jì)算思維與數(shù)學(xué)思維緊密聯(lián)系
計(jì)算思維是指個(gè)體在運(yùn)用計(jì)算科學(xué)領(lǐng)域的思想方法形成問題解決方案的過程中產(chǎn)生的一系列思維活動(dòng)。計(jì)算思維主要應(yīng)用于計(jì)算機(jī)學(xué)科領(lǐng)域,是由人和機(jī)器共同完成問題求解和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一種科學(xué)思維方法。
由此可見,人工智能時(shí)代需要我們掌握一種技能——用計(jì)算思維解決問題。數(shù)學(xué)思維是一種通過語言符號(hào),運(yùn)用數(shù)學(xué)推理、判斷等方法對數(shù)學(xué)對象進(jìn)行概括和反應(yīng)的一種大腦思維。其在問題解決的方法上主要依賴人的大腦。
計(jì)算思維與數(shù)學(xué)思維雖然在解決問題的策略上存在差異,但在解決問題的思路上具有共性:計(jì)算思維源于數(shù)學(xué)思維,用數(shù)學(xué)思維解決問題時(shí)需要強(qiáng)調(diào)定義和概念,明確問題條件,從而把握其中的函數(shù)關(guān)系,再通過歸納、推理、邏輯分析來建立數(shù)學(xué)模型,用數(shù)學(xué)公式解決問題。而這些正與計(jì)算思維解決問題過程中所發(fā)生的環(huán)節(jié)高度對應(yīng):界定問題、分解問題、抽象分析、建立模型、算法實(shí)現(xiàn),等等。所以,計(jì)算思維與數(shù)學(xué)思維之間聯(lián)系緊密,具有良好的遷移基礎(chǔ),形成良好的數(shù)學(xué)思維有利于計(jì)算思維的發(fā)展。
二、圖形化編程與數(shù)學(xué)融合教學(xué)的必要性
在人工智能迅猛發(fā)展的大環(huán)境下,教育方式需要改變,要充分發(fā)揮信息技術(shù)優(yōu)勢,推進(jìn)信息技術(shù)與教育教學(xué)的深度融合,促進(jìn)人才的培養(yǎng)與發(fā)展。
圖形化編程是目前編程教育中應(yīng)用最廣泛的一種編程方式,界面簡潔易操作,具有動(dòng)畫、游戲、仿真和建模等功能,能使抽象的問題可視化,極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,促進(jìn)學(xué)生思維方式的發(fā)展,有助于創(chuàng)新思維和計(jì)算思維的提升。
數(shù)學(xué)思維最大的特點(diǎn)是邏輯性和抽象性較強(qiáng),而數(shù)學(xué)教學(xué)要為培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)思維能力奠定基礎(chǔ)。小學(xué)中高年級(jí)學(xué)生的數(shù)學(xué)思維發(fā)展處于抽象邏輯思維發(fā)展階段,并具備一定的形式邏輯思維和辯證思維。
圖形化編程與數(shù)學(xué)之間存在著思維共性,且圖形化編程教學(xué)的對象正好是小學(xué)中高年級(jí)的學(xué)生,因此,圖形化編程極易與數(shù)學(xué)相結(jié)合。兩者融合教學(xué)后編程課不只是研究編程和算法的課程,還降低了編程的門檻和課程的學(xué)習(xí)難度,在幫助解決數(shù)學(xué)問題的過程中提升學(xué)生學(xué)習(xí)編程的熱情,促進(jìn)跨學(xué)科融合教學(xué),推動(dòng)教學(xué)模式的創(chuàng)新發(fā)展,實(shí)現(xiàn)雙學(xué)科核心素養(yǎng)的全面提升。
三、圖形化編程教學(xué)中融入小學(xué)數(shù)學(xué)知識(shí)的優(yōu)勢
圖形化編程教學(xué)中融入小學(xué)數(shù)學(xué)知識(shí),不僅可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,拓展學(xué)生視野,促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維能力的培養(yǎng),還可以提高學(xué)生解決問題的綜合能力。
1. 調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性
圖形化編程通過程序演示,把抽象的數(shù)學(xué)問題轉(zhuǎn)化成生活中的實(shí)例,將數(shù)學(xué)公式轉(zhuǎn)化成直觀的使用工具,將數(shù)學(xué)知識(shí)有效地融入編程教學(xué),有助于提升課堂趣味,調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。
