以圖形化編程開展數學跨學科融合教學

李月玲

計算思維是學科核心素養之一，是21世紀創新型人才必備的基本技能。在人工智能快速發展的時代背景下，社會對人才的要求相應提高，提升學生的核心素養是創新型人才培養的重要內容。隨著2017年國務院頒布的《新一代人工智能發展規劃》政策實施，圖形化編程在中小學階段越來越受到重視，其作為培養學生計算思維的重要教學手段得到學術界的高度認可。

學科融合教學是新一輪學科課程改革深入推進而產生的育人方式，其對提升學生跨學科解決問題能力、培養學生多角度思維能力具有重要的促進作用。在圖形化編程教學中有效地融入數學學科知識，有利于學生思維轉換，激發學生創新意識，促進學生計算思維發展，從而提升學生的綜合素養。

一、計算思維與數學思維緊密聯系

計算思維是指個體在運用計算科學領域的思想方法形成問題解決方案的過程中產生的一系列思維活動。計算思維主要應用于計算機學科領域，是由人和機器共同完成問題求解和系統設計的一種科學思維方法。

由此可見，人工智能時代需要我們掌握一種技能——用計算思維解決問題。數學思維是一種通過語言符號，運用數學推理、判斷等方法對數學對象進行概括和反應的一種大腦思維。其在問題解決的方法上主要依賴人的大腦。

計算思維與數學思維雖然在解決問題的策略上存在差異，但在解決問題的思路上具有共性：計算思維源于數學思維，用數學思維解決問題時需要強調定義和概念，明確問題條件，從而把握其中的函數關系，再通過歸納、推理、邏輯分析來建立數學模型，用數學公式解決問題。而這些正與計算思維解決問題過程中所發生的環節高度對應：界定問題、分解問題、抽象分析、建立模型、算法實現，等等。所以，計算思維與數學思維之間聯系緊密，具有良好的遷移基礎，形成良好的數學思維有利于計算思維的發展。

二、圖形化編程與數學融合教學的必要性

在人工智能迅猛發展的大環境下，教育方式需要改變，要充分發揮信息技術優勢，推進信息技術與教育教學的深度融合，促進人才的培養與發展。

圖形化編程是目前編程教育中應用最廣泛的一種編程方式，界面簡潔易操作，具有動畫、游戲、仿真和建模等功能，能使抽象的問題可視化，極大地激發學生的學習興趣，促進學生思維方式的發展，有助于創新思維和計算思維的提升。

數學思維最大的特點是邏輯性和抽象性較強，而數學教學要為培養學生的數學思維能力奠定基礎。小學中高年級學生的數學思維發展處于抽象邏輯思維發展階段，并具備一定的形式邏輯思維和辯證思維。

圖形化編程與數學之間存在著思維共性，且圖形化編程教學的對象正好是小學中高年級的學生，因此，圖形化編程極易與數學相結合。兩者融合教學后編程課不只是研究編程和算法的課程，還降低了編程的門檻和課程的學習難度，在幫助解決數學問題的過程中提升學生學習編程的熱情，促進跨學科融合教學，推動教學模式的創新發展，實現雙學科核心素養的全面提升。

三、圖形化編程教學中融入小學數學知識的優勢

圖形化編程教學中融入小學數學知識，不僅可以調動學生的學習積極性，拓展學生視野，促進學生計算思維能力的培養，還可以提高學生解決問題的綜合能力。

1. 調動學生學習的積極性

圖形化編程通過程序演示，把抽象的數學問題轉化成生活中的實例，將數學公式轉化成直觀的使用工具，將數學知識有效地融入編程教學，有助于提升課堂趣味，調動學生的積極性。

例如，對于四年級編程第一課，我結合人教版小學數學三年級下冊第6單元《年月日》的知識點，開發了一節學科融合的程序設計課《年月日的認識》。課前，我向學生拋出一個數學問題：“每年都有12個月，其中2月的天數比較特別，今年的2月有多少天呢？”接著師生一起討論閏年的判斷規則：“能被4整除且不能被100整除的為閏年”或“能被400整除的是閏年”。學生的數學思維被充分調動起來后，我提出疑問：“如何運用編程貓的運算模塊把閏年的判斷規則呈現出來？”引導學生把抽象的年份轉換為數字變量，問題就轉換為對數字的判斷。這樣的教學設計，充分體現數學融入編程教學中的趣味性，使學生更具參與感，能充分調動學生的學習積極性和主動性。

2. 培養學生的計算思維能力

學生具有良好的數學分析、運算、抽象思維能力，將有助于構建理性、邏輯的思維模式，培養計算思維，而圖形化編程過程中體現出問題分解、模式識別、抽象化和算法等計算思維能力，有利于數學思維的發展。解決數學問題有利于培養計算思維，教師要積極尋找數學問題與編程的融合點，通過計算編程將問題分解、構建模式、找出解決方案等為學生創設良好的思維情境。

