小學(xué)信息技術(shù)編程教學(xué)與數(shù)學(xué)課程的融合思考與實(shí)踐

林宇芳

【摘要】小學(xué)信息技術(shù)新課程標(biāo)準(zhǔn)提倡學(xué)科融合式教育，旨在改變傳統(tǒng)信息技術(shù)課程“單兵作戰(zhàn)”的固化式教學(xué)思維與方法，以合縱橫并的教育理念打造課程教育新樣態(tài)。Scratch 編程軟件的學(xué)習(xí)是小學(xué)信息技術(shù)重要教學(xué)板塊，“計算思維”是信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)之一，其內(nèi)涵與數(shù)學(xué)抽象、推理、模型建構(gòu)有著千絲萬縷的聯(lián)系，“Scratch編程+數(shù)學(xué)”的融合教學(xué)模式，對于學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展具有積極推進(jìn)作用。故此，現(xiàn)結(jié)合小學(xué)信息技術(shù)編程教學(xué)實(shí)際，深入分析其與數(shù)學(xué)課程融合的必要意義，探索適切的融合教學(xué)策略，以期提高學(xué)生編程學(xué)習(xí)效果，助推學(xué)生核心素養(yǎng)綜合發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】小學(xué)信息技術(shù)? 編程教學(xué)? 數(shù)學(xué)? 融合策略? 意義

【課題項(xiàng)目】本文系廈門市教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2021年度立項(xiàng)課題《學(xué)科融合視角下的小學(xué)編程教學(xué)實(shí)踐研究》（課題編號：21137）的研究成果。

【中圖分類號】G623.58 ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2023）07-0052-03

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展以及信息技術(shù)在各行各業(yè)的廣泛普及，培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生信息技術(shù)素養(yǎng)成為小學(xué)信息技術(shù)課程關(guān)注的焦點(diǎn)。編程是小學(xué)信息技術(shù)課程重要教學(xué)板塊，旨在提高學(xué)生編程興趣，幫助其掌握基礎(chǔ)編程能力，促進(jìn)其計算思維深度發(fā)展。編程與數(shù)學(xué)之間存在緊密聯(lián)系，“編程+數(shù)學(xué)”的跨學(xué)科融合教育思想應(yīng)被積極重視，一方面可拓展信息技術(shù)編程教學(xué)維度，豐富教學(xué)資源，另一方面還能夠深度鍛煉學(xué)生編程思維與能力，打造更加優(yōu)質(zhì)的教育環(huán)境。如何將數(shù)學(xué)課程內(nèi)容完美融入到編程教學(xué)當(dāng)中，成為廣大小學(xué)信息技術(shù)教師亟待研討的熱點(diǎn)話題。

一、Scratch軟件編程的教學(xué)特征及優(yōu)勢

（一）Scratch編程的特征

Scratch編程最初由麻省理工學(xué)院開發(fā)，是一款針對8歲以上兒童使用的積木式編程軟件。其命令和參數(shù)構(gòu)成主要由積木式的符號構(gòu)成，在操作過程中，只需學(xué)生將編程部件拖動到相應(yīng)區(qū)域便可以完成任務(wù)。Scratch編程軟件操作簡單易學(xué)，功能多樣，包括建模、控制、動畫、邏輯等多個板塊，能夠帶給學(xué)生更為輕松的操作感受和學(xué)習(xí)趣味。Scratch編程也是小學(xué)信息技術(shù)編程課程中主要學(xué)習(xí)的軟件，從基礎(chǔ)到輔導(dǎo)、從易到難，貼合小學(xué)生當(dāng)前認(rèn)知水平，能夠?yàn)閷W(xué)生將來深度編程學(xué)習(xí)奠定良好的基礎(chǔ)。

