算法編程與數(shù)學(xué)課融合的教學(xué)模式

張暉

〔摘? ? 要〕? 在信息化時(shí)代，算法編程已成為一項(xiàng)重要技能，而數(shù)學(xué)學(xué)科對(duì)于學(xué)生的發(fā)展也至關(guān)重要。因此，探究小學(xué)算法編程和數(shù)學(xué)學(xué)科的融合課堂教學(xué)模式成為當(dāng)下熱門話題。本研究引用了《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)》中與此相關(guān)的內(nèi)容，結(jié)合具體課例設(shè)計(jì)了教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容和方法，并借助圖形化編程軟件實(shí)現(xiàn)操作來(lái)培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維和數(shù)理思維。通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)來(lái)探究融合教學(xué)模式對(duì)于學(xué)生計(jì)算思維和數(shù)理思維能力發(fā)展的效果，研究結(jié)果表明融合算法編程和數(shù)學(xué)學(xué)科的課堂教學(xué)模式能夠有效提升學(xué)生的能力。

〔關(guān)鍵詞〕? 算法編程；數(shù)學(xué)；教學(xué)模式；融合

〔中圖分類號(hào)〕? G424? ? ? ? ? ? ? ? 〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕? A? ? ? ? ?〔文章編號(hào)〕? 1674-6317? ? （2024）? 01? ? 136-138

一、引言

隨著信息技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，算法編程與數(shù)學(xué)學(xué)科融合成為熱門話題。教育工作者意識(shí)到將這兩者融合在一起，可以幫助學(xué)生發(fā)展計(jì)算思維和數(shù)理思維能力，進(jìn)而提升他們綜合解決問(wèn)題的能力。計(jì)算思維是一種解決問(wèn)題的思維方式，它要求人們善于運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)處理數(shù)據(jù)和信息解決實(shí)際問(wèn)題。數(shù)理思維則是一種邏輯推理能力，它能夠幫助人們利用數(shù)學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題。這兩者在現(xiàn)代社會(huì)中的應(yīng)用十分廣泛。為了培養(yǎng)學(xué)生的這兩種思維方式，教育工作者嘗試將算法編程與數(shù)學(xué)學(xué)科課程融合。融合教學(xué)模式能夠讓學(xué)生在學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的同時(shí)，掌握算法編程技能。這種教學(xué)模式能夠幫助學(xué)生更好地理解數(shù)學(xué)概念，并將其運(yùn)用到實(shí)際中，從而提高他們解決問(wèn)題的能力。本研究的目的是探究小學(xué)算法編程與數(shù)學(xué)學(xué)科課程融合的課堂教學(xué)模式，為教師提供參考。首先，本研究將引用《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)》中的相關(guān)內(nèi)容，詳細(xì)論述算法編程與數(shù)理思維結(jié)合的理論依據(jù)。接下來(lái)，本研究將設(shè)計(jì)融合算法編程與數(shù)學(xué)學(xué)科的教學(xué)模式，包括教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等方面，借助圖形化編程軟件實(shí)現(xiàn)操作，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維和數(shù)理思維。同時(shí)，本研究將結(jié)合具體課例，分析如何運(yùn)用融合教學(xué)模式來(lái)幫助學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題，并探究學(xué)生在這一過(guò)程中具體掌握了哪些技能。最后，本研究將通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，以班級(jí)為單位，對(duì)比實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組進(jìn)行教學(xué)實(shí)驗(yàn)，以探究融合教學(xué)模式對(duì)提高學(xué)生計(jì)算思維和數(shù)理思維能力的效果。預(yù)期研究結(jié)果表明，融合算法編程與數(shù)學(xué)學(xué)科的課堂教學(xué)模式可以更好地培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維和數(shù)理思維，進(jìn)而提升他們綜合解決問(wèn)題的能力。

二、理論依據(jù)

算法編程與數(shù)學(xué)學(xué)科融合的理論依據(jù)主要來(lái)自教育心理學(xué)和認(rèn)知心理學(xué)。教育心理學(xué)認(rèn)為學(xué)習(xí)是一個(gè)積極的建構(gòu)過(guò)程，學(xué)生需要在與環(huán)境的互動(dòng)中不斷構(gòu)建新的知識(shí)。而認(rèn)知心理學(xué)則認(rèn)為，人的認(rèn)知能力是由多種不同的認(rèn)知過(guò)程共同作用的結(jié)果。在這兩種理論的指導(dǎo)下，可以發(fā)現(xiàn)，算法編程與數(shù)學(xué)學(xué)科融合能夠?yàn)閷W(xué)生提供一個(gè)豐富多樣的學(xué)習(xí)環(huán)境。在這種環(huán)境中，學(xué)生能夠通過(guò)與環(huán)境的互動(dòng)，積極地構(gòu)建新的知識(shí)。同時(shí)，算法編程與數(shù)學(xué)學(xué)科融合也能夠促進(jìn)學(xué)生多種認(rèn)知過(guò)程的發(fā)展，包括計(jì)算思維和數(shù)理思維。

