基于游戲化教學的背景，探索編程游戲與數(shù)學課堂的融合

蔡惠貽

【摘 要】本文基于游戲化教學的背景，探索編程游戲與數(shù)學課堂的融合，闡述了研究的現(xiàn)狀、編程工具的選擇及探索過程。文中列舉了探索過程中的多個實踐案例，并對研究進行了思考與總結(jié)。

【關(guān)鍵詞】編程游戲 游戲化數(shù)學 數(shù)學教學 融合

一、編程游戲與數(shù)學課堂融合的現(xiàn)狀及概念闡述

游戲化教學是數(shù)學課堂教學的大趨勢。游戲化教學是指將游戲元素引入數(shù)學課堂的一種教學方式。這種方式不僅能提高學生的學習積極性，還能調(diào)動學生的數(shù)學思維。數(shù)學課堂游戲的種類眾多，有視頻游戲、卡牌游戲、編程游戲等。其中，編程游戲可以使教學情境多樣化及數(shù)學思維可視化。但是編程游戲?qū)處煹男畔⒓夹g(shù)要求較高，因此編程游戲與數(shù)學課堂融合的探究并不多。

作為一線數(shù)學教師，筆者認為將編程游戲與數(shù)學教學融合是很有價值的。編程是程序設(shè)計的工具，但也是小學信息技術(shù)學科的學習課程。在設(shè)計編程游戲的過程中，教師能迅速提高信息技術(shù)能力。在理解編程游戲的過程中，學生能高效地理解數(shù)學知識。部分思維活躍的學生還能結(jié)合信息技術(shù)課程的知識理解編程背后的數(shù)學邏輯與思維。

對于“融合”，有三種闡述。一是教師將編程作為游戲設(shè)計的工具，使編程的游戲作品與數(shù)學課堂融合。這是以數(shù)學教學目標為主的融合教學。二是在小學信息技術(shù)課中，教師將數(shù)學知識滲透在編程設(shè)計中，學生可以通過編程設(shè)計來理解數(shù)學知識。這是以編程教學目標為主的融合教學。三是教師將數(shù)學教學目標和編程教學目標融合于一節(jié)課中，以項目式學習的方式進行課堂教學。本文以“融合”理解為第一種闡述內(nèi)容，探索以數(shù)學教學目標為主的融合教學。

二、編程工具的選擇

編程軟件眾多，且各有特點。選擇一款適合教師使用且適合學生理解的編程軟件，才能更好地發(fā)揮編程在教學中的作用。因此，選用的編程軟件需要具備以下特點：編程功能強大，能滿足課堂教學的大部分需求;編程圖形化，教師容易理解;編程設(shè)計操作簡單，教師可以掌握并高效完成編程設(shè)計。少兒編程工具AIspark就具備以上特點。

AIspark是一種積木式編程工具。第一，它具有可視化的特點。AIspark用不同的積木模塊代替繁雜的編程代碼。軟件中的編程積木模塊有智能語音、人臉識別、智能翻譯、KNN（K近鄰算法）、AI實驗室、控制、運動、外觀、聲音、事件、偵測、運算、變量和自制積木。第二，它具有圖形化拖曳的特點。教師可以拖曳不同的積木模塊去堆疊，或直接將不需要的積木模塊放回腳本區(qū)即能實現(xiàn)刪除效果。第三，AIspark內(nèi)部資源豐富，為交互式的設(shè)計如動畫、故事片、游戲等提供了豐富的素材。總的來說，AIspark功能強大，編程簡易，趣味性強，能輕松達到交互式故事、動畫、游戲等效果。因此，選用AIspark作為設(shè)計游戲的編程工具是非常合適的。

三、編程游戲與數(shù)學課堂融合的探索

小學數(shù)學教材將知識內(nèi)容分為數(shù)與代數(shù)、圖形與幾何、統(tǒng)計與概率、綜合實踐四個領(lǐng)域。在探索編程游戲與數(shù)學課堂融合的過程中，圖形與幾何、數(shù)與代數(shù)領(lǐng)域都有探索。

