小學信息技術與數學學科融合課程的設計

李莉莎

本研究以一節與數學學科融合的小學信息技術圖形化編程課為基礎，探索信息技術與各學科融合的常態化的可能性，并著重強調信息技術教學設計對學科融合的重要性，同時使用課堂上伴隨式收集數據的模式，讓教師更精準快速地掌握學生學習情況以做調整。

一、設計意圖

2021年9月，深圳小學五年級（下）教材啟用了以Kitten源碼編輯器為基礎的新一代圖形化編程課程，極大地促進了培養學生信息素養的目標完成。為了讓學生在40分鐘課堂上既學到算法核心內容，又能夠運用數學的方法解決生活實際問題并通過編程實現，從而達到為解決問題而將數學與信息技術融合的目的，本節課以“幸運大轉盤”為例，先讓學生編程實現一個簡單的程序，然后根據學生自己的獲獎需求，用數學的方法計算，再編程修改原來的程序，從而完成一個“有作弊器”的幸運大轉盤，同時也更加深入地認識到生活中常見的電信抽獎詐騙實質。

二、教材分析

本課選自粵教版信息技術教材第三冊（上）第五課。本教材是2021—2022學年度首次使用，使用的是Kitten源碼編輯器，雖然和Scratch有相似之處，但在積木塊功能設置上則不盡相同。Kitten編輯器非常適合小學階段培養學生計算思維能力、跨學科解決問題的能力，在編程過程中，要實現一個功能或動畫效果，可有多種方式，因此在每節課授課過程中，不能讓學生局限于課本，應在重點知識以及重點積木塊上對數學思維能力進行升華，讓學生以解決實際問題為目標，發散思維，創新編程。本節課從五年級數學中角度的概念和知識點出發，讓學生在圖形化編程中用已知的數學知識去解決問題，帶領學生體驗問題，再形成算法，將問題形象化、具體化、流程化，最終解決問題，并且做到舉一反三和創新。

三、學情分析

經過之前的課程觀察和問卷星學情調查，五年級學生有很強的邏輯思維能力、語言表達能力、理解能力以及電腦操作能力，同時編程中涉及的數學知識也已學過，數學知識儲備達到學科融合的要求，但將數學知識點應用到編程中解決實際問題的能力幾乎為零，同時大部分學生更傾向于實現絢爛效果的編程，對使用數學知識解決問題的編程興趣不高。

四、教學目標

（一）知識與技能目標

復習數學的角度知識，了解概率的基本概念，能計算獲獎率；理解流程圖的畫法，并能夠完成“幸運大轉盤”的流程圖；深刻理解和熟練掌握“重復”“隨機數”“廣播”“如果”等積木塊的意義和使用方法；嘗試編寫“幸運大轉盤”的程序。

（二）過程與方法目標

從讓學生體驗“幸運大轉盤”并思考角色數目、基本功能出發，了解“幸運大轉盤”的流程圖，掌握制作“幸運大轉盤”的程序設計方法，通過編程實現基本旋轉的效果，再通過完成兩個有難度梯度的改造任務，熟練應用“重復”“隨機數”“廣播”“如果”等積木塊，在這個過程中充分理解概率的含義，并能獨立修改程序，改變中獎概率。

（三）情感態度與價值觀目標

在完成不同難度梯度的任務中，體會通過計算與編程實現完美效果的樂趣，感受會編程的自豪，增強學習的自信心。同時也認清生活中常見的抽獎活動可能是陷阱。

五、教學重點與難點

重點：理解數學概率的含義，了解程序的順序結構，學會使用“隨機數”積木塊。

難點：運用所學概率、角度知識，計算獲獎概率，思考提升獲獎概率的方法，并進行編程。

六、教學過程

（一）溫故而知新

師：這節課的主題是制作“幸運大轉盤”，老規矩，同學們先和老師復習之前所學的內容，溫故而知新，老師想請一位同學來告訴大家，想要讓坦克轉向這四個方向，要用到哪些積木塊？提示：你可以這樣說，想要讓坦克轉向右需要用“面向0度”積木塊。