三、教學(xué)模式設(shè)計(jì)

（一）教學(xué)目標(biāo)

在小學(xué)算法編程與數(shù)學(xué)學(xué)科課程融合的教學(xué)模式中，教學(xué)目標(biāo)至關(guān)重要。這些目標(biāo)為教學(xué)活動(dòng)的指導(dǎo)原則，決定了教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和評(píng)價(jià)方式。為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，本文將教學(xué)目標(biāo)分為兩類，即知識(shí)目標(biāo)和能力目標(biāo)。首先，知識(shí)目標(biāo)包括讓學(xué)生掌握算法編程和數(shù)學(xué)學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)。在算法編程方面，學(xué)生需要掌握編程語(yǔ)言、編程思想和編程方法。在數(shù)學(xué)學(xué)科方面，學(xué)生需要掌握數(shù)學(xué)概念、數(shù)學(xué)定理和數(shù)學(xué)方法。此外，學(xué)生還需要了解算法編程與數(shù)學(xué)學(xué)科之間的聯(lián)系，掌握將兩者融合的方法與技巧。其次，能力目標(biāo)包括培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力、數(shù)理思維能力以及創(chuàng)新和實(shí)踐能力。為了培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維能力，教師可以設(shè)計(jì)一系列與算法編程相關(guān)的任務(wù)，讓學(xué)生通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題，掌握計(jì)算思維的基本方法。為了培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)理思維能力，教師可以將數(shù)學(xué)概念和統(tǒng)計(jì)方法運(yùn)用到算法編程問(wèn)題中，并讓學(xué)生通過(guò)實(shí)際操作來(lái)掌握數(shù)理思維能力的基本方法。同時(shí)，為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新和實(shí)踐能力，教師可以設(shè)計(jì)一些開(kāi)放性的項(xiàng)目或調(diào)查研究，鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題并解決問(wèn)題。在實(shí)現(xiàn)這些教學(xué)目標(biāo)時(shí)，教師需要合理設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，例如通過(guò)?Scratch?等圖形化編程軟件讓學(xué)生掌握編程技能，并將數(shù)學(xué)概念和算法編程相結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算和數(shù)理思維能力。同時(shí)，教師需要采用有效的教學(xué)方法，例如采用啟發(fā)式教學(xué)法、任務(wù)型教學(xué)法、探究式學(xué)習(xí)等方法，讓學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)習(xí)和運(yùn)用相關(guān)知識(shí)和技能。最后，教師需要建立科學(xué)的評(píng)價(jià)體系，從多個(gè)方面考核學(xué)生的綜合能力和學(xué)習(xí)情況，包括平時(shí)表現(xiàn)、作業(yè)完成情況、調(diào)查報(bào)告等，以助于教師全面了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和能力發(fā)展。

（二）教學(xué)內(nèi)容

小學(xué)算法編程與數(shù)學(xué)學(xué)科課程融合的教學(xué)內(nèi)容，是設(shè)計(jì)教學(xué)模式的重要組成部分。為確保學(xué)生真正理解兩種學(xué)科的聯(lián)系，需要精心設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容。教師應(yīng)該讓學(xué)生掌握?qǐng)D形化編程語(yǔ)言Scratch等基礎(chǔ)知識(shí)，如編程思想和編程方法，讓學(xué)生在實(shí)踐中處理信息，培養(yǎng)計(jì)算思維能力。同時(shí)，教師需要讓學(xué)生掌握小學(xué)階段的基本數(shù)學(xué)概念、定理和方法，并能夠運(yùn)用這些知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題。

（三）教學(xué)方法

在設(shè)計(jì)小學(xué)算法編程與數(shù)學(xué)學(xué)科課程融合的教學(xué)模式時(shí)，教學(xué)方法是非常關(guān)鍵的因素之一，因?yàn)榻虒W(xué)方法的選取直接影響著教學(xué)效果。因此，教師需要利用多種有效的教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生積極地參與學(xué)習(xí)，通過(guò)培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維和數(shù)理思維能力，提高他們的綜合素質(zhì)。啟發(fā)式教學(xué)是一種以學(xué)生為中心的教學(xué)方法，它著重于激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)探究和構(gòu)建新知識(shí)的能力。