（二）Scratch編程教學(xué)優(yōu)勢

Scratch編程軟件極其適合小學(xué)生學(xué)習(xí)，在教學(xué)方面具有諸多鮮明優(yōu)勢，對于促進(jìn)學(xué)生信息素養(yǎng)發(fā)展不可或缺。首先，Scratch編程趣味性強(qiáng)，與傳統(tǒng)高級編程軟件Java、C++等相比較，Scratch操作簡單，學(xué)習(xí)者只需要動動鼠標(biāo)從眾多的指令積木中選擇所需的模塊拖拽到腳本編輯區(qū)，便可以使不同指令積木按照一定邏輯順序拼搭在一起，獲得一個可以正常運(yùn)行的小程序，從而創(chuàng)建各種交互式的動畫、游戲或音樂、美術(shù)等作品，這個過程就像搭積木一般趣味十足。其次，Scratch界面板塊分布顯而易見，包含諸如順序、循環(huán)、條件語句、變量、鏈表、動作、預(yù)覽、聲音、外觀、畫筆等多個內(nèi)外編程板塊，各個板塊功能也淺顯易懂，如動作板塊可以讓編輯角色移動、旋轉(zhuǎn);外觀板塊可以改變角色造型、顏色、大小;聲音板塊可以為作品添加各種音效等等，這讓編程教學(xué)變得不再晦澀難懂，學(xué)生學(xué)習(xí)起來輕松愉悅。最后，Scratch編程能夠較好地鍛煉學(xué)生的思維能力，比如在獲知學(xué)習(xí)任務(wù)后，教師要對任務(wù)進(jìn)行深入分析，梳理編程的層級關(guān)系，一步一步地通過完成小任務(wù)來推進(jìn)大任務(wù)的落實(shí)，在此過程中，學(xué)生會不斷發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，不斷發(fā)散邏輯思維，鍛煉解決問題的能力，這種能力同樣適用于其他領(lǐng)域?qū)W習(xí)，對學(xué)生終身發(fā)展都大有裨益。

二、信息技術(shù)編程與數(shù)學(xué)融合教學(xué)的必要意義

（一）契合編程本身特點(diǎn)

數(shù)學(xué)與編程具有最直接的關(guān)系，數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識可以幫助學(xué)生更為輕松地理解編程邏輯，編寫簡單代碼，小學(xué)編程涉及到數(shù)的運(yùn)算和簡單函數(shù)的運(yùn)用，比如“1+100”“2+99”從表面來看是簡單的數(shù)學(xué)變式運(yùn)算，但是在編程中運(yùn)用的便是循環(huán)加這種的方式來解決問題;又如，編程中體現(xiàn)出“是否”問題思維的鍛煉，這是一個抽象的、交叉判斷概念，也是學(xué)生必須掌握的知識，通過數(shù)學(xué)思維的融入會讓學(xué)生認(rèn)知和邏輯推理能力得到有效提升，學(xué)習(xí)編程也會變得相較簡單。此外，數(shù)學(xué)中還會涉及到空間立體思維教學(xué)，而編程對于空間建模的運(yùn)用也是非常頻繁，且更為具象化和直觀化，兩者的結(jié)合會起到一加一大于二的教學(xué)效果。

（二）發(fā)展學(xué)生計算思維

信息技術(shù)核心素養(yǎng)包括培養(yǎng)學(xué)生計算思維，計算思維與數(shù)學(xué)思維同根同源，本質(zhì)上是數(shù)學(xué)思維的延伸，大量數(shù)學(xué)知識和數(shù)學(xué)概念最終體現(xiàn)在信息技術(shù)層面，尤其是編程中會運(yùn)用到大量的數(shù)學(xué)思維，包括數(shù)的認(rèn)識、數(shù)的分析、邏輯運(yùn)算、簡單函數(shù)、數(shù)形抽象等等，這些數(shù)學(xué)思維思想有助于學(xué)生建構(gòu)理性、有序的邏輯思維模式，有助于學(xué)生計算思維發(fā)展。而圖形化編程過程中還體現(xiàn)出問題分解、任務(wù)識別、數(shù)形編輯等，有助于學(xué)生數(shù)學(xué)思維發(fā)展。兩者的融合對于創(chuàng)設(shè)良好的思維情境具有重要意義，對于學(xué)生理性思維能力發(fā)展具有積極作用。

