劉冬冬

關(guān)鍵詞：Scratch；初中數(shù)學；應用意義；應用途徑

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）02-0121-03

1 引言

21世紀是信息技術(shù)飛速發(fā)展的時代，每個人都必須具備21世紀的學習技能，才能更好地迎接全球化時代的挑戰(zhàn)。教師作為學生個體發(fā)展的促進者和引導者，應在日常教學中有意識地培養(yǎng)學生各方面的素養(yǎng)與技能，使之成為符合21世紀所需的人才。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，教師在教育實踐中需要充分考慮學生的身心發(fā)展特點，以最有效的方式進行教學[1]。而數(shù)學是初中學生學習困難較大的學科之一。教育部在《義務(wù)教育數(shù)學課程標準（2022年版）》中提出，要合理利用現(xiàn)代信息技術(shù)，創(chuàng)設(shè)信息化學習環(huán)境，設(shè)計生動的教學活動，促進信息技術(shù)與數(shù)學課程融合，同時教學活動要能夠促進學生發(fā)展，激發(fā)學生學習興趣，引發(fā)學生積極思考[2]。將Scratch應用到初中數(shù)學課堂教學中，可以實現(xiàn)教與學方式的轉(zhuǎn)變，助力于學生的數(shù)學學科知識學習與思維能力發(fā)展，為學生未來進行更深層次的學習做準備。

2 當前初中數(shù)學教學存在的問題

隨著新課程改革的開展，我國的初中數(shù)學課堂教學取得了一定的成效，但一些固有的問題仍存在。部分初中學生在學習數(shù)學的過程中存在：難以記憶數(shù)學概念與性質(zhì)、難以理解數(shù)學語言、難以區(qū)分數(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)學問題的元認知能力弱等問題[3]。初中學生對數(shù)學概念理解不夠深刻，在進行數(shù)學學習時存在死記硬背的現(xiàn)象[4]。例如，在數(shù)學學習過程中，學生更多的是將數(shù)學公式記住，然后在解題時將數(shù)字代入公式中。而事實上，即使在使用公式時，學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)學教師仍然采用講授法和問答法來進行數(shù)學教學，這意味著教學過程的中心仍然是教師，而學生的活動只局限于提問和回答，學生的知識獲取僅來源于教師，學生的主體地位沒有得到體現(xiàn)。教師沒有很好地引導學生對數(shù)學知識進行思考，學生只是被動地接受，學生的思維技能沒有得到很好的鍛煉，這導致學生不喜歡思考數(shù)學問題，難以有效地發(fā)現(xiàn)與提出問題，學習興趣也較低。因此，初中數(shù)學教學亟須做出改變，要積極創(chuàng)設(shè)以學生的核心素養(yǎng)發(fā)展為導向的課堂，促進學生對數(shù)學知識的理解，調(diào)動學生學習的主動性，培養(yǎng)學生的思維技能。

3 Scratch 的特點

3.1 簡單易操作

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

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)建應用程序或修改現(xiàn)有程序時，就使用了視覺表征以及和運動相聯(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，從而促進理解。

3.3 動態(tài)交互

Scratch 可以實現(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。而在程序應用階段，用戶可以通過輸入程序要求的指令，實現(xiàn)與程序的動態(tài)交互。Scratch還可以實現(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目或瀏覽其他用戶的項目，并進行評論交流與學習。

3.4 及時反饋

在Scratch中，當用戶拖拽積木塊至腳本區(qū)進行組合拆分時，程序運行后用戶將在屏幕上看到其效果，而這種反饋是及時的。當用戶對編碼腳本的組合順序、數(shù)字和符號等進行修改時，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)學教學中的應用意義

4.1 促進學生對數(shù)學知識的理解

記憶數(shù)學概念性質(zhì)與理解數(shù)學語言是初中學生普遍存在的困難，Scratch可以對編程中過程性的錯誤步驟進行評估與糾正，幫助學生理解數(shù)學知識和編程概念。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行組合，來防止學生出現(xiàn)低級錯誤。學生在進行Scratch編程時能夠?qū)徱曌陨淼南敕?，并實踐嘗試，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，學生開始關(guān)注自己的學習，并對不同結(jié)果背后的原因進行思考與解釋。Scratch支持向?qū)W生教授困難的數(shù)學概念，Scratch的應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)境使學生能夠以不同的方式接觸和解釋數(shù)學思想，使嚴謹、枯燥的數(shù)學概念與問題以更加清晰、直觀的方式呈現(xiàn)，促進學生數(shù)學知識的學習以及知識的保留。而Scratch動態(tài)互動的本質(zhì)，能以特定的方式促進學生數(shù)學學習的體驗以及對數(shù)學知識的理解和掌握，使學生探索原本無法深入達到的數(shù)學知識領(lǐng)域。

4.2 促進學生的主動參與

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

4.3 促進學生思維技能的發(fā)展

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

在解決數(shù)學問題時，教學活動與編程視角的實踐相結(jié)合，學生使用抽象思維對程序運行過程進行預測與制定，而后測試、反思、修改積木塊，其間學生根據(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，學生的數(shù)學思維、編程技能、計算思維和創(chuàng)造能力都得到了進化與發(fā)展。也因積木塊易于組合與分解，當編程腳本發(fā)生改變時，程序內(nèi)部的及時視覺反饋以及同學、老師的反饋和建議，都會導致反思與重新編碼。學習者將重新定位他們的視角，并以新的視角重新參與任務(wù)，學生的批判思維技能、元認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)學教學中的應用，可以促進學生關(guān)于數(shù)學問題解決過程或經(jīng)驗的探討，使學生對數(shù)學問題及難題的結(jié)構(gòu)、發(fā)展等進行充分討論。在此過程中，學生的空間意識、數(shù)據(jù)觀念，以及對角度的理解等數(shù)學能力，都在一定程度上得到發(fā)展。