例如,對于四年級(jí)編程第一課,我結(jié)合人教版小學(xué)數(shù)學(xué)三年級(jí)下冊第6單元《年月日》的知識(shí)點(diǎn),開發(fā)了一節(jié)學(xué)科融合的程序設(shè)計(jì)課《年月日的認(rèn)識(shí)》。課前,我向?qū)W生拋出一個(gè)數(shù)學(xué)問題:“每年都有12個(gè)月,其中2月的天數(shù)比較特別,今年的2月有多少天呢?”接著師生一起討論閏年的判斷規(guī)則:“能被4整除且不能被100整除的為閏年”或“能被400整除的是閏年”。學(xué)生的數(shù)學(xué)思維被充分調(diào)動(dòng)起來后,我提出疑問:“如何運(yùn)用編程貓的運(yùn)算模塊把閏年的判斷規(guī)則呈現(xiàn)出來?”引導(dǎo)學(xué)生把抽象的年份轉(zhuǎn)換為數(shù)字變量,問題就轉(zhuǎn)換為對數(shù)字的判斷。這樣的教學(xué)設(shè)計(jì),充分體現(xiàn)數(shù)學(xué)融入編程教學(xué)中的趣味性,使學(xué)生更具參與感,能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。
2. 培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力
學(xué)生具有良好的數(shù)學(xué)分析、運(yùn)算、抽象思維能力,將有助于構(gòu)建理性、邏輯的思維模式,培養(yǎng)計(jì)算思維,而圖形化編程過程中體現(xiàn)出問題分解、模式識(shí)別、抽象化和算法等計(jì)算思維能力,有利于數(shù)學(xué)思維的發(fā)展。解決數(shù)學(xué)問題有利于培養(yǎng)計(jì)算思維,教師要積極尋找數(shù)學(xué)問題與編程的融合點(diǎn),通過計(jì)算編程將問題分解、構(gòu)建模式、找出解決方案等為學(xué)生創(chuàng)設(shè)良好的思維情境。
例如,粵教版小學(xué)信息技術(shù)(A版)第三冊(上)第四課《漂亮的風(fēng)車》中,舞臺(tái)坐標(biāo)是比較抽象的知識(shí)點(diǎn),為幫助學(xué)生更好地理解并學(xué)會(huì)應(yīng)用,我巧妙地將人教版小學(xué)數(shù)學(xué)五年級(jí)上冊《位置》這一單元的數(shù)對知識(shí)與舞臺(tái)坐標(biāo)知識(shí)進(jìn)行融合。這個(gè)環(huán)節(jié)的教學(xué)主要體現(xiàn)在導(dǎo)學(xué)案的設(shè)置上。我將數(shù)學(xué)教材里的練習(xí)題和與舞臺(tái)坐標(biāo)結(jié)合改進(jìn)后的題目放在一起,讓學(xué)生通過知識(shí)遷移來理解舞臺(tái)的坐標(biāo)。學(xué)生在學(xué)習(xí)編程知識(shí)的同時(shí)鞏固了數(shù)學(xué)知識(shí),發(fā)展了空間觀念和推理能力,計(jì)算思維水平在思維訓(xùn)練過程中得到提升。
3. 提高學(xué)生解決問題的綜合能力
學(xué)生解決問題的能力是學(xué)生綜合能力發(fā)展的關(guān)鍵,與學(xué)生的創(chuàng)新應(yīng)用有密切關(guān)系,也是編程思維發(fā)展重視的能力之一。教師要善于發(fā)掘編程知識(shí)與數(shù)學(xué)生活問題相結(jié)合的教學(xué)內(nèi)容,創(chuàng)設(shè)新奇有趣的課堂情境,讓學(xué)生在鞏固數(shù)學(xué)知識(shí)的同時(shí),學(xué)會(huì)從多角度思考問題,把數(shù)學(xué)知識(shí)遷移到程序設(shè)計(jì)上,體會(huì)用編程思維解決問題的樂趣。
例如四年級(jí)數(shù)學(xué)下冊的“雞兔同籠”是一道經(jīng)典的數(shù)學(xué)趣題,也是訓(xùn)練學(xué)生邏輯思維的典型題目,我把它與編程知識(shí)進(jìn)行融合,設(shè)計(jì)了一個(gè)“雞兔同籠”的趣味游戲作品供學(xué)生拓展學(xué)習(xí)。學(xué)生輸入雞兔頭的數(shù)量和腳的數(shù)量后,經(jīng)過程序判斷和計(jì)算,分別得出雞和兔子的數(shù)量。0B8B5975-20E4-4D4A-A812-F0D7F35EAAB9
課堂中,我創(chuàng)設(shè)了問題情境,引導(dǎo)學(xué)生用數(shù)學(xué)思維分析雞兔的頭與腳之間的數(shù)量關(guān)系,接著給學(xué)生充足的時(shí)間開展小組合作探索,用編程思維設(shè)計(jì)和調(diào)試程序,最后在小組分享交流作品后引導(dǎo)學(xué)生再創(chuàng)造,優(yōu)化程序。這樣不僅能激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)作欲,還能促進(jìn)學(xué)生積極主動(dòng)思考,引發(fā)頭腦風(fēng)暴,開發(fā)思維能力和創(chuàng)造力,并在小組合作中鍛煉解決問題的能力。
四、圖形化編程教學(xué)中融入小學(xué)數(shù)學(xué)思維的策略
1. 立足編程教材,挖掘數(shù)學(xué)知識(shí)