三、小學(xué)信息技術(shù)編程與數(shù)學(xué)融合教學(xué)策略

（一）融入數(shù)學(xué)故事，善用情境教學(xué)

1.故事情境主題設(shè)置

客觀而言，小學(xué)信息技術(shù)編程教學(xué)存在一定難度，教師常規(guī)化的教學(xué)方法很容易導(dǎo)致課堂氛圍枯燥乏味，學(xué)生對于編程學(xué)習(xí)興趣不高，這很大程度會影響教學(xué)質(zhì)量?；诖?，教師可以通過創(chuàng)設(shè)主題情境的方式來重新優(yōu)化教學(xué)結(jié)構(gòu)，一方面通過情境學(xué)習(xí)喚醒學(xué)生編程活力，另一方面實(shí)現(xiàn)編程與數(shù)學(xué)的有機(jī)融合。例如，教師以太空探險為情境背景，設(shè)置情境主題為“少年的太空夢”，故事情節(jié)分為以下幾個板塊，其一，阿樂的博士爸爸為了圓兒子的太空夢，發(fā)明了一款太空機(jī)器人小L，小L身形與阿樂幾乎一模一樣;其二，阿樂初次和小L見面，小L向其展示擁有的功能，包括算數(shù)、做題、畫畫;其三，在了解小L的功能后，阿樂與機(jī)器人小L開啟了太空冒險之旅，利用位置坐標(biāo)知識確定了月球的位置，阿樂控制著小L飛往月球;其四，來到月球，他們發(fā)現(xiàn)月球上到處都是三角形的山峰，于是翻越了一座座山峰開啟月球之旅;其五，阿樂發(fā)現(xiàn)自己在月球上可以跳得很高很高，并且不會摔傷，很是新奇;其六，阿樂發(fā)現(xiàn)月球一望無際，于是駕駛著小L開啟了對月球面積的測量，并將數(shù)據(jù)記錄了下來，回到地球后把數(shù)據(jù)交給了科學(xué)家。這個故事情境以太空冒險為主題，契合小學(xué)生愛幻想、愛冒險的內(nèi)心需求，并且在其中穿插了各種數(shù)學(xué)知識，一邊學(xué)習(xí)編程知識，一邊完成各項(xiàng)數(shù)學(xué)任務(wù)，讓課堂變得有趣又有挑戰(zhàn)性。

2.數(shù)學(xué)知識點(diǎn)的融入

針對“少年的太空夢”情境教學(xué)過程，每一個情節(jié)都包含著必要的編程知識和數(shù)學(xué)知識，兩者的融合對于學(xué)生計算思維和數(shù)學(xué)思維的培養(yǎng)大有裨益。例如，機(jī)器人小L與阿樂幾乎一模一樣，學(xué)生需要確定兩者身高比例，將小L設(shè)計得更為真實(shí)美觀，涉及到數(shù)學(xué)教學(xué)中“比例”的應(yīng)用，同時還要教授學(xué)生Scratch編程軟件中的“外觀”積木模塊的使用對人物進(jìn)行外觀調(diào)節(jié)。又如，小L會算數(shù)、做題，教師教授學(xué)生如何利用編程功能解決數(shù)學(xué)問題，為其設(shè)計一些數(shù)學(xué)習(xí)題任務(wù)，豐富編程過程;而在阿樂和小L準(zhǔn)備開啟太空冒險后，為體現(xiàn)出編程過程的科學(xué)性，教師需要讓學(xué)生確定地球和月球的位置，利用數(shù)學(xué)中的“位置、坐標(biāo)”相關(guān)知識，讓學(xué)生通過編程繪制出兩者位置的坐標(biāo)圖，并通過“運(yùn)動”等指令讓阿樂和小L沿著指定的軌道運(yùn)動，這個過程鍛煉了學(xué)生對于運(yùn)動積木模塊的使用。再如，來到月球后，發(fā)現(xiàn)很多三角形的山峰，在編程過程中則要體現(xiàn)出數(shù)學(xué)幾何知識的運(yùn)用，讓學(xué)生運(yùn)用“畫筆”模塊完成月球畫面的編輯操作;阿樂在月球跳躍后，發(fā)現(xiàn)重力很小，完成這一程序設(shè)計，除了正確運(yùn)用運(yùn)動跳躍指令外，還需要為學(xué)生普及地球重力和月球重力比，讓跳躍指令更加自然真實(shí)。最后，月球一望無際，阿樂和小L測量月球面積，則又涉及到公頃和平方千米的面積單位知識教學(xué)。一系列的教學(xué)過程，實(shí)現(xiàn)了編程與數(shù)學(xué)思維的有機(jī)融合，讓學(xué)生編程思維與數(shù)學(xué)能力皆得到有效鍛煉，教學(xué)過程有趣、有序、有料，達(dá)成了“三有”課堂建構(gòu)目標(biāo)。