學生思考并回答讓坦克轉向四個方向所需積木塊。

師：老師想請三位同學說說圖1這三組積木塊的作用和效果。

生：三位同學回答三組積木塊的作用效果。

師：老師請大家再來思考一下圖2這些積木塊在效果上有什么區別呢？

生：第一個是收到廣播立刻一次性旋轉20度，另一個是慢慢地旋轉20度。

設計意圖：復習這三組與本節課有關的積木塊，再次區分有限循環與無限循環。

伴隨式數據收集：完成問卷星第1題：重復執行20次，旋轉2度，一共旋轉了多少度？（? ）

A.20度? B.40度

（二）知識大講堂

師：同學們掌握得還不錯，那我們就進入今天的知識大講堂環節，老師想請一位同學來試試運氣。這位同學有三次抽獎機會，沒有上來的同學，請認真思考老師提出的三個問題：1.指針最開始是面向什么方向？2.指針每次停下來的位置是一樣的嗎？3.左上角的數字是什么？

生：體驗作品并認真思考后，分別回答：右邊，0度；不一樣；點擊開始。

師：我們今天整節課都和角度這個數學概念有關系，大家還記得平角和周角嗎？

剛才沒有獲得一等獎，很遺憾，不過我們可以想一想怎么讓自己制作的轉盤指針停在一等獎處。問題是：指針需要逆時針旋轉多少度呢？我們約定，指針面向右的時候是初始位置，旋轉了0度，逆時針旋轉到這里旋轉了30度，旋轉到這里旋轉了60度。指針如果旋轉了至少30度但不超過60度就可以獲得一個二等獎；第二個提示：轉盤有360度，被均分為12個度數相等的角，每個角有30度。請各位同學口算一下，想獲得一等獎，至少需要旋轉多少度呢？算出來的同學請舉手。

生：思考并回答轉向30度；轉向315度；負45度。

師：在開始編程前，還有兩個問題：（1）怎樣讓指針在每一個角度都有可能停留呢？（2）怎樣先確定角度，并記錄下來，再去旋轉呢？我們需要用到變量！

變量：存放數據的容器

設計意圖：體驗環節是最棒的吸引注意力的環節，也是編程前最重要的觀察思考環節。借這個環節，布置觀察任務，為后面作品完成鋪墊。

問題1是為了讓學生注意到指針是從0度方向開始旋轉的。問題2是為隨機數做鋪墊。問題3是為變量知識點做鋪墊。讓學生在計算分析角度的過程中明白編程與數學密不可分。

伴隨式數據收集：完成問卷星第2題：轉盤被均分成了6份，每個獎項扇形區域有多少度？（? ）

A.100度 B.60度

（三）實踐出真知

師：在編程前，請同學們和老師一起畫一個流程圖，請問，體驗作品的同學最開始點擊的是什么按鈕運行的程序？然后呢？再點擊了什么？對了，“開始”這個角色。這個角色被點擊后，發出了廣播“開始”，接下來呢？“指針”角色收到了廣播“開始”消息，就開始旋轉起來了。指針是一直旋轉的嗎？不是的，旋轉一段時間就停下來了。最后，程序結束。同學們非常棒，和老師一起畫出了流程圖，我們把這種按順序一個過程接一個過程的流程圖，叫順序結構流程圖。請同學們打開桌面上幸運大轉盤（學生版本）的文件。按照流程圖，要先從哪個角色開始呢？對了，“開始”這個角色。當點擊開始后，就會發送廣播消息給指針，請同學們把收到廣播消息的積木塊放在當角色被點擊的下面。現在請同學們選中“指針”角色，要對“指針”角色編程了，“指針”角色收到廣播消息要做什么呢？首先它需要面向初始方向，就是向右。接下來，就要開始旋轉了，就需要用到“旋轉”這個積木塊了，請同學們把“旋轉30度”這個積木塊平接面向0度的下面，我們來試試，指針旋轉了嗎？旋轉了，可是只旋轉了一次，怎樣讓指針多旋轉幾次呢？要用哪個重復執行呢？我們先來試試重復執行，看起來指針一直轉到下課也抽不到獎，那試試重復執行20次，很好，多旋轉了幾次。請同學們完成指針的旋轉。

