Scratch在初中數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用探析

劉冬冬

關(guān)鍵詞：Scratch；初中數(shù)學(xué)；應(yīng)用意義；應(yīng)用途徑

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）02-0121-03

1 引言

21世紀(jì)是信息技術(shù)飛速發(fā)展的時代，每個人都必須具備21世紀(jì)的學(xué)習(xí)技能，才能更好地迎接全球化時代的挑戰(zhàn)。教師作為學(xué)生個體發(fā)展的促進(jìn)者和引導(dǎo)者，應(yīng)在日常教學(xué)中有意識地培養(yǎng)學(xué)生各方面的素養(yǎng)與技能，使之成為符合21世紀(jì)所需的人才。對于初中生而言，他們在感覺與記憶、注意與興趣、思維與想象、情感與意志等方面都有著鮮明的個性，教師在教育實(shí)踐中需要充分考慮學(xué)生的身心發(fā)展特點(diǎn)，以最有效的方式進(jìn)行教學(xué)[1]。而數(shù)學(xué)是初中學(xué)生學(xué)習(xí)困難較大的學(xué)科之一。教育部在《義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》中提出，要合理利用現(xiàn)代信息技術(shù)，創(chuàng)設(shè)信息化學(xué)習(xí)環(huán)境，設(shè)計(jì)生動的教學(xué)活動，促進(jìn)信息技術(shù)與數(shù)學(xué)課程融合，同時教學(xué)活動要能夠促進(jìn)學(xué)生發(fā)展，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引發(fā)學(xué)生積極思考[2]。將Scratch應(yīng)用到初中數(shù)學(xué)課堂教學(xué)中，可以實(shí)現(xiàn)教與學(xué)方式的轉(zhuǎn)變，助力于學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)科知識學(xué)習(xí)與思維能力發(fā)展，為學(xué)生未來進(jìn)行更深層次的學(xué)習(xí)做準(zhǔn)備。

2 當(dāng)前初中數(shù)學(xué)教學(xué)存在的問題

隨著新課程改革的開展，我國的初中數(shù)學(xué)課堂教學(xué)取得了一定的成效，但一些固有的問題仍存在。部分初中學(xué)生在學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的過程中存在：難以記憶數(shù)學(xué)概念與性質(zhì)、難以理解數(shù)學(xué)語言、難以區(qū)分?jǐn)?shù)字符號與構(gòu)建空間、抽象思維能力弱、識別和利用算法解決數(shù)學(xué)問題的元認(rèn)知能力弱等問題[3]。初中學(xué)生對數(shù)學(xué)概念理解不夠深刻，在進(jìn)行數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)時存在死記硬背的現(xiàn)象[4]。例如，在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生更多的是將數(shù)學(xué)公式記住，然后在解題時將數(shù)字代入公式中。而事實(shí)上，即使在使用公式時，學(xué)生也難以充分理解問題解決過程的合理性及其意義。而大多數(shù)初中數(shù)學(xué)教師仍然采用講授法和問答法來進(jìn)行數(shù)學(xué)教學(xué)，這意味著教學(xué)過程的中心仍然是教師，而學(xué)生的活動只局限于提問和回答，學(xué)生的知識獲取僅來源于教師，學(xué)生的主體地位沒有得到體現(xiàn)。教師沒有很好地引導(dǎo)學(xué)生對數(shù)學(xué)知識進(jìn)行思考，學(xué)生只是被動地接受，學(xué)生的思維技能沒有得到很好的鍛煉，這導(dǎo)致學(xué)生不喜歡思考數(shù)學(xué)問題，難以有效地發(fā)現(xiàn)與提出問題，學(xué)習(xí)興趣也較低。因此，初中數(shù)學(xué)教學(xué)亟須做出改變，要積極創(chuàng)設(shè)以學(xué)生的核心素養(yǎng)發(fā)展為導(dǎo)向的課堂，促進(jìn)學(xué)生對數(shù)學(xué)知識的理解，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，培養(yǎng)學(xué)生的思維技能。