（二）利用數(shù)學(xué)問題，撬動編程思維

1.數(shù)學(xué)問題啟發(fā)思維

Scratch編程軟件中有很多模塊和指令需要學(xué)生掌握，單一地告知學(xué)生某個功能、某個命令是做什么的，很容易讓學(xué)生記混、記亂，而教師若是將Scratch編程軟件模塊的學(xué)習(xí)結(jié)合實(shí)際數(shù)學(xué)問題呈現(xiàn)出來，則會很大程度加深學(xué)生印象，深化其編程知識認(rèn)知。如，“如果……那么……命令、偵測命令”是學(xué)生需要掌握的編程命令，同時引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)積木塊、模塊化設(shè)計腳本的方法，讓其能夠熟練運(yùn)用列表指令，完成編程學(xué)習(xí)。教師設(shè)計教學(xué)任務(wù)“比長短”，結(jié)合數(shù)學(xué)中比較長短的不同方法和本質(zhì)原理，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新、創(chuàng)造思維，并通過數(shù)學(xué)問題導(dǎo)學(xué)，逐漸讓學(xué)生掌握相關(guān)編程知識。在教學(xué)開始，教師直接導(dǎo)入數(shù)學(xué)問題：這是兩條線，如何比較兩者長短？學(xué)生普遍回答用尺子量。教師繼續(xù)設(shè)問：若是沒有尺子，你能通過編程的方法對其長短進(jìn)行比較嗎？拋出問題，先讓學(xué)生相互討論，在討論無果后，教師給出提示，我們可以用一個滾動的圓球作為測量物，沿兩條直線運(yùn)動，設(shè)定圓球滾動的單位長度，如此便可以輕松獲知兩條直線哪一條更長了。教師還可以向?qū)W生普及實(shí)際生活中想要比較兩個物體的長短，也可以用已知數(shù)據(jù)的物體作為測量物對兩者進(jìn)行測量比較，通過變換計算思維，達(dá)到和用尺子測量同樣的效果，以此滲透數(shù)學(xué)知識教學(xué)。

2.編程實(shí)踐延伸思維

以問題為導(dǎo)向，教師組織學(xué)生展開編程實(shí)踐，對兩條線段進(jìn)行長短比較。教師給出任務(wù)，嘗試讓學(xué)生親力親為完成編程過程，對于遇到的問題及時給出解決方案，在自主探究中加深學(xué)生對于編程學(xué)習(xí)的理解，摒棄傳統(tǒng)灌輸式、保姆式的教學(xué)思維。如，在生成圓球素材的過程中，學(xué)生便遇到問題：球太大，這時教師便可以指導(dǎo)學(xué)生通過外觀調(diào)節(jié)來讓球變小，并契合設(shè)定的單位長度;在學(xué)生編輯好球的大小后，又遇到了一個個問題：球沒有從開始位置運(yùn)動、沒有沿直線運(yùn)動、移動完沒有來得及數(shù)格子長度。教師一一為學(xué)生解決問題，如怎樣設(shè)置開始坐標(biāo)、怎樣設(shè)置讓球沿著鼠標(biāo)指針移動、怎樣用編程中的自變量程序讓球在運(yùn)動過程中自動讀出格數(shù)等等。在教師指導(dǎo)下，學(xué)生完成第一條直線的測量，很快便又親自完成了第二條直線的測量，并完成了長短比較任務(wù)，既掌握了編程知識，又延伸了數(shù)學(xué)測量思維，課堂教學(xué)效果自然遠(yuǎn)超預(yù)期。

