摘 "要 "在兒童Scratch編程教育迅速發(fā)展的背景下，Scratch與學(xué)科融合逐漸成為一種趨勢(shì)。著重介紹將Scratch與小學(xué)數(shù)學(xué)融合的優(yōu)勢(shì)，并以“迷宮游戲”為例設(shè)計(jì)Scratch與小學(xué)數(shù)學(xué)融合的課例，以供參考。

關(guān)鍵詞 "Scratch；小學(xué)數(shù)學(xué)；編程教育；計(jì)算思維；迷宮游戲

中圖分類號(hào)：G623.58 " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2022）13-0057-04

0 "引言

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，國(guó)家越來越重視將信息化手段運(yùn)用到學(xué)科教學(xué)中，人們也意識(shí)到編程教育的重要性，編程已經(jīng)成為人工智能時(shí)代一項(xiàng)非常重要的技能。人們逐漸開始重視小學(xué)生的Scratch編程教育，以期為其后續(xù)的編程語言學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。兒童通過編程學(xué)習(xí)所培養(yǎng)的思維技能、共情能力以及交流協(xié)作精神，恰恰填補(bǔ)了許多學(xué)校教學(xué)方面的空白?？梢暬幊陶Z言引起教育界對(duì)編碼的興趣，編程不再只是一種工具，也是一種發(fā)展其他技能的媒介，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，取得良好的學(xué)習(xí)效果[1]。

目前對(duì)于Scratch的研究主要有兩類：一是作為程序設(shè)計(jì)工具，用于編程；二是將Scratch作為一種教學(xué)輔助工具，融入各學(xué)科教學(xué)中。近年來，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)于Scratch的應(yīng)用研究越來越深入，主要是將其作為信息技術(shù)課的編程內(nèi)容，與學(xué)科內(nèi)容融合的研究較少，而與小學(xué)數(shù)學(xué)學(xué)科內(nèi)容教學(xué)融合的研究就更少。數(shù)學(xué)知識(shí)比較抽象，其中有些知識(shí)內(nèi)容可以基于真實(shí)情境來學(xué)習(xí)，更可以利用Scratch編程的可視化、趣味性等特點(diǎn)來增強(qiáng)教學(xué)效果。將Scratch與小學(xué)數(shù)學(xué)融合，不僅能促進(jìn)學(xué)生對(duì)于數(shù)學(xué)的理解和應(yīng)用，而且有助于培養(yǎng)學(xué)生將Scratch運(yùn)用到生活實(shí)際解決真實(shí)問題的能力和計(jì)算思維。

1 "Scratch與小學(xué)數(shù)學(xué)融合的優(yōu)勢(shì)

1.1 "可視化

小學(xué)數(shù)學(xué)中許多知識(shí)較為抽象，小學(xué)生不易理解，而Scratch圖形化編程軟件的可視化特點(diǎn)可使一些比較晦澀難懂的知識(shí)點(diǎn)變得易于理解和學(xué)習(xí)，可視化編程不僅能幫助小學(xué)生學(xué)習(xí)新知、將新知與舊知在頭腦中建立聯(lián)系，還能夠幫助小學(xué)生深刻理解小學(xué)數(shù)學(xué)內(nèi)容。

1.2 "趣味性

在Scratch編程學(xué)習(xí)中，角色、背景、動(dòng)畫、探究過程等都非常吸引小學(xué)生，符合小學(xué)生的身心發(fā)展規(guī)律。將數(shù)學(xué)教學(xué)中枯燥無味的學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)換為Scratch中的趣味學(xué)習(xí)，不僅可以提高小學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，還能夠激發(fā)他們的創(chuàng)造力。

1.3 "應(yīng)用性

小學(xué)數(shù)學(xué)與Scratch融合不但能促進(jìn)小學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)，而且在實(shí)際操作實(shí)現(xiàn)作品的過程中可以提高小學(xué)生將數(shù)學(xué)知識(shí)應(yīng)用到真實(shí)問題中的能力，以及應(yīng)用編程解決真實(shí)問題的能力。

1.4 "創(chuàng)新性

Scratch是集文字、圖像、聲音等多種元素于一體的編程軟件，在學(xué)生創(chuàng)作作品過程中所進(jìn)行的構(gòu)思、選材、算法設(shè)計(jì)、編程實(shí)現(xiàn)等都可以促進(jìn)學(xué)生發(fā)散思維的提升，充分發(fā)揮想象力，引發(fā)頭腦風(fēng)暴，促進(jìn)創(chuàng)造力的培養(yǎng)。同時(shí)，學(xué)生可以將頭腦中的想法通過編程實(shí)現(xiàn)。

