Scratch在《發現圓周率》數學教學中的應用

摘要：小學數學是基礎教育中的一門重要學科，具有較高的抽象性和邏輯性。而Scratch作為一款可視化編程語言，對幫助學生理解數學基礎知識，培養學生創新思維和問題解決的能力都有重大意義。本文將從教學實際出發，以Scratch應用于《發現圓周率》為課例，希望能為Scratch與小學數學課程整合的進一步發展探尋可能的方向。

關鍵詞：小學數學;Scratch軟件;教學實踐

1.引言

近年來，隨著現代信息技術的迅速發展，教育觀念和教學手段也在不斷。2011年，國家教育部在《義務教育階段數學課程標準（2011年版）》明確提出：“數學課程應根據實際情況合理地運用現代信息技術進行設計與實施，要注意信息技術與課程內容的整合，注重實效”[1]。除此之外，隨著大數據的應用領域越來越廣，人們也開始認識到人工智能和編程教育的重要性。由此可見，將Scratch 軟件應用于小學數學課堂教學，是數學新課程標準的內在要求，也是編程教育發展的現實發展需要。

2.Scratch支持小學數學教學的優勢

Scratch是一款由麻省理工學院（MIT）媒體實驗室設計開發的圖形化開源編程軟件。其簡單易用，學生不需要去掌握太多的英語知識和計算機知識，只需將左側所需指令塊通過鼠標拖入右側的腳本區即可編寫程序。而且Scratch內容豐富、素材多樣，學生可以在素材庫中選擇自己想要的素材，從而輕松創建自己的互動游戲、動畫和仿真等。Crook在一項關于Scratch嵌入課堂的研究中指出，“成年人可以在幾個小時內輕松學習Scratch，七歲以上的孩子從第一節課開始就能獲得很多的收獲[2]。由此可見，Scratch軟件非常適合中小學學生初次學習編程語言時使用。

Scratch中還包括很多基礎數學。學生借助Scratch學習數學時，不僅會學習核心計算概念，例如迭代和條件判斷，還會了解重要的數學概念，如坐標，變量和隨機數。MIT團隊設計和開發Scratch的目的，其中就包括學生可以從中學習重要的數學和計算機概念[3]。由此可見，Scratch軟件設計的初衷就包括學習重要的數學知識，所以將Scatch軟件應用到《發現圓周率》的數學教學中，具有很大的優勢和必要性。不僅可以幫助學生更好地去理解圓周率的意義，還能激發學生學習數學的興趣，調動學生的主觀能動性。

3.《發現圓周率》Scratch教學設計案例

教學目標：（1）利用Scratch理解圓周率的意義，推導出圓周長的計算公式，并能進行簡單的圓的相關計算。（2）利用Scratch培養學生的觀察、比較、分析、綜合及動手操作能力，培養學生問題解決的能力。（3）利用Scratch發展學習數學的興趣，感受數學的文化魅力。

（1）創設情境，引入新課

（教師利用Scratch展示兩只小狗進行賽跑比賽的情境）

教師：小白狗和小黑狗進行跑步比賽，小白狗沿著正方形路線跑，小黑狗沿著圓形路線跑。同學們，你認為哪只小狗會贏這場比賽呢？

學生：兩只狗都可能贏。

教師：小白狗跑的路程實際上是正方形的什么呢？小黑狗所跑的路程呢？

學生：小白狗所跑路程是正方形的周長，小黑狗所跑路程是應該也是圓的周長。

教師：小黑狗所跑路程是一個曲線，這個曲線圍成的長就是周長。（呈現圓的周長概念：圍成圓的曲線的長叫做圓的周長。通常用C表示。）

教師：所以我們比較正方形的周長和圓的周長大小就知道哪只小狗可以贏得比賽了。正方形的周長我們知道如何計算，那圓的周長怎么計算呢？

設計意圖：將數學知識和生活聯系起來，激發學生興趣。

（2）探究問題

小組合作測量幾個大小不同的圓，可以借助線、尺子等工具，并在表中記錄圓的直徑和圓的周長大小。

教師：觀察表中數據，你們發現了什么？

學生：圓的周長和直徑有關，圓的周長與直徑的比值是3.14左右。

教師：在任何圓里面圓的周長與直徑的比值都是3.14嗎？這個答案也是我們今天要學的內容“圓周率”（呈現圓周率的概念：圓周率即圓的周長與其直徑的比。通常用π來表示。）

教師運行Scratch中繪制正多邊形的程序。

教師：同學們，正多邊形的邊長不斷加大，越來越接近什么圖形呢？

學生：圓。

教師：所以我們可以利用之前繪制正多邊形的方法來近似地求出圓周率。

設計意圖：促進學生新舊知識間的聯系，提供學生合作交流的機會。

（3）教師講授“關鍵算法”，進行程序演示。

教師帶領學生回顧在Scratch中繪制正多邊形的方法，然后演示在Scratch中通過繪制正多邊形的方法近似求出圓周率的程序過程。然后將之前學生記錄的數據帶入程序中，去比較結果是否一致。

設計意圖：幫助學生更為直觀地理解數學知識。

（4）個人程序操作

學生自己在Scratch中進行程序操作，此階段教師要及時去答疑解惑，啟發學生去解決問題，幫助學生進行思維發散。

設計意圖：一方面幫助學生鞏固所學知識，知道圓周率是如何得出的，而不只是機械的記憶。另一方面培養學生問題解決和思維發散的能力。

（5）歸納總結

教師總結Scratch中通過繪制正多邊形的方法近似求出圓周率的方法，以及圓的周長公式為C=πd或C=2πr。

教師：現在我們知道了圓的周長公式，那小白狗和小黑狗誰能贏得比賽的問題我們也可以解決了。

學生進行計算。

設計意圖：幫助學生回顧本節課所學知識，加深對知識的理解和記憶。

（6）習題鞏固

學生完成學習單上相關圓的周長的習題。

設計意圖：幫助學生促進知識的遷移。

4.小結

Scratch與小學數學課程整合的課堂教學，能有效增強數學教學效果，幫助學生更好地理解數學知識。不僅能夠提高學生學習興趣，還能促進學生思維能力、解決問題能力的發展。雖然目前對Scratch和數學課程整合的研究還處于嘗試和摸索的階段，但筆者相信隨著研究的不斷深入，Scratch在數學教學中會獲得更加廣泛的應用。

參考文獻：

[1]《義務教育數學課程標準》（2011 年版）解讀[M].湖北：湖北教育出社，2012.2.

[2]Stephen Quinn. An Investigation into the Use of Scratch to Teach KS3 Mathematics. [D]. Harvard University.

[3]ResnickM， MaloneyJ， etal.Scratch：programming for all.[J].Communicationsof the Acm，2009，52（11）：60-67.

作者簡介：王丹，女，1993年2月17日，碩士在讀，揚州大學，研究方向：現代教育技術。