（三）依托學(xué)科知識，滲透數(shù)學(xué)元素

1.基本模塊教學(xué)滲透數(shù)學(xué)元素

Scratch軟件腳本編程會運(yùn)用到各種數(shù)學(xué)知識，如移動模塊需要設(shè)定各種數(shù)學(xué)參數(shù)來達(dá)到讓角色運(yùn)動的目的，在“小貓畫圖形”“小貓畫數(shù)字”等課程教學(xué)中便是讓學(xué)生借助清晰的數(shù)學(xué)運(yùn)算思路來完成運(yùn)動腳本的編程，在學(xué)生完成基本的操作，對移動指令有較深的理解后，可以為其設(shè)置一些難度較大的作業(yè)來幫助學(xué)生完成編程知識技能的遷移運(yùn)用，比如繪制較為復(fù)雜的三角形、圓形隊列圖形，讓小貓完成相關(guān)移動指令。這些復(fù)雜的移動指令較為考驗(yàn)學(xué)生的邏輯思維，可以先讓其用思維導(dǎo)圖的形式將需要用到的數(shù)學(xué)元素羅列出來，再一步步去進(jìn)行腳本框架搭建，比如第一步先學(xué)習(xí)畫幾何圖形的方法，標(biāo)注起始位置;第二步需要設(shè)置步數(shù)單位，讓角色移動多少距離;第三步如何使用重復(fù)命令;第四步如何確定中心點(diǎn)，如何讓角色按照預(yù)想的軌跡運(yùn)動等等，在思維導(dǎo)圖和清晰的數(shù)學(xué)元素支撐下，引導(dǎo)學(xué)生一步一步地完成腳本的編程和測試，最終完成訓(xùn)練作業(yè)。

2.游戲編程教學(xué)滲透數(shù)學(xué)元素

游戲教學(xué)法是小學(xué)編程中常會用到的教學(xué)手段，也是讓學(xué)生體驗(yàn)編程樂趣和其強(qiáng)大功能，激發(fā)其編程興趣的重要途徑。對于一些復(fù)雜的、有規(guī)律的數(shù)學(xué)問題計算，編程能夠快速給出答案，節(jié)約時間，且程序調(diào)試完成后，基本不會出錯。在此基礎(chǔ)上，教師設(shè)置一些數(shù)學(xué)運(yùn)算難題，通過競賽游戲，幫助學(xué)生熟悉編程各項(xiàng)功能運(yùn)用，如變量添加、腳本編寫等等，讓學(xué)生在游戲競爭的驅(qū)動下認(rèn)真思考腳本程序各個細(xì)節(jié)的設(shè)定，比一比、賽一賽誰能夠更加快速地給出正確答案。同時，還可以讓學(xué)生之間互相出題，互相競爭，在寓教于樂的過程中實(shí)現(xiàn)計算思維和數(shù)學(xué)思維的綜合鍛煉，提高Scratch編程軟件實(shí)踐運(yùn)用能力。不僅如此，教師還可以借助游戲情境為學(xué)生設(shè)置更為復(fù)雜的編程任務(wù)，將數(shù)學(xué)元素充分融入其中，遵循由易到難、由淺到深螺旋遞進(jìn)的原則，一步一步提高學(xué)生信息素養(yǎng)。

四、結(jié)束語

綜上所述，信息時代背景下，編程教學(xué)是小學(xué)信息技術(shù)課程重要板塊，其與數(shù)學(xué)具有天然契合性，教師需要切實(shí)明白兩者融合的必要意義，從多個維度尋找數(shù)學(xué)融入編程教學(xué)的有效路徑，打造更為多元的融合式教學(xué)課堂，凸顯信息技術(shù)編程魅力的同時，培養(yǎng)學(xué)生興趣，提高學(xué)生綜合思維，為其長遠(yuǎn)發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。

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