2 "小學(xué)數(shù)學(xué)與Scratch融合的課例設(shè)計(jì)

以“迷宮游戲”為例，在Scratch課堂中融入小學(xué)數(shù)學(xué)平面直角坐標(biāo)系的知識(shí)，讓知識(shí)內(nèi)容更加具體化，使教學(xué)內(nèi)容更加直觀、易懂，在學(xué)習(xí)過程中體驗(yàn)并運(yùn)用Scratch圖形化編程軟件解決真實(shí)問題；同時(shí)能夠幫助學(xué)生更好地理解和運(yùn)用數(shù)學(xué)知

識(shí)，掌握所學(xué)內(nèi)容，以促進(jìn)學(xué)生全面且個(gè)性地發(fā)展。

2.1 "教學(xué)目標(biāo)及重難點(diǎn)

2.1.1 "教學(xué)目標(biāo) "學(xué)生能夠畫出“迷宮游戲”的流程圖，運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)完成對(duì)“迷宮游戲”的編程。

1）通過學(xué)習(xí)Scratch圖形化編程軟件，加深對(duì)平面直角坐標(biāo)系的理解和實(shí)際應(yīng)用。

2）在分析問題、設(shè)計(jì)程序、解決問題和循環(huán)迭代中培養(yǎng)計(jì)算思維。

3）從程序修改、完善中體會(huì)軟件開發(fā)的迭代工程思想。

2.1.2 "教學(xué)重點(diǎn)

1）流程圖的繪制。

2）簡(jiǎn)單邏輯判斷模塊和重復(fù)執(zhí)行模塊的使用。

2.1.3 "教學(xué)難點(diǎn) "對(duì)繪制流程圖過程的理解。

2.2 "創(chuàng)設(shè)情境

根據(jù)學(xué)生在課下喜歡玩游戲的情況，提出：“我們平時(shí)都是玩游戲，那怎么才能制作一個(gè)游戲呢？我們?cè)跀?shù)學(xué)課上剛剛學(xué)習(xí)了一些平面直角坐標(biāo)系的知識(shí)，今天就來扮演程序員的角色，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)探究一下如何用Scratch圖形化編程軟件來制作一個(gè)簡(jiǎn)單的游戲?！辈⑼ㄟ^多媒體展示游戲效果，如圖1所示。

【設(shè)計(jì)意圖】聯(lián)系學(xué)生生活實(shí)際和已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，使數(shù)學(xué)概念具體化、形象化，為課程學(xué)習(xí)增添趣味性；展示游戲效果，激發(fā)學(xué)生的好奇心和學(xué)習(xí)的積極性；發(fā)布任務(wù)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

2.3 "流程圖設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)流程圖是學(xué)生自主學(xué)習(xí)、抽象思維具體化、嘗試?yán)糜?jì)算機(jī)邏輯解決問題的有效方法[2]。因此，在制作游戲之前搭建支架，引導(dǎo)學(xué)生一步一步學(xué)習(xí)Scratch程序編寫的步驟，進(jìn)而能夠繪制“迷宮游戲”的流程圖，以幫助學(xué)生將抽象的邏輯思維可視化，使程序的流程變得更易理解。

挑戰(zhàn)任務(wù)一：觀察角色動(dòng)作，通過小組討論和教師引導(dǎo)，得出“迷宮游戲”編程的注意事項(xiàng)。

1）腳本運(yùn)行開始時(shí)，將角色設(shè)置固定位置，即迷宮入口。

2）如果鍵盤按下“↑”鍵，角色向上移動(dòng)，在y軸上增加一定數(shù)值；如果按下“↓”鍵，角色向下移動(dòng)，在y軸上減少一定數(shù)值；如果按下“←”鍵，角色向左移動(dòng)，在x軸上減少一定數(shù)值；如果按下“→”鍵，角色向右移動(dòng)，在x軸上增加一定數(shù)值。

3）角色遇到墻壁（黑色線條）時(shí)需要停止，不能繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)。