3 Scratch 的特點(diǎn)

3.1 簡單易操作

Scratch 讓編程變得簡單，學(xué)習(xí)起來更有趣。Scratch的操作界面簡單，且易于使用。Scratch用戶不需要掌握J(rèn)ava、C++、Python等編程語言，編程的概念以積木塊的形式體現(xiàn)，Scratch的“修補(bǔ)性”功能支持學(xué)生將積木塊進(jìn)行組合、拆分。Scratch用戶只需要掌握他們想要從事的項(xiàng)目的邏輯，就可以創(chuàng)建出有趣的動畫、游戲等應(yīng)用程序。

3.2 多元表征

Scratch是一個具有視覺、聽覺、數(shù)字和符號表征的平臺，各個表征之間可以直接交互[5]。用戶在Scratch中創(chuàng)建應(yīng)用程序或修改現(xiàn)有程序時，就使用了視覺表征以及和運(yùn)動相聯(lián)系的數(shù)字與符號表征，如果在程序中加入了聲音特效，則使用了聽覺表征。從組合表征中獲得的信息往往比從單一表征中獲得的信息更多，用戶會將不同表征信息建立聯(lián)系，從而促進(jìn)理解。

3.3 動態(tài)交互

Scratch 可以實(shí)現(xiàn)用戶與媒體之間的動態(tài)交互。在創(chuàng)作階段，Scratch支持用戶集成視頻或音樂剪輯，選擇和移動積木塊，并直接在屏幕上輸入數(shù)據(jù)，來創(chuàng)建交互式故事、動畫或游戲。而在程序應(yīng)用階段，用戶可以通過輸入程序要求的指令，實(shí)現(xiàn)與程序的動態(tài)交互。Scratch還可以實(shí)現(xiàn)用戶與用戶之間的動態(tài)交互。Scratch有專門的分享平臺，如國內(nèi)的騰訊扣叮等，用戶能夠在平臺上分享自己的項(xiàng)目或?yàn)g覽其他用戶的項(xiàng)目，并進(jìn)行評論交流與學(xué)習(xí)。

3.4 及時反饋

在Scratch中，當(dāng)用戶拖拽積木塊至腳本區(qū)進(jìn)行組合拆分時，程序運(yùn)行后用戶將在屏幕上看到其效果，而這種反饋是及時的。當(dāng)用戶對編碼腳本的組合順序、數(shù)字和符號等進(jìn)行修改時，也可以得到及時的視覺效果反饋。而用戶在根據(jù)應(yīng)用程序的指令輸入數(shù)據(jù)時，也同樣能及時收到數(shù)據(jù)輸入正誤的反饋，如聲音提示、文本提示等。

4 Scratch 在初中數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用意義

4.1 促進(jìn)學(xué)生對數(shù)學(xué)知識的理解

記憶數(shù)學(xué)概念性質(zhì)與理解數(shù)學(xué)語言是初中學(xué)生普遍存在的困難，Scratch可以對編程中過程性的錯誤步驟進(jìn)行評估與糾正，幫助學(xué)生理解數(shù)學(xué)知識和編程概念。在Scratch中，不同顏色形狀的積木塊代表不同的功能，且僅能用正確的語法進(jìn)行組合，來防止學(xué)生出現(xiàn)低級錯誤。學(xué)生在進(jìn)行Scratch編程時能夠?qū)徱曌陨淼南敕ǎ?shí)踐嘗試，編程的結(jié)果也能夠立即獲得，這有利于在必要時調(diào)試存在的錯誤概念與技術(shù)。在這個過程中，學(xué)生開始關(guān)注自己的學(xué)習(xí)，并對不同結(jié)果背后的原因進(jìn)行思考與解釋。Scratch支持向?qū)W生教授困難的數(shù)學(xué)概念，Scratch的應(yīng)用可以生成具有教育意義的、引人入勝的可視化內(nèi)容。Scratch將抽象、靜態(tài)的數(shù)學(xué)內(nèi)容以形象、動態(tài)的方式呈現(xiàn)，直觀地揭示其內(nèi)在的原理和邏輯[6]。Scratch的可視化編程環(huán)境使學(xué)生能夠以不同的方式接觸和解釋數(shù)學(xué)思想，使嚴(yán)謹(jǐn)、枯燥的數(shù)學(xué)概念與問題以更加清晰、直觀的方式呈現(xiàn)，促進(jìn)學(xué)生數(shù)學(xué)知識的學(xué)習(xí)以及知識的保留。而Scratch動態(tài)互動的本質(zhì)，能以特定的方式促進(jìn)學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的體驗(yàn)以及對數(shù)學(xué)知識的理解和掌握，使學(xué)生探索原本無法深入達(dá)到的數(shù)學(xué)知識領(lǐng)域。