學生和老師一起操作完成作品。

設計意圖：該環節是教師帶領學生編程，師生一起操作完成基礎部分。目的在于鞏固基礎操作，操作過程中講解新知實踐。

伴隨式數據收集：完成問卷星第3題：想讓指針每次旋轉1度，旋轉20次，應該使用哪種重復執行？（? ）

A.重復執行? B.重復（? ）次

（四）融會貫通

師：接下來就是同學們融會貫通的時刻了，老師有兩個任務給同學們。請看：任務一：請讓幸運轉盤的指針隨機停下來，可以用到這些積木塊。剛才同學們抽獎運氣不錯，老師也想試試，不知道能不能中一等獎。請同學們給老師加油。老師的運氣很好，一直是一等獎呀。你們想知道老師是怎么做的嗎？就是在指針旋轉的過程中，老師按下了空格鍵，指針就會自動面向一等獎的方向，并且程序停止，改變了中一等獎的可能性大小。任務二：在旋轉的過程中，若按下空格鍵，停在一等獎處。任務三：讓中獎的概率變大。

學生在理解的基礎上獨立完成進階任務。參考老師給出的提示。

設計意圖：任務一是在基礎作品上的改善，讓指針可以隨機停下來。任務二是在老師的示范下，激發學生在不同角度創新的思維。同時，課程過半，通過此展示活動，再次吸引注意力，激發學生強烈的學習欲望。任務三是在完成程序和理解概率的基礎上，培養學生的計算思維，首先思考哪些方法可能提升概率，再進行數學計算驗證，最后編程實現該過程。

伴隨式數據收集：完成問卷星第4題：轉盤被均分成了6份，有1個二等獎，中二等獎的概率是多少？（? ）

A.1/6? ? B.1/3

（五）總結與預知

師：今天我們學習了：（1）角度的知識。（2）“隨機數”積木塊的使用。（3）認識了順序結構，并繪制了流程圖。（4）中獎概率計算方法。（5）修改程序，提高了中獎概率。（6）請同學們完成問卷星上的小測試。

學生和老師一起回顧并完成問卷星中剩下的問題。

設計意圖：加入大數據分析環節獲得教學反饋。

七、教學反思

本節課采用任務驅動法，借助五個環節：溫故而知新、知識大講堂、實踐出真知、融會貫通、總結與預知將知識講授與完成任務貫穿起來，在環節結束時用30秒時間完成問卷星的一個問題，并在最后完成問卷星剩余三個涉及整體課程的問題。最后三個問題，分別是：5.你完成了哪些任務？（多選）6.源碼編輯器中向右是多少度？（單選）7.重復30次是無限循環。（判斷）。根據結果統計反饋，問題1、2、3全部同學都能答對，但問題4，答題過程較慢，雖然全部答對，但與個別同學課下單獨談話中，發現學生對問題4的計算過程不是十分確定。問題5中，有81.78%的學生完成了所有任務，有84.78%的學生完成了除任務三之外的其他三項任務，有82.61%的學生完成了前兩項任務，所有學生均完成了由老師帶領下的第一個基礎任務。說明20%左右的學生在沒有老師帶領完成任務二、三的時候需要指導和幫助。問題6中，僅有2.17%的學生回答錯誤，說明對Kitten編輯器界面已經基本熟悉。問題7中，8.7%的學生回答錯誤，說明大部分學生對無限循環和有限循環已能夠區分。個別學生還需在之后的課程中給予強調。最后學生完成了所有任務，了解到了生活中抽獎活動的本質，也提升了學習編程的熱情和信心。

（作者單位：廣東省深圳市龍崗區南京師范大學附屬龍崗學校）

編輯：趙飛飛