5 Scratch 在初中數(shù)學教學中的應用途徑

5.1 情境創(chuàng)設(shè)

有效的教學情境創(chuàng)設(shè)，可以吸引學生的注意力，提高學生的學習興趣，并產(chǎn)出具有價值的數(shù)學問題，從而進一步推進初中數(shù)學課堂教學的進程。而Scratch可以為初中數(shù)學教學課堂導入、數(shù)學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，教學情境的創(chuàng)設(shè)需要緊密圍繞數(shù)學知識點進行設(shè)計，與學生現(xiàn)實生活實際相關(guān)聯(lián)，契合學生的認知發(fā)展水平。

教師可以圍繞教學內(nèi)容設(shè)置問題情境、提出問題，讓學生討論如何在Scratch中進行表示或應用。以人教版數(shù)學七年級下冊《7.1.2 平面直角坐標系》為例。如圖1所示，通過讓學生借助Scratch程序幫助小猴子吃到香蕉這一情境的創(chuàng)設(shè)，激發(fā)學生的學習興趣，讓學生主動去學習平面直角坐標系的數(shù)軸、坐標等相關(guān)知識，并在編程的過程運用與深化。此外，教師可以引導學生進行角色扮演和表演，增強學生的代入感與參與感，促進問題的分析與解決。例如，在教授人教版數(shù)學八年級下冊《18.2.3 正方形》的概念、性質(zhì)等內(nèi)容的時候，可以鼓勵學生扮演Scratch程序默認的小貓角色，來想象如何畫出一個正方形。

5.2 學習活動的開展

在初中數(shù)學課堂中，可以設(shè)計與教學內(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)揮學生的主觀能動性，突出學生的主體地位，促進學生自我導向性思維技能的培養(yǎng)，提高學生的問題解決能力和學習成效。

例如，人教版數(shù)學九年級上冊《23.1 圖形的旋轉(zhuǎn)》一課的學習活動可以設(shè)置為：讓學生通過小組合作，在Scratch中創(chuàng)建通過等邊三角形旋轉(zhuǎn)而得到的“風車”程序。要完成該編程設(shè)計，學生首先要掌握Scratch中旋轉(zhuǎn)積木塊的應用，教師可以提供旋轉(zhuǎn)角度的例子，為探究學習活動的進一步開展提供支持。此外，教師要引導學生在動手操作前，對目標程序的實現(xiàn)步驟進行分解，厘清問題解決的邏輯思路。與此同時，教師也應鼓勵學生進行大膽地創(chuàng)新，例如制作彩色的風車等，進行持續(xù)的改進。

在制作完成后，教師可以組織項目作品展示交流活動，讓學生對自己小組的設(shè)計以及設(shè)計中蘊含的數(shù)學知識進行介紹，通過匯報來鼓勵學生進行更好的設(shè)計與創(chuàng)作，以及對Scratch與數(shù)學之間的聯(lián)系進行反思，促進學生對數(shù)學概念、性質(zhì)等知識的歸納與理解。

5.3 鞏固練習

課堂練習是數(shù)學教學過程中的重要一環(huán)。課堂練習為學生提供了一個知識應用的途徑，能夠促進學生對新知識的理解與掌握，使學生更好地進行知識的建構(gòu)，同時也能快速地檢驗學生的學習成效，將練習結(jié)果作為學生學習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，在練習程序中為學生提供及時的答案反饋，實現(xiàn)動態(tài)交互，可視化抽象內(nèi)容，提高學生的批判性思維。教師還可以設(shè)置分組競答賽制，吸引學生的注意力，提高學生參與練習的積極性與主動性。此外，制作好的練習程序可以通過Scratch平臺共享給學生，供有需求的學生課后進行學習與練習。

例如，教師可以就人教版數(shù)學七年級下冊《7.1.2 平面直角坐標系》一課，開發(fā)一個“猜坐標”的互動游戲。每一次游戲運行時，目標點會隨機移動到舞臺的不同位置。學生需要輸入X坐標和Y坐標，游戲程序會對輸入的答案進行檢查，并提供相應的反饋，借助游戲音效和提示語，給學生帶來不同的課堂練習體驗，提高學生的學習興趣。

6 結(jié)語

著眼于當前初中數(shù)學教學中存在的問題以及Scratch自身的特點，Scratch在初中數(shù)學教學中的應用具有巨大的可能性與意義。教師可以將Scratch融入初中數(shù)學教學的情境創(chuàng)設(shè)、學習活動的開展以及鞏固練習等教學設(shè)計中，實現(xiàn)數(shù)學教學方式的改變，進一步豐富數(shù)學課堂教學內(nèi)容。Scratch與初中數(shù)學教學的整合，使數(shù)學教學不只局限于學生數(shù)學知識概念的獲取，也使Scratch超越了編程語言的功能，允許學生通過創(chuàng)建各種程序項目來學習和檢查數(shù)學知識，促進學生對數(shù)學知識概念的理解以及思維技能的發(fā)展。學生從單純的程序應用者，轉(zhuǎn)變成為程序的創(chuàng)造者。教師應該積極探索實踐，將Scratch更好地融入數(shù)學及其他學段學科課程教學中，在推進教與學的同時，實現(xiàn)學生核心素養(yǎng)的發(fā)展，提高學生在數(shù)字化時代面對各種現(xiàn)代化競爭的能力，培養(yǎng)學生成為面向21世紀的國際化人才。