4.2 促進(jìn)學(xué)生的主動參與

在初中數(shù)學(xué)教學(xué)中使用Scratch，可以在讓學(xué)生以系統(tǒng)而有意義的方式理解數(shù)學(xué)問題材料的基礎(chǔ)上，促進(jìn)學(xué)生的主動參與。融合Scratch的數(shù)學(xué)教學(xué)活動支持合作與分享，能夠充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，提高學(xué)生參與學(xué)習(xí)的積極性。Scratch在數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用也能為合作學(xué)習(xí)的開展提供條件，合作學(xué)習(xí)具有促進(jìn)學(xué)生非定向探索和發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)學(xué)科知識與編程技能的潛力，其他學(xué)生的想法可能會對學(xué)生個人的思維過程產(chǎn)生潛在的影響，尤其有利于幫助學(xué)生個體解釋尚未完全形成的想法或?qū)σ延械念A(yù)測進(jìn)行梳理、驗(yàn)證。在此過程中，學(xué)生的主體性得以體現(xiàn)，學(xué)習(xí)積極性得以提高。此外，Scratch的應(yīng)用可以讓數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)變得更加有趣、更有吸引力。Scratch的應(yīng)用打破了傳統(tǒng)數(shù)學(xué)課堂中死氣沉沉的氛圍，提高了學(xué)生的課堂參與度和活躍程度[7]。Scratch為學(xué)生提供了豐富的學(xué)習(xí)環(huán)境，它允許學(xué)生創(chuàng)建媒體形式豐富的、交互式的、對個人有重要意義的應(yīng)用程序，包括動畫、音樂視頻和游戲等。Scratch程序運(yùn)行后出現(xiàn)的具有吸引力的圖案或者有趣的動畫，都能讓學(xué)生感到興奮，讓學(xué)生對數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)變得更有熱情、更加積極。

4.3 促進(jìn)學(xué)生思維技能的發(fā)展

編程本身對于學(xué)習(xí)者思維技能的發(fā)展具有固有的優(yōu)勢。在初中數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生需要對數(shù)學(xué)知識概念的重要性進(jìn)行思考識別，而編程語言本身也是輔助“思考”的工具。將Scratch融入初中數(shù)學(xué)教學(xué)，可以為數(shù)學(xué)概念的學(xué)習(xí)，如坐標(biāo)、變量和函數(shù)等，提供關(guān)鍵的思路與見解，幫助學(xué)生進(jìn)行問題的歸納，在這個過程中學(xué)生的邏輯思維和分析推理能力得到鍛煉。