（一）將編程游戲融入圖形與幾何領(lǐng)域的課堂教學

在北師大版數(shù)學五年級上冊“平移”一課中，學生不僅需要明確平移的特征并能說出物體平移的方向和距離，還需要在方格紙中根據(jù)物體的平移路徑畫出平移后的圖形。在學習本節(jié)課之前，學生在三年級時便學習了物體的簡單平移，所以能比較輕松地說出物體平移的方向和距離。但是對于基礎(chǔ)較差的學生來說，根據(jù)物體平移路徑準確畫出平移后的物體是有一定難度的。基于教材分析和學情分析，這節(jié)課筆者設(shè)計了小貓追逐錢袋的兩個編程游戲來進行重難點教學。

1.編程游戲?qū)耄仡櫰揭频闹R

游戲規(guī)則：在小貓追逐錢袋的方格中，錢袋會在3～5秒內(nèi)自動隨機變換位置，玩家需要通過鍵盤操作上移、下移、左移、右移鍵使小貓移動去追逐錢袋。當小貓位置與錢袋位置重合時，分數(shù)增加1分。游戲限時60秒，兩人先后進行游戲，得分高者獲勝。

游戲結(jié)束后，教師讓學生依次思考幾個問題：①游戲過程中運用了哪些數(shù)學知識？②物體平移有什么特點？③游戲過程中小貓平移的路徑是怎樣的。

在設(shè)計游戲的過程中，競爭是考慮的關(guān)鍵因素。競爭游戲能極大調(diào)動學生的學習積極性，提高學生的學習興趣。游戲結(jié)束后，學生通過回顧游戲的過程來復習平移的相關(guān)知識，為本節(jié)課的新知識學習做鋪墊。這是順應(yīng)學生思維認知的。此外，游戲后教師引導學生思考三個問題能有效減少學生注視電子屏幕的時間，保護學生的視力。

2.你說我移，突破平移的難點

教師事先準備好方格紙學習單。學習單上的方格只標注小貓的位置，學生根據(jù)教師提供的小貓平移路徑信息畫出平移后小貓的位置。其中，教師提供的平移路徑信息由易到難。學生畫完后同桌交流，集體評議，最后總結(jié)畫圖的技巧與方法。

將平移游戲從電子屏幕操作轉(zhuǎn)移到紙筆操作是有必要的，這也是由具象思維到抽象思維的過渡。本環(huán)節(jié)的設(shè)計目的在于幫助學生總結(jié)畫平移后圖形的技巧與方法。

隨后，教師拿出事先準備好的關(guān)于小貓平移路徑信息的錦囊，選取兩個玩家并分配游戲任務(wù)。A玩家根據(jù)教師提供的錦囊信息告訴B玩家小貓的平移路徑，B玩家則操作電腦鍵盤使小貓平移到指定位置。當B玩家準確平移小貓到指定位置時，團隊獲得1分。小貓尋找錢袋的游戲由獨立畫圖變?yōu)閮扇撕献鳎芗ぐl(fā)學生的挑戰(zhàn)意識。

在合作過程中，本環(huán)節(jié)能培養(yǎng)學生團結(jié)協(xié)作的精神，也能培養(yǎng)學生細心傾聽、認真思考的品質(zhì)。更重要的是，在游戲過程中，玩家專注于想象平移后的小貓位置，而其他學生觀眾則專注于根據(jù)想象小貓平移后的位置來判斷玩家操作是否正確。因此，全體學生都在這個過程中鞏固了新知。

