Scratch與小學數學融合課例設計

摘 "要 "在兒童Scratch編程教育迅速發展的背景下，Scratch與學科融合逐漸成為一種趨勢。著重介紹將Scratch與小學數學融合的優勢，并以“迷宮游戲”為例設計Scratch與小學數學融合的課例，以供參考。

關鍵詞 "Scratch；小學數學；編程教育；計算思維；迷宮游戲

中圖分類號：G623.58 " "文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）13-0057-04

0 "引言

隨著信息技術的快速發展，國家越來越重視將信息化手段運用到學科教學中，人們也意識到編程教育的重要性，編程已經成為人工智能時代一項非常重要的技能。人們逐漸開始重視小學生的Scratch編程教育，以期為其后續的編程語言學習打下基礎。兒童通過編程學習所培養的思維技能、共情能力以及交流協作精神，恰恰填補了許多學校教學方面的空白。可視化編程語言引起教育界對編碼的興趣，編程不再只是一種工具，也是一種發展其他技能的媒介，可以激發學生的學習動機，取得良好的學習效果[1]。

目前對于Scratch的研究主要有兩類：一是作為程序設計工具，用于編程；二是將Scratch作為一種教學輔助工具，融入各學科教學中。近年來，國內學者對于Scratch的應用研究越來越深入，主要是將其作為信息技術課的編程內容，與學科內容融合的研究較少，而與小學數學學科內容教學融合的研究就更少。數學知識比較抽象，其中有些知識內容可以基于真實情境來學習，更可以利用Scratch編程的可視化、趣味性等特點來增強教學效果。將Scratch與小學數學融合，不僅能促進學生對于數學的理解和應用，而且有助于培養學生將Scratch運用到生活實際解決真實問題的能力和計算思維。

1 "Scratch與小學數學融合的優勢

1.1 "可視化

小學數學中許多知識較為抽象，小學生不易理解，而Scratch圖形化編程軟件的可視化特點可使一些比較晦澀難懂的知識點變得易于理解和學習，可視化編程不僅能幫助小學生學習新知、將新知與舊知在頭腦中建立聯系，還能夠幫助小學生深刻理解小學數學內容。

1.2 "趣味性

在Scratch編程學習中，角色、背景、動畫、探究過程等都非常吸引小學生，符合小學生的身心發展規律。將數學教學中枯燥無味的學習轉換為Scratch中的趣味學習，不僅可以提高小學生學習的主動性和積極性，還能夠激發他們的創造力。

1.3 "應用性

小學數學與Scratch融合不但能促進小學生計算思維的培養，而且在實際操作實現作品的過程中可以提高小學生將數學知識應用到真實問題中的能力，以及應用編程解決真實問題的能力。

1.4 "創新性

Scratch是集文字、圖像、聲音等多種元素于一體的編程軟件，在學生創作作品過程中所進行的構思、選材、算法設計、編程實現等都可以促進學生發散思維的提升，充分發揮想象力，引發頭腦風暴，促進創造力的培養。同時，學生可以將頭腦中的想法通過編程實現。

2 "小學數學與Scratch融合的課例設計

以“迷宮游戲”為例，在Scratch課堂中融入小學數學平面直角坐標系的知識，讓知識內容更加具體化，使教學內容更加直觀、易懂，在學習過程中體驗并運用Scratch圖形化編程軟件解決真實問題；同時能夠幫助學生更好地理解和運用數學知

識，掌握所學內容，以促進學生全面且個性地發展。

2.1 "教學目標及重難點

2.1.1 "教學目標 "學生能夠畫出“迷宮游戲”的流程圖，運用數學知識完成對“迷宮游戲”的編程。

1）通過學習Scratch圖形化編程軟件，加深對平面直角坐標系的理解和實際應用。

2）在分析問題、設計程序、解決問題和循環迭代中培養計算思維。

3）從程序修改、完善中體會軟件開發的迭代工程思想。

2.1.2 "教學重點

1）流程圖的繪制。

2）簡單邏輯判斷模塊和重復執行模塊的使用。

2.1.3 "教學難點 "對繪制流程圖過程的理解。

2.2 "創設情境

根據學生在課下喜歡玩游戲的情況，提出：“我們平時都是玩游戲，那怎么才能制作一個游戲呢？我們在數學課上剛剛學習了一些平面直角坐標系的知識，今天就來扮演程序員的角色，運用所學知識探究一下如何用Scratch圖形化編程軟件來制作一個簡單的游戲。”并通過多媒體展示游戲效果，如圖1所示。