在解決數(shù)學(xué)問題時，教學(xué)活動與編程視角的實(shí)踐相結(jié)合，學(xué)生使用抽象思維對程序運(yùn)行過程進(jìn)行預(yù)測與制定，而后測試、反思、修改積木塊，其間學(xué)生根據(jù)反饋結(jié)果來測試與調(diào)試想法，使用創(chuàng)造性的方法來解決他們在編碼中遇到的問題，學(xué)生的數(shù)學(xué)思維、編程技能、計(jì)算思維和創(chuàng)造能力都得到了進(jìn)化與發(fā)展。也因積木塊易于組合與分解，當(dāng)編程腳本發(fā)生改變時，程序內(nèi)部的及時視覺反饋以及同學(xué)、老師的反饋和建議，都會導(dǎo)致反思與重新編碼。學(xué)習(xí)者將重新定位他們的視角，并以新的視角重新參與任務(wù)，學(xué)生的批判思維技能、元認(rèn)知技能以及反思技能等都能夠在此迭代的過程中得以體現(xiàn)和發(fā)展。此外，Scratch在數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，可以促進(jìn)學(xué)生關(guān)于數(shù)學(xué)問題解決過程或經(jīng)驗(yàn)的探討，使學(xué)生對數(shù)學(xué)問題及難題的結(jié)構(gòu)、發(fā)展等進(jìn)行充分討論。在此過程中，學(xué)生的空間意識、數(shù)據(jù)觀念，以及對角度的理解等數(shù)學(xué)能力，都在一定程度上得到發(fā)展。

5 Scratch 在初中數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用途徑

5.1 情境創(chuàng)設(shè)

有效的教學(xué)情境創(chuàng)設(shè)，可以吸引學(xué)生的注意力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并產(chǎn)出具有價值的數(shù)學(xué)問題，從而進(jìn)一步推進(jìn)初中數(shù)學(xué)課堂教學(xué)的進(jìn)程。而Scratch可以為初中數(shù)學(xué)教學(xué)課堂導(dǎo)入、數(shù)學(xué)問題背景等情境的創(chuàng)設(shè)提供技術(shù)支持。需要關(guān)注的是，教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)需要緊密圍繞數(shù)學(xué)知識點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，與學(xué)生現(xiàn)實(shí)生活實(shí)際相關(guān)聯(lián)，契合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展水平。

教師可以圍繞教學(xué)內(nèi)容設(shè)置問題情境、提出問題，讓學(xué)生討論如何在Scratch中進(jìn)行表示或應(yīng)用。以人教版數(shù)學(xué)七年級下冊《7.1.2 平面直角坐標(biāo)系》為例。如圖1所示，通過讓學(xué)生借助Scratch程序幫助小猴子吃到香蕉這一情境的創(chuàng)設(shè)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生主動去學(xué)習(xí)平面直角坐標(biāo)系的數(shù)軸、坐標(biāo)等相關(guān)知識，并在編程的過程運(yùn)用與深化。此外，教師可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行角色扮演和表演，增強(qiáng)學(xué)生的代入感與參與感，促進(jìn)問題的分析與解決。例如，在教授人教版數(shù)學(xué)八年級下冊《18.2.3 正方形》的概念、性質(zhì)等內(nèi)容的時候，可以鼓勵學(xué)生扮演Scratch程序默認(rèn)的小貓角色，來想象如何畫出一個正方形。

5.2 學(xué)習(xí)活動的開展

在初中數(shù)學(xué)課堂中，可以設(shè)計(jì)與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的Scratch問題解決活動，并以小組合作的形式開展，以充分調(diào)動和發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，突出學(xué)生的主體地位，促進(jìn)學(xué)生自我導(dǎo)向性思維技能的培養(yǎng)，提高學(xué)生的問題解決能力和學(xué)習(xí)成效。

例如，人教版數(shù)學(xué)九年級上冊《23.1 圖形的旋轉(zhuǎn)》一課的學(xué)習(xí)活動可以設(shè)置為：讓學(xué)生通過小組合作，在Scratch中創(chuàng)建通過等邊三角形旋轉(zhuǎn)而得到的“風(fēng)車”程序。要完成該編程設(shè)計(jì)，學(xué)生首先要掌握Scratch中旋轉(zhuǎn)積木塊的應(yīng)用，教師可以提供旋轉(zhuǎn)角度的例子，為探究學(xué)習(xí)活動的進(jìn)一步開展提供支持。此外，教師要引導(dǎo)學(xué)生在動手操作前，對目標(biāo)程序的實(shí)現(xiàn)步驟進(jìn)行分解，厘清問題解決的邏輯思路。與此同時，教師也應(yīng)鼓勵學(xué)生進(jìn)行大膽地創(chuàng)新，例如制作彩色的風(fēng)車等，進(jìn)行持續(xù)的改進(jìn)。

