林宇芳

【摘要】小學信息技術(shù)新課程標準提倡學科融合式教育，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 編程軟件的學習是小學信息技術(shù)重要教學板塊，“計算思維”是信息技術(shù)學科核心素養(yǎng)之一，其內(nèi)涵與數(shù)學抽象、推理、模型建構(gòu)有著千絲萬縷的聯(lián)系，“Scratch編程+數(shù)學”的融合教學模式，對于學生核心素養(yǎng)發(fā)展具有積極推進作用。故此，現(xiàn)結(jié)合小學信息技術(shù)編程教學實際，深入分析其與數(shù)學課程融合的必要意義，探索適切的融合教學策略，以期提高學生編程學習效果，助推學生核心素養(yǎng)綜合發(fā)展。

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

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

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

隨著科學技術(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)展學生信息技術(shù)素養(yǎng)成為小學信息技術(shù)課程關(guān)注的焦點。編程是小學信息技術(shù)課程重要教學板塊，旨在提高學生編程興趣，幫助其掌握基礎(chǔ)編程能力，促進其計算思維深度發(fā)展。編程與數(shù)學之間存在緊密聯(lián)系，“編程+數(shù)學”的跨學科融合教育思想應(yīng)被積極重視，一方面可拓展信息技術(shù)編程教學維度，豐富教學資源，另一方面還能夠深度鍛煉學生編程思維與能力，打造更加優(yōu)質(zhì)的教育環(huán)境。如何將數(shù)學課程內(nèi)容完美融入到編程教學當中，成為廣大小學信息技術(shù)教師亟待研討的熱點話題。

一、Scratch軟件編程的教學特征及優(yōu)勢

（一）Scratch編程的特征

Scratch編程最初由麻省理工學院開發(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，功能多樣，包括建模、控制、動畫、邏輯等多個板塊，能夠帶給學生更為輕松的操作感受和學習趣味。Scratch編程也是小學信息技術(shù)編程課程中主要學習的軟件，從基礎(chǔ)到輔導(dǎo)、從易到難，貼合小學生當前認知水平，能夠為學生將來深度編程學習奠定良好的基礎(chǔ)。

（二）Scratch編程教學優(yōu)勢

Scratch編程軟件極其適合小學生學習，在教學方面具有諸多鮮明優(yōu)勢，對于促進學生信息素養(yǎng)發(fā)展不可或缺。首先，Scratch編程趣味性強，與傳統(tǒng)高級編程軟件Java、C++等相比較，Scratch操作簡單，學習者只需要動動鼠標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，這讓編程教學變得不再晦澀難懂，學生學習起來輕松愉悅。最后，Scratch編程能夠較好地鍛煉學生的思維能力，比如在獲知學習任務(wù)后，教師要對任務(wù)進行深入分析，梳理編程的層級關(guān)系，一步一步地通過完成小任務(wù)來推進大任務(wù)的落實，在此過程中，學生會不斷發(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，對學生終身發(fā)展都大有裨益。

二、信息技術(shù)編程與數(shù)學融合教學的必要意義

（一）契合編程本身特點

數(shù)學與編程具有最直接的關(guān)系，數(shù)學基礎(chǔ)知識可以幫助學生更為輕松地理解編程邏輯，編寫簡單代碼，小學編程涉及到數(shù)的運算和簡單函數(shù)的運用，比如“1+100”“2+99”從表面來看是簡單的數(shù)學變式運算，但是在編程中運用的便是循環(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，也是學生必須掌握的知識，通過數(shù)學思維的融入會讓學生認知和邏輯推理能力得到有效提升，學習編程也會變得相較簡單。此外，數(shù)學中還會涉及到空間立體思維教學，而編程對于空間建模的運用也是非常頻繁，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效果。

（二）發(fā)展學生計算思維

信息技術(shù)核心素養(yǎng)包括培養(yǎng)學生計算思維，計算思維與數(shù)學思維同根同源，本質(zhì)上是數(shù)學思維的延伸，大量數(shù)學知識和數(shù)學概念最終體現(xiàn)在信息技術(shù)層面，尤其是編程中會運用到大量的數(shù)學思維，包括數(shù)的認識、數(shù)的分析、邏輯運算、簡單函數(shù)、數(shù)形抽象等等，這些數(shù)學思維思想有助于學生建構(gòu)理性、有序的邏輯思維模式，有助于學生計算思維發(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，有助于學生數(shù)學思維發(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，對于學生理性思維能力發(fā)展具有積極作用。

三、小學信息技術(shù)編程與數(shù)學融合教學策略

（一）融入數(shù)學故事，善用情境教學

1.故事情境主題設(shè)置

客觀而言，小學信息技術(shù)編程教學存在一定難度，教師常規(guī)化的教學方法很容易導(dǎo)致課堂氛圍枯燥乏味，學生對于編程學習興趣不高，這很大程度會影響教學質(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)化教學結(jié)構(gòu)，一方面通過情境學習喚醒學生編程活力，另一方面實現(xiàn)編程與數(shù)學的有機融合。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，阿樂與機器人小L開啟了太空冒險之旅，利用位置坐標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)交給了科學家。這個故事情境以太空冒險為主題，契合小學生愛幻想、愛冒險的內(nèi)心需求，并且在其中穿插了各種數(shù)學知識，一邊學習編程知識，一邊完成各項數(shù)學任務(wù)，讓課堂變得有趣又有挑戰(zhàn)性。