【設計意圖】聯系學生生活實際和已有知識經驗，創設真實情境，使數學概念具體化、形象化，為課程學習增添趣味性；展示游戲效果，激發學生的好奇心和學習的積極性；發布任務，激發學生的學習熱情。

2.3 "流程圖設計

設計流程圖是學生自主學習、抽象思維具體化、嘗試利用計算機邏輯解決問題的有效方法[2]。因此，在制作游戲之前搭建支架，引導學生一步一步學習Scratch程序編寫的步驟，進而能夠繪制“迷宮游戲”的流程圖，以幫助學生將抽象的邏輯思維可視化，使程序的流程變得更易理解。

挑戰任務一：觀察角色動作，通過小組討論和教師引導，得出“迷宮游戲”編程的注意事項。

1）腳本運行開始時，將角色設置固定位置，即迷宮入口。

2）如果鍵盤按下“↑”鍵，角色向上移動，在y軸上增加一定數值；如果按下“↓”鍵，角色向下移動，在y軸上減少一定數值；如果按下“←”鍵，角色向左移動，在x軸上減少一定數值；如果按下“→”鍵，角色向右移動，在x軸上增加一定數值。

3）角色遇到墻壁（黑色線條）時需要停止，不能繼續向前運動。

4）角色重復運動許多步驟，要在控制模塊外嵌套重復執行模塊。

挑戰任務二：根據注意事項，學生填寫“迷宮游戲”流程步驟。搭建框架，如表1所示。

【設計意圖】將流程分成幾個小步驟來講解，便于學生理解并學會編程的過程。運用先前所學的平面直角坐標系的知識填寫表格，加深學生對平面直角坐標系知識的理解。

挑戰任務三：將角色動作與Scratch程序指令對應。根據需要注意的事項和程序步驟，小組討論完成表1。隨后教師講解。

1）將角色移到迷宮入口時，角色區顯示的角色橫縱坐標數值即可作為角色的初始位置。

2）如果偵測到鍵盤按下上、下、左、右某一個鍵時，那么角色就作出相應的移動，這時用到的是簡單邏輯判斷模塊，即“如果……那么……”。

3）如果角色向前運動碰到墻壁（黑色線條），程序中沒有可以直接用來停止角色運動的積木，可以在原來的基礎上減去增加的數值（或加上減掉的數值），這樣就能保持角色不動。

4）要使角色重復運動，可以在重復執行模塊嵌套所有角色動作。

角色狀態與對應程序指令如表2所示。

【設計意圖】學生根據角色動作梳理Scratch程序指令，有助于學生理清編寫程序腳本的思路，使后續更容易編寫程序腳本。

挑戰任務四：繪制流程圖。基于上述任務的結果，學生小組合作繪制流程圖，如圖2所示。

【設計意圖】使用流程圖來描述算法，將編程步驟可視化，方便學生學習。借助流程圖，學生將自然語言向程序設計語言過渡，更易理清其中的邏輯關系。

2.4 "小組合作，設計游戲

在這個環節，根據組間同質、組內異質的原則將學生每四人分成一個小組，每小組選出一個組長，分配好各組員的任務。讓學生根據注意事項和程序流程圖，將流程圖轉化為程序腳本，自己動手完成。搭建腳本，可以根據自己的喜好，組間選用不同的背景和角色，制作不同的作品。學生搭建腳本過程中，教師巡視、觀察各小組的完成情況，對有需要的小組及時給予幫助和指導，引導學生通過小組合作的方式解決問題。教師給學生提供背景圖和角色以及其他可能用到的素材，學生也可以從Scratch素材庫中選擇自己喜歡的素材。

