小学信息技术编程教学与数学课程的融合思考与实践

林宇芳

【摘要】小学信息技术新课程标准提倡学科融合式教育，旨在改变传统信息技术课程“单兵作战”的固化式教学思维与方法，以合纵横并的教育理念打造课程教育新样态。Scratch 编程软件的学习是小学信息技术重要教学板块，“计算思维”是信息技术学科核心素养之一，其内涵与数学抽象、推理、模型建构有着千丝万缕的联系，“Scratch编程+数学”的融合教学模式，对于学生核心素养发展具有积极推进作用。故此，现结合小学信息技术编程教学实际，深入分析其与数学课程融合的必要意义，探索适切的融合教学策略，以期提高学生编程学习效果，助推学生核心素养综合发展。

【关键词】小学信息技术  编程教学  数学  融合策略  意义

【课题项目】本文系厦门市教育科学“十四五”规划2021年度立项课题《学科融合视角下的小学编程教学实践研究》（课题编号：21137）的研究成果。

【中图分类号】G623.58   【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2023）07-0052-03

随着科学技术的飞速发展以及信息技术在各行各业的广泛普及，培养和发展学生信息技术素养成为小学信息技术课程关注的焦点。编程是小学信息技术课程重要教学板块，旨在提高学生编程兴趣，帮助其掌握基础编程能力，促进其计算思维深度发展。编程与数学之间存在紧密联系，“编程+数学”的跨学科融合教育思想应被积极重视，一方面可拓展信息技术编程教学维度，丰富教学资源，另一方面还能够深度锻炼学生编程思维与能力，打造更加优质的教育环境。如何将数学课程内容完美融入到编程教学当中，成为广大小学信息技术教师亟待研讨的热点话题。

一、Scratch软件编程的教学特征及优势

（一）Scratch编程的特征

Scratch编程最初由麻省理工学院开发，是一款针对8岁以上儿童使用的积木式编程软件。其命令和参数构成主要由积木式的符号构成，在操作过程中，只需学生将编程部件拖动到相应区域便可以完成任务。Scratch编程软件操作简单易学，功能多样，包括建模、控制、动画、逻辑等多个板块，能够带给学生更为轻松的操作感受和学习趣味。Scratch编程也是小学信息技术编程课程中主要学习的软件，从基础到辅导、从易到难，贴合小学生当前认知水平，能够为学生将来深度编程学习奠定良好的基础。

（二）Scratch编程教学优势

Scratch编程软件极其适合小学生学习，在教学方面具有诸多鲜明优势，对于促进学生信息素养发展不可或缺。首先，Scratch编程趣味性强，与传统高级编程软件Java、C++等相比较，Scratch操作简单，学习者只需要动动鼠标从众多的指令积木中选择所需的模块拖拽到脚本编辑区，便可以使不同指令积木按照一定逻辑顺序拼搭在一起，获得一个可以正常运行的小程序，从而创建各种交互式的动画、游戏或音乐、美术等作品，这个过程就像搭积木一般趣味十足。其次，Scratch界面板块分布显而易见，包含诸如顺序、循环、条件语句、变量、链表、动作、预览、声音、外观、画笔等多个内外编程板块，各个板块功能也浅显易懂，如动作板块可以让编辑角色移动、旋转;外观板块可以改变角色造型、颜色、大小;声音板块可以为作品添加各种音效等等，这让编程教学变得不再晦涩难懂，学生学习起来轻松愉悦。最后，Scratch编程能够较好地锻炼学生的思维能力，比如在获知学习任务后，教师要对任务进行深入分析，梳理编程的层级关系，一步一步地通过完成小任务来推进大任务的落实，在此过程中，学生会不断发现问题、分析问题、解决问题，不断发散逻辑思维，锻炼解决问题的能力，这种能力同样适用于其他领域学习，对学生终身发展都大有裨益。

二、信息技术编程与数学融合教学的必要意义

（一）契合编程本身特点

数学与编程具有最直接的关系，数学基础知识可以帮助学生更为轻松地理解编程逻辑，编写简单代码，小学编程涉及到数的运算和简单函数的运用，比如“1+100”“2+99”从表面来看是简单的数学变式运算，但是在编程中运用的便是循环加这种的方式来解决问题;又如，编程中体现出“是否”问题思维的锻炼，这是一个抽象的、交叉判断概念，也是学生必须掌握的知识，通过数学思维的融入会让学生认知和逻辑推理能力得到有效提升，学习编程也会变得相较简单。此外，数学中还会涉及到空间立体思维教学，而编程对于空间建模的运用也是非常频繁，且更为具象化和直观化，两者的结合会起到一加一大于二的教学效果。

（二）发展学生计算思维

信息技术核心素养包括培养学生计算思维，计算思維与数学思维同根同源，本质上是数学思维的延伸，大量数学知识和数学概念最终体现在信息技术层面，尤其是编程中会运用到大量的数学思维，包括数的认识、数的分析、逻辑运算、简单函数、数形抽象等等，这些数学思维思想有助于学生建构理性、有序的逻辑思维模式，有助于学生计算思维发展。而图形化编程过程中还体现出问题分解、任务识别、数形编辑等，有助于学生数学思维发展。两者的融合对于创设良好的思维情境具有重要意义，对于学生理性思维能力发展具有积极作用。