2.數(shù)學知識點的融入

針對“少年的太空夢”情境教學過程，每一個情節(jié)都包含著必要的編程知識和數(shù)學知識，兩者的融合對于學生計算思維和數(shù)學思維的培養(yǎng)大有裨益。例如，機器人小L與阿樂幾乎一模一樣，學生需要確定兩者身高比例，將小L設(shè)計得更為真實美觀，涉及到數(shù)學教學中“比例”的應(yīng)用，同時還要教授學生Scratch編程軟件中的“外觀”積木模塊的使用對人物進行外觀調(diào)節(jié)。又如，小L會算數(shù)、做題，教師教授學生如何利用編程功能解決數(shù)學問題，為其設(shè)計一些數(shù)學習題任務(wù)，豐富編程過程;而在阿樂和小L準備開啟太空冒險后，為體現(xiàn)出編程過程的科學性，教師需要讓學生確定地球和月球的位置，利用數(shù)學中的“位置、坐標”相關(guān)知識，讓學生通過編程繪制出兩者位置的坐標圖，并通過“運動”等指令讓阿樂和小L沿著指定的軌道運動，這個過程鍛煉了學生對于運動積木模塊的使用。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)學幾何知識的運用，讓學生運用“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，除了正確運用運動跳躍指令外，還需要為學生普及地球重力和月球重力比，讓跳躍指令更加自然真實。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。一系列的教學過程，實現(xiàn)了編程與數(shù)學思維的有機融合，讓學生編程思維與數(shù)學能力皆得到有效鍛煉，教學過程有趣、有序、有料，達成了“三有”課堂建構(gòu)目標。

（二）利用數(shù)學問題，撬動編程思維

1.數(shù)學問題啟發(fā)思維

Scratch編程軟件中有很多模塊和指令需要學生掌握，單一地告知學生某個功能、某個命令是做什么的，很容易讓學生記混、記亂，而教師若是將Scratch編程軟件模塊的學習結(jié)合實際數(shù)學問題呈現(xiàn)出來，則會很大程度加深學生印象，深化其編程知識認知。如，“如果……那么……命令、偵測命令”是學生需要掌握的編程命令，同時引導(dǎo)學生學習積木塊、模塊化設(shè)計腳本的方法，讓其能夠熟練運用列表指令，完成編程學習。教師設(shè)計教學任務(wù)“比長短”，結(jié)合數(shù)學中比較長短的不同方法和本質(zhì)原理，激發(fā)學生創(chuàng)新、創(chuàng)造思維，并通過數(shù)學問題導(dǎo)學，逐漸讓學生掌握相關(guān)編程知識。在教學開始，教師直接導(dǎo)入數(shù)學問題：這是兩條線，如何比較兩者長短？學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行比較嗎？拋出問題，先讓學生相互討論，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行測量比較，通過變換計算思維，達到和用尺子測量同樣的效果，以此滲透數(shù)學知識教學。

2.編程實踐延伸思維

以問題為導(dǎo)向，教師組織學生展開編程實踐，對兩條線段進行長短比較。教師給出任務(wù)，嘗試讓學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生對于編程學習的理解，摒棄傳統(tǒng)灌輸式、保姆式的教學思維。如，在生成圓球素材的過程中，學生便遇到問題：球太大，這時教師便可以指導(dǎo)學生通過外觀調(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動、沒有沿直線運動、移動完沒有來得及數(shù)格子長度。教師一一為學生解決問題，如怎樣設(shè)置開始坐標、怎樣設(shè)置讓球沿著鼠標指針移動、怎樣用編程中的自變量程序讓球在運動過程中自動讀出格數(shù)等等。在教師指導(dǎo)下，學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)學測量思維，課堂教學效果自然遠超預(yù)期。

（三）依托學科知識，滲透數(shù)學元素

1.基本模塊教學滲透數(shù)學元素

Scratch軟件腳本編程會運用到各種數(shù)學知識，如移動模塊需要設(shè)定各種數(shù)學參數(shù)來達到讓角色運動的目的，在“小貓畫圖形”“小貓畫數(shù)字”等課程教學中便是讓學生借助清晰的數(shù)學運算思路來完成運動腳本的編程，在學生完成基本的操作，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)來幫助學生完成編程知識技能的遷移運用，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學生的邏輯思維，可以先讓其用思維導(dǎo)圖的形式將需要用到的數(shù)學元素羅列出來，再一步步去進行腳本框架搭建，比如第一步先學習畫幾何圖形的方法，標注起始位置;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，如何讓角色按照預(yù)想的軌跡運動等等，在思維導(dǎo)圖和清晰的數(shù)學元素支撐下，引導(dǎo)學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.游戲編程教學滲透數(shù)學元素

游戲教學法是小學編程中常會用到的教學手段，也是讓學生體驗編程樂趣和其強大功能，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)學運算難題，通過競賽游戲，幫助學生熟悉編程各項功能運用，如變量添加、腳本編寫等等，讓學生在游戲競爭的驅(qū)動下認真思考腳本程序各個細節(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，還可以讓學生之間互相出題，互相競爭，在寓教于樂的過程中實現(xiàn)計算思維和數(shù)學思維的綜合鍛煉，提高Scratch編程軟件實踐運用能力。不僅如此，教師還可以借助游戲情境為學生設(shè)置更為復(fù)雜的編程任務(wù)，將數(shù)學元素充分融入其中，遵循由易到難、由淺到深螺旋遞進的原則，一步一步提高學生信息素養(yǎng)。

四、結(jié)束語

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

參考文獻：

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