4）角色重復(fù)運(yùn)動(dòng)許多步驟，要在控制模塊外嵌套重復(fù)執(zhí)行模塊。

挑戰(zhàn)任務(wù)二：根據(jù)注意事項(xiàng)，學(xué)生填寫“迷宮游戲”流程步驟。搭建框架，如表1所示。

【設(shè)計(jì)意圖】將流程分成幾個(gè)小步驟來講解，便于學(xué)生理解并學(xué)會(huì)編程的過程。運(yùn)用先前所學(xué)的平面直角坐標(biāo)系的知識(shí)填寫表格，加深學(xué)生對(duì)平面直角坐標(biāo)系知識(shí)的理解。

挑戰(zhàn)任務(wù)三：將角色動(dòng)作與Scratch程序指令對(duì)應(yīng)。根據(jù)需要注意的事項(xiàng)和程序步驟，小組討論完成表1。隨后教師講解。

1）將角色移到迷宮入口時(shí)，角色區(qū)顯示的角色橫縱坐標(biāo)數(shù)值即可作為角色的初始位置。

2）如果偵測(cè)到鍵盤按下上、下、左、右某一個(gè)鍵時(shí)，那么角色就作出相應(yīng)的移動(dòng)，這時(shí)用到的是簡(jiǎn)單邏輯判斷模塊，即“如果……那么……”。

3）如果角色向前運(yùn)動(dòng)碰到墻壁（黑色線條），程序中沒有可以直接用來停止角色運(yùn)動(dòng)的積木，可以在原來的基礎(chǔ)上減去增加的數(shù)值（或加上減掉的數(shù)值），這樣就能保持角色不動(dòng)。

4）要使角色重復(fù)運(yùn)動(dòng)，可以在重復(fù)執(zhí)行模塊嵌套所有角色動(dòng)作。

角色狀態(tài)與對(duì)應(yīng)程序指令如表2所示。

【設(shè)計(jì)意圖】學(xué)生根據(jù)角色動(dòng)作梳理Scratch程序指令，有助于學(xué)生理清編寫程序腳本的思路，使后續(xù)更容易編寫程序腳本。

挑戰(zhàn)任務(wù)四：繪制流程圖?；谏鲜鋈蝿?wù)的結(jié)果，學(xué)生小組合作繪制流程圖，如圖2所示。

【設(shè)計(jì)意圖】使用流程圖來描述算法，將編程步驟可視化，方便學(xué)生學(xué)習(xí)。借助流程圖，學(xué)生將自然語言向程序設(shè)計(jì)語言過渡，更易理清其中的邏輯關(guān)系。

2.4 "小組合作，設(shè)計(jì)游戲

在這個(gè)環(huán)節(jié)，根據(jù)組間同質(zhì)、組內(nèi)異質(zhì)的原則將學(xué)生每四人分成一個(gè)小組，每小組選出一個(gè)組長(zhǎng)，分配好各組員的任務(wù)。讓學(xué)生根據(jù)注意事項(xiàng)和程序流程圖，將流程圖轉(zhuǎn)化為程序腳本，自己動(dòng)手完成。搭建腳本，可以根據(jù)自己的喜好，組間選用不同的背景和角色，制作不同的作品。學(xué)生搭建腳本過程中，教師巡視、觀察各小組的完成情況，對(duì)有需要的小組及時(shí)給予幫助和指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生通過小組合作的方式解決問題。教師給學(xué)生提供背景圖和角色以及其他可能用到的素材，學(xué)生也可以從Scratch素材庫中選擇自己喜歡的素材。

【設(shè)計(jì)意圖】小組合作的形式可以培養(yǎng)學(xué)生的合作溝通、協(xié)作交流能力以及在合作中解決問題的能力，使每個(gè)學(xué)生都參與腳本的制作過程。讓學(xué)生根據(jù)自己的喜好選擇素材，可以充分展現(xiàn)不同學(xué)生的興趣愛好，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維和個(gè)性，有助于學(xué)生創(chuàng)新能力的發(fā)展。

2.5 "運(yùn)行腳本，循環(huán)迭代

學(xué)生編寫完程序后，嘗試運(yùn)行腳本測(cè)試程序，找出程序中的不合理之處或問題。教師引導(dǎo)學(xué)生自己解決問題。在完成程序編寫后，可能還會(huì)出現(xiàn)最開始的設(shè)計(jì)問題或萌生新的想法，比如在最后角色走出迷宮時(shí)添加“恭喜闖關(guān)成功！”，學(xué)生思考這樣的文字在編寫程序時(shí)應(yīng)如何編寫。這時(shí)就要引導(dǎo)學(xué)生重新回到開始的設(shè)計(jì)，繪制流程圖，搭建腳本。學(xué)生在修改、完善過程中體會(huì)編程的循環(huán)迭代思想。