四、課例分析

（一）課例介紹

本課例以小學(xué)三年級(jí)數(shù)學(xué)學(xué)科為主要對(duì)象，利用算法編程和數(shù)理思維相結(jié)合的教學(xué)模式，旨在培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維和數(shù)理思維能力，提高他們解決實(shí)際問(wèn)題的能力。本課例共分為三個(gè)部分：?1.編程介紹；2.探索數(shù)學(xué)知識(shí)；3.實(shí)踐應(yīng)用。在第一部分，教師通過(guò)簡(jiǎn)單掃碼讓學(xué)生了解到Scratch的基本概念及使用方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。然后，通過(guò)一些簡(jiǎn)單的編程小游戲引導(dǎo)學(xué)生利用Scratch進(jìn)行編程實(shí)踐任務(wù)，如幫助小貓捉老鼠、小鳥(niǎo)飛上天等，讓學(xué)生能夠了解編程思想和編程方法，并掌握基本的編程技能。在第二部分授課中，教師讓學(xué)生探索數(shù)學(xué)中的華氏度轉(zhuǎn)換為攝氏度公式，并利用Scratch進(jìn)行編程驗(yàn)證。首先，教師將攝氏度轉(zhuǎn)化為華氏度的公式簡(jiǎn)單地介紹給學(xué)生，利用Scratch編程工具實(shí)踐溫度計(jì)算的過(guò)程。學(xué)生對(duì)Scratch編程快速上手，并能夠自主完成攝氏度轉(zhuǎn)化為華氏度的程序設(shè)計(jì)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)攝氏度與華氏度的自由轉(zhuǎn)換。在第三部分教學(xué)中，教師引導(dǎo)學(xué)生探索溫度計(jì)的應(yīng)用，應(yīng)用場(chǎng)景包括房間溫度控制、環(huán)境溫度監(jiān)測(cè)等。學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中學(xué)會(huì)了利用Scratch設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單的溫度表，將攝氏度和華氏度的溫度顯示出來(lái)，同時(shí)還能夠記錄溫度變化的過(guò)程。在實(shí)踐任務(wù)中，學(xué)生能夠?qū)崿F(xiàn)自己的實(shí)際項(xiàng)目設(shè)計(jì)，并完成一個(gè)簡(jiǎn)單的溫度計(jì)。

（二）課例分析

本案例采用了小學(xué)三年級(jí)課程與算法編程及數(shù)理思維相結(jié)合的教學(xué)模式，通過(guò)Scratch等圖形化編程軟件實(shí)現(xiàn)了課程內(nèi)容的有機(jī)融合。課程設(shè)計(jì)主要包括了三個(gè)部分：1.編程介紹；2.探索數(shù)學(xué)知識(shí)；3.實(shí)踐應(yīng)用。這些內(nèi)容有機(jī)結(jié)合起來(lái)，不僅豐富了課程內(nèi)容，而且能夠提高學(xué)生的計(jì)算思維和數(shù)理思維能力，增強(qiáng)學(xué)生實(shí)際問(wèn)題的解決能力。通過(guò)此案例的實(shí)施，學(xué)生能夠掌握Scratch編程基本技能，進(jìn)一步了解數(shù)學(xué)知識(shí)，更好地運(yùn)用信息科技解決實(shí)際問(wèn)題。

（三）教學(xué)反思

值得注意的是，雖然算法編程和數(shù)理思維相結(jié)合的課程設(shè)計(jì)能夠有效地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率，但在實(shí)施過(guò)程中還存在一些不足。首先，由于學(xué)生的年齡較小，應(yīng)該更加注重編程過(guò)程的細(xì)節(jié)和流程，以確保學(xué)生更好地理解和掌握編程思想和方法。此外，算法編程和數(shù)理思維相結(jié)合的教學(xué)模式在實(shí)施過(guò)程中也需要教師有足夠的方法論支持，包括課堂管理、教學(xué)評(píng)價(jià)等方面的教學(xué)技能。在日常教學(xué)實(shí)踐中，還需要結(jié)合學(xué)生實(shí)際情況進(jìn)行個(gè)別化授課，設(shè)計(jì)更加符合學(xué)生特點(diǎn)的教學(xué)模式，注重培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維、實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等方面的綜合能力。

五、實(shí)驗(yàn)研究

本實(shí)驗(yàn)旨在探究算法編程和數(shù)理思維相結(jié)合的教學(xué)模式對(duì)小學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)科學(xué)習(xí)的影響。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組，實(shí)驗(yàn)組采用算法編程和數(shù)理思維相結(jié)合的授課模式，對(duì)照組采用傳統(tǒng)授課模式。實(shí)驗(yàn)分為兩個(gè)階段，第一階段為課堂學(xué)習(xí)，第二階段為課后學(xué)習(xí)。數(shù)據(jù)收集方式包括調(diào)查問(wèn)卷和成績(jī)統(tǒng)計(jì)表，采用SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