例如，粵教版小學信息技術（A版）第三冊（上）第四課《漂亮的風車》中，舞臺坐標是比較抽象的知識點，為幫助學生更好地理解并學會應用，我巧妙地將人教版小學數學五年級上冊《位置》這一單元的數對知識與舞臺坐標知識進行融合。這個環節的教學主要體現在導學案的設置上。我將數學教材里的練習題和與舞臺坐標結合改進后的題目放在一起，讓學生通過知識遷移來理解舞臺的坐標。學生在學習編程知識的同時鞏固了數學知識，發展了空間觀念和推理能力，計算思維水平在思維訓練過程中得到提升。

3. 提高學生解決問題的綜合能力

學生解決問題的能力是學生綜合能力發展的關鍵，與學生的創新應用有密切關系，也是編程思維發展重視的能力之一。教師要善于發掘編程知識與數學生活問題相結合的教學內容，創設新奇有趣的課堂情境，讓學生在鞏固數學知識的同時，學會從多角度思考問題，把數學知識遷移到程序設計上，體會用編程思維解決問題的樂趣。

例如四年級數學下冊的“雞兔同籠”是一道經典的數學趣題，也是訓練學生邏輯思維的典型題目，我把它與編程知識進行融合，設計了一個“雞兔同籠”的趣味游戲作品供學生拓展學習。學生輸入雞兔頭的數量和腳的數量后，經過程序判斷和計算，分別得出雞和兔子的數量。0B8B5975-20E4-4D4A-A812-F0D7F35EAAB9

課堂中，我創設了問題情境，引導學生用數學思維分析雞兔的頭與腳之間的數量關系，接著給學生充足的時間開展小組合作探索，用編程思維設計和調試程序，最后在小組分享交流作品后引導學生再創造，優化程序。這樣不僅能激發學生的創作欲，還能促進學生積極主動思考，引發頭腦風暴，開發思維能力和創造力，并在小組合作中鍛煉解決問題的能力。

四、圖形化編程教學中融入小學數學思維的策略

1. 立足編程教材，挖掘數學知識

計算思維的培養離不開數學概念和數學思維的支持，在圖形化編程教學中，教師要認真研讀教材，挖掘蘊含數學邏輯和數學思想的編程知識，幫助學生在形成數學思維層面認知的基礎上，運用知識遷移掌握編程知識，強化理解能力，提升思維能力。

粵教版小學信息技術（A版）第三冊（上）內容多處涉及數學知識，如第4課《漂亮的風車》需要運用“坐標”“旋轉角度”的數學知識;第5課《幸運大轉盤》涉及的數學知識點有圖形角度旋轉和圖形繪制;第8課《看誰算得快》設計一個能自動出題并判斷對錯的程序小游戲，通過增加題數、得分等變量實現題數和得分的統計，需要調用四則運算、隨機數、變量等知識。教師在授課前，可以通過導學案了解學生原有數學知識基礎，調整教學設計，從而提高課堂教學效率。

2. 立足數學問題，開發編程教學案例

經典的數學問題可以為編程游戲項目的開發提供豐富的素材。教師創設學科主題情境，引導學生運用已掌握的知識和已形成的數學思維方式，把抽象的數學問題轉化為編程問題，讓學生帶著問題自主探索，從而提升學生的思維能力，促進編程游戲項目的開發。比如，“相遇問題”“追及問題”“百錢買百雞”等是經典的數學趣題，運用編程思維把生活問題轉化為編程游戲項目，能激發學生學習編程的興趣，提高運用編程思維解決問題的能力，促進計算思維能力的發展。

例如，給編程提高班的學生授課時，我結合五年級上冊第7章《數學廣角》中的“植樹問題”，引導學生開發設計一個跟植樹相關的編程游戲項目。

（1）以每年3月12日植樹節活動為游戲情景，引導學生通過編程操作完成植樹步驟。

（2）借助數學教材里的練習題，引導學生通過編程把數學問題形象化，通過編程操作把植樹問題的三種情況直觀化，既幫助學生鞏固數學知識，又鍛煉了學生的邏輯思維能力。

（3）拋出問題：“設計一個跟植樹相關的程序小游戲。”讓學生帶著問題開展小組合作、自主探索、實踐創作。

在作品交流環節，有的小組設計了“搶樹苗”游戲;有的小組設計了“植樹知識問答”闖關游戲;還有的小組運用知識遷移的規律，參照“打地鼠”游戲，創新設計了“消滅樹苗害蟲”小游戲。一輪頭腦風暴后，學生的發散思維、創作思維和計算思維得到極大的提升。

五、結語

圖形化編程作為培養學生邏輯思維、創新思維和計算思維的重要技能，對創新型人才培養起著重要的推動作用。以圖形化編程教學為紐帶，進行跨學科融合教學是一種新的突破，是一種教學模式的探索。圖形化編程與小學數學融合教學，創設開放有度的趣味課堂，注重課程內容的綜合性，有利于激發學生學習興趣，提高學生綜合運用數學和編程知識解決問題的能力。從更長遠的角度看，這種融合教學能夠促進學生跨學科思維方式的形成和計算思維能力的發展，提升學生的綜合素養，滿足社會對創新型人才的需求。

責任編輯 羅 峰0B8B5975-20E4-4D4A-A812-F0D7F35EAAB9