計(jì)算思維的培養(yǎng)離不開數(shù)學(xué)概念和數(shù)學(xué)思維的支持,在圖形化編程教學(xué)中,教師要認(rèn)真研讀教材,挖掘蘊(yùn)含數(shù)學(xué)邏輯和數(shù)學(xué)思想的編程知識(shí),幫助學(xué)生在形成數(shù)學(xué)思維層面認(rèn)知的基礎(chǔ)上,運(yùn)用知識(shí)遷移掌握編程知識(shí),強(qiáng)化理解能力,提升思維能力。
粵教版小學(xué)信息技術(shù)(A版)第三冊(上)內(nèi)容多處涉及數(shù)學(xué)知識(shí),如第4課《漂亮的風(fēng)車》需要運(yùn)用“坐標(biāo)”“旋轉(zhuǎn)角度”的數(shù)學(xué)知識(shí);第5課《幸運(yùn)大轉(zhuǎn)盤》涉及的數(shù)學(xué)知識(shí)點(diǎn)有圖形角度旋轉(zhuǎn)和圖形繪制;第8課《看誰算得快》設(shè)計(jì)一個(gè)能自動(dòng)出題并判斷對錯(cuò)的程序小游戲,通過增加題數(shù)、得分等變量實(shí)現(xiàn)題數(shù)和得分的統(tǒng)計(jì),需要調(diào)用四則運(yùn)算、隨機(jī)數(shù)、變量等知識(shí)。教師在授課前,可以通過導(dǎo)學(xué)案了解學(xué)生原有數(shù)學(xué)知識(shí)基礎(chǔ),調(diào)整教學(xué)設(shè)計(jì),從而提高課堂教學(xué)效率。
2. 立足數(shù)學(xué)問題,開發(fā)編程教學(xué)案例
經(jīng)典的數(shù)學(xué)問題可以為編程游戲項(xiàng)目的開發(fā)提供豐富的素材。教師創(chuàng)設(shè)學(xué)科主題情境,引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用已掌握的知識(shí)和已形成的數(shù)學(xué)思維方式,把抽象的數(shù)學(xué)問題轉(zhuǎn)化為編程問題,讓學(xué)生帶著問題自主探索,從而提升學(xué)生的思維能力,促進(jìn)編程游戲項(xiàng)目的開發(fā)。比如,“相遇問題”“追及問題”“百錢買百雞”等是經(jīng)典的數(shù)學(xué)趣題,運(yùn)用編程思維把生活問題轉(zhuǎn)化為編程游戲項(xiàng)目,能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)編程的興趣,提高運(yùn)用編程思維解決問題的能力,促進(jìn)計(jì)算思維能力的發(fā)展。
例如,給編程提高班的學(xué)生授課時(shí),我結(jié)合五年級(jí)上冊第7章《數(shù)學(xué)廣角》中的“植樹問題”,引導(dǎo)學(xué)生開發(fā)設(shè)計(jì)一個(gè)跟植樹相關(guān)的編程游戲項(xiàng)目。
(1)以每年3月12日植樹節(jié)活動(dòng)為游戲情景,引導(dǎo)學(xué)生通過編程操作完成植樹步驟。
(2)借助數(shù)學(xué)教材里的練習(xí)題,引導(dǎo)學(xué)生通過編程把數(shù)學(xué)問題形象化,通過編程操作把植樹問題的三種情況直觀化,既幫助學(xué)生鞏固數(shù)學(xué)知識(shí),又鍛煉了學(xué)生的邏輯思維能力。
(3)拋出問題:“設(shè)計(jì)一個(gè)跟植樹相關(guān)的程序小游戲?!弊寣W(xué)生帶著問題開展小組合作、自主探索、實(shí)踐創(chuàng)作。
在作品交流環(huán)節(jié),有的小組設(shè)計(jì)了“搶樹苗”游戲;有的小組設(shè)計(jì)了“植樹知識(shí)問答”闖關(guān)游戲;還有的小組運(yùn)用知識(shí)遷移的規(guī)律,參照“打地鼠”游戲,創(chuàng)新設(shè)計(jì)了“消滅樹苗害蟲”小游戲。一輪頭腦風(fēng)暴后,學(xué)生的發(fā)散思維、創(chuàng)作思維和計(jì)算思維得到極大的提升。
五、結(jié)語
圖形化編程作為培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維、創(chuàng)新思維和計(jì)算思維的重要技能,對創(chuàng)新型人才培養(yǎng)起著重要的推動(dòng)作用。以圖形化編程教學(xué)為紐帶,進(jìn)行跨學(xué)科融合教學(xué)是一種新的突破,是一種教學(xué)模式的探索。圖形化編程與小學(xué)數(shù)學(xué)融合教學(xué),創(chuàng)設(shè)開放有度的趣味課堂,注重課程內(nèi)容的綜合性,有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,提高學(xué)生綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)和編程知識(shí)解決問題的能力。從更長遠(yuǎn)的角度看,這種融合教學(xué)能夠促進(jìn)學(xué)生跨學(xué)科思維方式的形成和計(jì)算思維能力的發(fā)展,提升學(xué)生的綜合素養(yǎng),滿足社會(huì)對創(chuàng)新型人才的需求。
責(zé)任編輯 羅 峰0B8B5975-20E4-4D4A-A812-F0D7F35EAAB9