在制作完成后，教師可以組織項(xiàng)目作品展示交流活動，讓學(xué)生對自己小組的設(shè)計(jì)以及設(shè)計(jì)中蘊(yùn)含的數(shù)學(xué)知識進(jìn)行介紹，通過匯報(bào)來鼓勵學(xué)生進(jìn)行更好的設(shè)計(jì)與創(chuàng)作，以及對Scratch與數(shù)學(xué)之間的聯(lián)系進(jìn)行反思，促進(jìn)學(xué)生對數(shù)學(xué)概念、性質(zhì)等知識的歸納與理解。

5.3 鞏固練習(xí)

課堂練習(xí)是數(shù)學(xué)教學(xué)過程中的重要一環(huán)。課堂練習(xí)為學(xué)生提供了一個知識應(yīng)用的途徑，能夠促進(jìn)學(xué)生對新知識的理解與掌握，使學(xué)生更好地進(jìn)行知識的建構(gòu)，同時也能快速地檢驗(yàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)成效，將練習(xí)結(jié)果作為學(xué)生學(xué)習(xí)效果評估的參考依據(jù)。教師可以借助Scratch制作數(shù)字內(nèi)容，開發(fā)互動游戲程序，在練習(xí)程序中為學(xué)生提供及時的答案反饋，實(shí)現(xiàn)動態(tài)交互，可視化抽象內(nèi)容，提高學(xué)生的批判性思維。教師還可以設(shè)置分組競答賽制，吸引學(xué)生的注意力，提高學(xué)生參與練習(xí)的積極性與主動性。此外，制作好的練習(xí)程序可以通過Scratch平臺共享給學(xué)生，供有需求的學(xué)生課后進(jìn)行學(xué)習(xí)與練習(xí)。

例如，教師可以就人教版數(shù)學(xué)七年級下冊《7.1.2 平面直角坐標(biāo)系》一課，開發(fā)一個“猜坐標(biāo)”的互動游戲。每一次游戲運(yùn)行時，目標(biāo)點(diǎn)會隨機(jī)移動到舞臺的不同位置。學(xué)生需要輸入X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)，游戲程序會對輸入的答案進(jìn)行檢查，并提供相應(yīng)的反饋，借助游戲音效和提示語，給學(xué)生帶來不同的課堂練習(xí)體驗(yàn)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

6 結(jié)語

著眼于當(dāng)前初中數(shù)學(xué)教學(xué)中存在的問題以及Scratch自身的特點(diǎn)，Scratch在初中數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用具有巨大的可能性與意義。教師可以將Scratch融入初中數(shù)學(xué)教學(xué)的情境創(chuàng)設(shè)、學(xué)習(xí)活動的開展以及鞏固練習(xí)等教學(xué)設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)教學(xué)方式的改變，進(jìn)一步豐富數(shù)學(xué)課堂教學(xué)內(nèi)容。Scratch與初中數(shù)學(xué)教學(xué)的整合，使數(shù)學(xué)教學(xué)不只局限于學(xué)生數(shù)學(xué)知識概念的獲取，也使Scratch超越了編程語言的功能，允許學(xué)生通過創(chuàng)建各種程序項(xiàng)目來學(xué)習(xí)和檢查數(shù)學(xué)知識，促進(jìn)學(xué)生對數(shù)學(xué)知識概念的理解以及思維技能的發(fā)展。學(xué)生從單純的程序應(yīng)用者，轉(zhuǎn)變成為程序的創(chuàng)造者。教師應(yīng)該積極探索實(shí)踐，將Scratch更好地融入數(shù)學(xué)及其他學(xué)段學(xué)科課程教學(xué)中，在推進(jìn)教與學(xué)的同時，實(shí)現(xiàn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展，提高學(xué)生在數(shù)字化時代面對各種現(xiàn)代化競爭的能力，培養(yǎng)學(xué)生成為面向21世紀(jì)的國際化人才。