（一）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)總體分為實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組兩個(gè)組別，每個(gè)組別各有30名小學(xué)生，共計(jì)60名。實(shí)驗(yàn)組采用算法編程和數(shù)理思維相結(jié)合的教學(xué)模式，對(duì)照組采用傳統(tǒng)授課模式。具體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如下：在學(xué)習(xí)了加減乘除四則運(yùn)算后，由于實(shí)驗(yàn)階段限制，我們選取了乘法?—?除法運(yùn)算為突破口。我們?cè)趦蓚€(gè)班級(jí)中同時(shí)教授乘法—除法運(yùn)算學(xué)習(xí)，在實(shí)驗(yàn)組中通過(guò)Scratch等圖形化編程軟件，并結(jié)合數(shù)學(xué)知識(shí)進(jìn)行講解，對(duì)照組則使用傳統(tǒng)教學(xué)方法進(jìn)行授課。每個(gè)班級(jí)的學(xué)習(xí)時(shí)間相同且不超過(guò)1節(jié)課。在考試結(jié)束后，分別采取調(diào)查問(wèn)卷、成績(jī)統(tǒng)計(jì)表兩種方式收集數(shù)據(jù)。

（二）數(shù)據(jù)收集

在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，使用調(diào)查問(wèn)卷和成績(jī)統(tǒng)計(jì)表對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)收集。調(diào)查問(wèn)卷主要采用5級(jí)評(píng)價(jià)法，包括課程內(nèi)容、理解難度、學(xué)習(xí)興趣等方面，以學(xué)生的個(gè)人感受為基礎(chǔ)，對(duì)兩個(gè)班級(jí)的授課效果進(jìn)行評(píng)估；成績(jī)統(tǒng)計(jì)表主要統(tǒng)計(jì)學(xué)生在考試中的成績(jī)及成績(jī)變化情況，包括錯(cuò)誤率和得分率等數(shù)據(jù)。

（三）數(shù)據(jù)分析

本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)SPSS軟件的分析，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)組平均分高于對(duì)照組，且差異極顯著，兩組的p值均小于0.05。實(shí)驗(yàn)組錯(cuò)誤率與對(duì)照組相比，降低了12.5%，其中實(shí)驗(yàn)組半數(shù)學(xué)生的錯(cuò)誤率降低到了10%以下。調(diào)查問(wèn)卷結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)組學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和課堂參與度相比對(duì)照組顯著提高，其中92%的實(shí)驗(yàn)組學(xué)生表示他們對(duì)于算法編程的學(xué)習(xí)方式更感興趣。通過(guò)本實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析，得出了算法編程和數(shù)理思維相結(jié)合的教學(xué)模式對(duì)小學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)科學(xué)習(xí)的積極影響結(jié)論。

通過(guò)對(duì)小學(xué)算法編程與數(shù)學(xué)學(xué)科課程融合的教學(xué)模式的研究，本文發(fā)現(xiàn)這種教學(xué)模式可以將算法編程技能和數(shù)學(xué)知識(shí)融合為一個(gè)整體，有效促進(jìn)了學(xué)生計(jì)算思維和數(shù)理思維能力的發(fā)展。在這種教學(xué)模式下，學(xué)生不僅能夠?qū)W習(xí)到數(shù)學(xué)知識(shí)，還能夠掌握編程技巧。這不僅能夠幫助學(xué)生更好地理解數(shù)學(xué)概念，還能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。同時(shí)，這種教學(xué)模式在實(shí)踐中也注重多元化教學(xué)方式的運(yùn)用，有助于學(xué)生不斷地拓展認(rèn)知領(lǐng)域，提高學(xué)習(xí)的質(zhì)量。當(dāng)然，要真正實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要教師精心設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，執(zhí)行多元化的教學(xué)方式，建立科學(xué)有效的評(píng)價(jià)體系，以確保學(xué)生在實(shí)際學(xué)習(xí)中能夠真正掌握所需的知識(shí)和技能，并且成功應(yīng)用于實(shí)踐中。只有這樣，才能真正促進(jìn)學(xué)生計(jì)算思維和數(shù)理思維能力的發(fā)展。

【本文系廈門市第六批基礎(chǔ)教育課程改革課題項(xiàng)目X671“算法編程和數(shù)理思維融合課堂教學(xué)模式的研究”研究成果】

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