（二）將編程游戲融入數(shù)與代數(shù)領(lǐng)域的課堂教學

“異分母分數(shù)大小比較”是北師大版數(shù)學五年級上冊的內(nèi)容。在學習本節(jié)課之前，學生已經(jīng)對分數(shù)有初步認識且學過同分母分數(shù)大小比較的知識。本節(jié)課的教學重點是引導學生在探索異分母分數(shù)大小比較的方法中理解通分。在教材中，學生的探索是由易到難的，探索中思維也是發(fā)散的。如教材先引導用畫圖或通分等方法探索分母互質(zhì)的分數(shù)大小比較，再探索分母有共同因數(shù)的分數(shù)大小比較。基于對相關(guān)內(nèi)容的分析，本節(jié)課設(shè)計了將快問快答的編程游戲融入課堂教學。96C475A7-7C7C-475D-9A71-FBAF1628FE9C

1.人機互動，增加課堂趣味性

上課伊始，可以全班來玩一玩快問快答的游戲。屏幕上出示兩個同分母分數(shù)，請全班一起回答。若回答正確，則屏幕顯示“恭喜你，回答正確”，并在分數(shù)欄增加1分;若回答錯誤，則屏幕回應(yīng)“對不起，回答錯誤”。在進行5次比較同分母分數(shù)大小的游戲后，第6次屏幕出示兩個分母互質(zhì)的分數(shù)，如與。當異分母分數(shù)出現(xiàn)時，學生中會出現(xiàn)不一致的答案。此時，教師便引導學生回顧同分母分數(shù)大小比較的方法，同時思考異分母分數(shù)大小比較的方法。

學生在課堂學習單上用自己喜歡的方法比較與的大小。有學生用了畫圖的方式，也有學生將兩個分數(shù)化為分母為42的分數(shù)再比較其大小。在課堂上，教師可以將不同的學生作品展示出來，集體交流討論后對通分的概念進行詳細介紹。解決了比較分母互質(zhì)的分數(shù)大小問題后，教師再次利用快問快答程序游戲出示類似分母互質(zhì)的分數(shù)，并讓學生單獨回答。本次游戲進行了5輪，當學生遇到矛盾點時，教師適時停下來給學生思考探索的時間與空間。這也是學生突破本節(jié)課重點的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

人機互動的游戲是本節(jié)課的導入活動，時長控制在3分鐘以內(nèi)。這個游戲可以很自然地引發(fā)學生的認知沖突，迫使學生主動思考比較異分母分數(shù)大小的方法，并將方法落實在紙筆上。同時，有了比較同分母分數(shù)大小的知識鋪墊，學生能較容易地想到將異分母分數(shù)轉(zhuǎn)化為同分母分數(shù)再進行比較。

2.學生參與游戲設(shè)計，增強學習成就感

在突破教學重點之后，教師可以讓學生在學習單上設(shè)計5道比較異分母分數(shù)大小的題目。教師有選擇性地挑選分母有共同因數(shù)的異分母分數(shù)的學生作品，并根據(jù)學生的作品當場修改編程，制作成新的游戲。在玩新游戲的過程中，學生對比較這類分數(shù)的大小有困惑。以此為契機，教師可以再次引導學生探索這類分數(shù)通分的技巧與方法，從而突破學習難點。

在本環(huán)節(jié)中，學生由游戲玩家轉(zhuǎn)變?yōu)橛螒蛟O(shè)計者。學生通過紙筆將游戲設(shè)計的想法表示出來，因此學生的學習積極性被極大地調(diào)動了起來。

在編程游戲與數(shù)學課堂教學融合的探索中，我們感受到了編程的強大性，更感受到了編程游戲與數(shù)學教學結(jié)合的研究價值。編程游戲與數(shù)學教學的融合是為了提高課堂教學的趣味性和有效性。這樣的教學模式對教師提出了更高的要求。為了更好地實現(xiàn)編程游戲與數(shù)學教學融合，教師在熟練掌握編程技術(shù)的同時還要保持游戲精神，時刻學習和更新游戲設(shè)計理念。需要特別注意的是，編程游戲是數(shù)學課堂教學的輔助工具，不應(yīng)該占用課堂的大量時間，要留更多的時間給學生進行思維的躍動與提升。96C475A7-7C7C-475D-9A71-FBAF1628FE9C