【設計意圖】小組合作的形式可以培養學生的合作溝通、協作交流能力以及在合作中解決問題的能力，使每個學生都參與腳本的制作過程。讓學生根據自己的喜好選擇素材，可以充分展現不同學生的興趣愛好，培養學生的發散性思維和個性，有助于學生創新能力的發展。

2.5 "運行腳本，循環迭代

學生編寫完程序后，嘗試運行腳本測試程序，找出程序中的不合理之處或問題。教師引導學生自己解決問題。在完成程序編寫后，可能還會出現最開始的設計問題或萌生新的想法，比如在最后角色走出迷宮時添加“恭喜闖關成功！”，學生思考這樣的文字在編寫程序時應如何編寫。這時就要引導學生重新回到開始的設計，繪制流程圖，搭建腳本。學生在修改、完善過程中體會編程的循環迭代思想。

【設計意圖】通過程序測試過程提高學生分析問題和解決問題的能力，引導學生通過合作交流的方式去解決問題，并在此過程中體會循環迭代思想，培養計算思維。

2.6 "作品賞析，成果交流

小組通過展示作品成果，進行組間交流。每組

隨機抽取兩名組員將自己所在組的作品向全班介紹，其中一名學生負責運行游戲、展示創意，另一名學生負責說明設計創意、制作過程、運用到的小學數學方面的知識以及遇到的問題和解決問題的方法。其他小組在欣賞作品并借鑒的同時反思自己的作品存在的問題以及改善的方法。

【設計意圖】通過這一環節，不僅可以幫助學生理清設計制作過程，而且可以培養其他小組欣賞作品、評價作品的能力，并反思自己的作品是否存在不足之處，以便后續的修改和完善。

2.7 "總結評價與作業

學生總結編寫程序過程中的注意事項，例如：在腳本開始時要將角色設置好位置；角色遇到墻壁時不能繼續向前運動；等等。教師補充，闡明編程過程中的循環迭代思想以加深學生對于編程的理解。

學生對自己在小組討論與創作作品過程中的表現作自我評價，組內成員互評，并對其他小組的作品作出評價，評價表見表3和表4。再結合教師對“程序員們”的評價，總結本次學習心得與收獲。

教師布置作業，根據評價結果和組內想法，優化“迷宮游戲”，例如：設置倒計時，角色要在一定時間內走出迷宮，否則闖關失敗；為角色設置方向；為角色添加音效；等等。并思考還有哪些數學問題能夠運用Scratch圖形化編程軟件來解決。

【設計意圖】多維度、多主體評價學生的表現，使評價更為客觀，以便學生清晰地知道并彌補自己的不足之處。課下思考如何優化“迷宮游戲”，培養學生的想象力、創造力和計算思維，以及運用Scratch解決數學問題的思維。

3 "結束語

兒童編程融入學科課程教學符合教育信息化發展的時代需求，也是兒童編程教育多樣化發展的創新教學方式[1]。Scratch與小學數學融合的課例設計基于學生學過的數學知識，將流程圖等可視化工具運用到教學中，利用Scratch圖形化編程軟件促進學生運用數學知識解決問題。學生在完成整個項目任務的過程中體驗程序分析員和程序員的完整工作流程，從而提高問題分析、任務分解、問題解決的能力，潛移默化地培養編程思維和計算思維[3]。

基于Scratch可視化、趣味性等特點，可以將

各學科內容融入Scratch教學中，能夠實現讓學生學習編程的同時增強學科教學效果，進而培養學生在真實情境中的問題解決能力和計算思維。

參考文獻

[1] 孫立會，周丹華.基于Scratch的兒童編程教育教學

模式的設計與構建：以小學科學為例[J].電化教育

研究，2020，41（6）：75-82.

[2] 張琪.計算思維培養與“問·思·行”模式結合的實

踐探究：以小學Scratch課堂教學《打地鼠》為例[J].

小學閱讀指南（教研版），2021（5）：42-43.

[3] 趙曉慧，姜鵬，但璐.項目式學習在小學Scratch教

學設計中的應用研究：以項目《智能交通燈》為例[J].

現代教育，2019（9）：22-24.