【設(shè)計(jì)意圖】通過程序測(cè)試過程提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力，引導(dǎo)學(xué)生通過合作交流的方式去解決問題，并在此過程中體會(huì)循環(huán)迭代思想，培養(yǎng)計(jì)算思維。

2.6 "作品賞析，成果交流

小組通過展示作品成果，進(jìn)行組間交流。每組

隨機(jī)抽取兩名組員將自己所在組的作品向全班介紹，其中一名學(xué)生負(fù)責(zé)運(yùn)行游戲、展示創(chuàng)意，另一名學(xué)生負(fù)責(zé)說明設(shè)計(jì)創(chuàng)意、制作過程、運(yùn)用到的小學(xué)數(shù)學(xué)方面的知識(shí)以及遇到的問題和解決問題的方法。其他小組在欣賞作品并借鑒的同時(shí)反思自己的作品存在的問題以及改善的方法。

【設(shè)計(jì)意圖】通過這一環(huán)節(jié)，不僅可以幫助學(xué)生理清設(shè)計(jì)制作過程，而且可以培養(yǎng)其他小組欣賞作品、評(píng)價(jià)作品的能力，并反思自己的作品是否存在不足之處，以便后續(xù)的修改和完善。

2.7 "總結(jié)評(píng)價(jià)與作業(yè)

學(xué)生總結(jié)編寫程序過程中的注意事項(xiàng)，例如：在腳本開始時(shí)要將角色設(shè)置好位置；角色遇到墻壁時(shí)不能繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)；等等。教師補(bǔ)充，闡明編程過程中的循環(huán)迭代思想以加深學(xué)生對(duì)于編程的理解。

學(xué)生對(duì)自己在小組討論與創(chuàng)作作品過程中的表現(xiàn)作自我評(píng)價(jià)，組內(nèi)成員互評(píng)，并對(duì)其他小組的作品作出評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)表見表3和表4。再結(jié)合教師對(duì)“程序員們”的評(píng)價(jià)，總結(jié)本次學(xué)習(xí)心得與收獲。

教師布置作業(yè)，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果和組內(nèi)想法，優(yōu)化“迷宮游戲”，例如：設(shè)置倒計(jì)時(shí)，角色要在一定時(shí)間內(nèi)走出迷宮，否則闖關(guān)失?。粸榻巧O(shè)置方向；為角色添加音效；等等。并思考還有哪些數(shù)學(xué)問題能夠運(yùn)用Scratch圖形化編程軟件來解決。

【設(shè)計(jì)意圖】多維度、多主體評(píng)價(jià)學(xué)生的表現(xiàn)，使評(píng)價(jià)更為客觀，以便學(xué)生清晰地知道并彌補(bǔ)自己的不足之處。課下思考如何優(yōu)化“迷宮游戲”，培養(yǎng)學(xué)生的想象力、創(chuàng)造力和計(jì)算思維，以及運(yùn)用Scratch解決數(shù)學(xué)問題的思維。

3 "結(jié)束語

兒童編程融入學(xué)科課程教學(xué)符合教育信息化發(fā)展的時(shí)代需求，也是兒童編程教育多樣化發(fā)展的創(chuàng)新教學(xué)方式[1]。Scratch與小學(xué)數(shù)學(xué)融合的課例設(shè)計(jì)基于學(xué)生學(xué)過的數(shù)學(xué)知識(shí)，將流程圖等可視化工具運(yùn)用到教學(xué)中，利用Scratch圖形化編程軟件促進(jìn)學(xué)生運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)解決問題。學(xué)生在完成整個(gè)項(xiàng)目任務(wù)的過程中體驗(yàn)程序分析員和程序員的完整工作流程，從而提高問題分析、任務(wù)分解、問題解決的能力，潛移默化地培養(yǎng)編程思維和計(jì)算思維[3]。

基于Scratch可視化、趣味性等特點(diǎn)，可以將

各學(xué)科內(nèi)容融入Scratch教學(xué)中，能夠?qū)崿F(xiàn)讓學(xué)生學(xué)習(xí)編程的同時(shí)增強(qiáng)學(xué)科教學(xué)效果，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生在真實(shí)情境中的問題解決能力和計(jì)算思維。

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