三、小学信息技术编程与数学融合教学策略

（一）融入数学故事，善用情境教学

1.故事情境主题设置

客观而言，小学信息技术编程教学存在一定难度，教师常规化的教学方法很容易导致课堂氛围枯燥乏味，学生对于编程学习兴趣不高，这很大程度会影响教学质量。基于此，教师可以通过创设主题情境的方式来重新优化教学结构，一方面通过情境学习唤醒学生编程活力，另一方面实现编程与数学的有机融合。例如，教师以太空探险为情境背景，设置情境主题为“少年的太空梦”，故事情节分为以下几个板块，其一，阿乐的博士爸爸为了圆儿子的太空梦，发明了一款太空机器人小L，小L身形与阿乐几乎一模一样;其二，阿乐初次和小L见面，小L向其展示拥有的功能，包括算数、做题、画画;其三，在了解小L的功能后，阿乐与机器人小L开启了太空冒险之旅，利用位置坐标知识确定了月球的位置，阿乐控制着小L飞往月球;其四，来到月球，他们发现月球上到处都是三角形的山峰，于是翻越了一座座山峰开启月球之旅;其五，阿乐发现自己在月球上可以跳得很高很高，并且不会摔伤，很是新奇;其六，阿乐发现月球一望无际，于是驾驶着小L开启了对月球面积的测量，并将数据记录了下来，回到地球后把数据交给了科学家。这个故事情境以太空冒险为主题，契合小学生爱幻想、爱冒险的内心需求，并且在其中穿插了各种数学知识，一边学习编程知识，一边完成各项数学任务，让课堂变得有趣又有挑战性。

2.数学知识点的融入

针对“少年的太空梦”情境教学过程，每一个情节都包含着必要的编程知识和数学知识，两者的融合对于学生计算思维和数学思维的培养大有裨益。例如，机器人小L与阿乐几乎一模一样，学生需要确定两者身高比例，将小L设计得更为真实美观，涉及到数学教学中“比例”的应用，同时还要教授学生Scratch编程软件中的“外观”积木模块的使用对人物进行外观调节。又如，小L会算数、做题，教师教授学生如何利用编程功能解决数学问题，为其设计一些数学习题任务，丰富编程过程;而在阿乐和小L准备开启太空冒险后，为体现出编程过程的科学性，教师需要让学生确定地球和月球的位置，利用数学中的“位置、坐标”相关知识，让学生通过编程绘制出两者位置的坐标图，并通过“运动”等指令让阿乐和小L沿着指定的轨道运动，这个过程锻炼了学生对于运动积木模块的使用。再如，来到月球后，发现很多三角形的山峰，在编程过程中则要体现出数学几何知识的运用，让学生运用“画笔”模块完成月球画面的编辑操作;阿乐在月球跳跃后，发现重力很小，完成这一程序设计，除了正确运用运动跳跃指令外，还需要为学生普及地球重力和月球重力比，让跳跃指令更加自然真实。最后，月球一望无际，阿乐和小L测量月球面积，则又涉及到公顷和平方千米的面积单位知识教学。一系列的教学过程，实现了编程与数学思维的有机融合，让学生编程思维与数学能力皆得到有效锻炼，教学过程有趣、有序、有料，达成了“三有”课堂建构目标。

（二）利用数学问题，撬动编程思维

1.数学问题启发思维

Scratch编程软件中有很多模块和指令需要学生掌握，单一地告知学生某个功能、某个命令是做什么的，很容易让学生记混、记乱，而教师若是将Scratch编程软件模块的学习结合实际数学问题呈现出来，则会很大程度加深学生印象，深化其编程知识认知。如，“如果……那么……命令、侦测命令”是学生需要掌握的编程命令，同时引导学生学习积木块、模块化设计脚本的方法，让其能够熟练运用列表指令，完成编程学习。教师设计教学任务“比长短”，结合数学中比较长短的不同方法和本质原理，激发学生创新、创造思维，并通过数学问题导学，逐渐让学生掌握相关编程知识。在教学开始，教师直接导入数学问题：这是两条线，如何比较两者长短？学生普遍回答用尺子量。教师继续设问：若是没有尺子，你能通过编程的方法对其长短进行比较吗？抛出问题，先让学生相互讨论，在讨论无果后，教师给出提示，我们可以用一个滚动的圆球作为测量物，沿两条直线运动，设定圆球滚动的单位长度，如此便可以轻松获知两条直线哪一条更长了。教师还可以向学生普及实际生活中想要比较两个物体的长短，也可以用已知数据的物体作为测量物对两者进行测量比较，通过变换计算思维，达到和用尺子测量同样的效果，以此渗透数学知识教学。

2.编程实践延伸思维

以问题为导向，教师组织学生展开编程实践，对两条线段进行长短比较。教师给出任务，尝试让学生亲力亲为完成编程过程，对于遇到的问题及时给出解决方案，在自主探究中加深学生对于编程学习的理解，摒弃传统灌输式、保姆式的教学思维。如，在生成圆球素材的过程中，学生便遇到问题：球太大，这时教师便可以指导学生通过外观调节来让球变小，并契合设定的单位长度;在学生编辑好球的大小后，又遇到了一个个问题：球没有从开始位置运动、没有沿直线运动、移动完没有来得及数格子长度。教师一一为学生解决问题，如怎样设置开始坐标、怎样设置让球沿着鼠标指针移动、怎样用编程中的自变量程序让球在运动过程中自动读出格数等等。在教师指导下，学生完成第一条直线的测量，很快便又亲自完成了第二条直线的测量，并完成了长短比较任务，既掌握了编程知识，又延伸了数学测量思维，课堂教学效果自然远超预期。

（三）依托学科知识，渗透数学元素

1.基本模块教学渗透数学元素

Scratch软件脚本编程会运用到各种数学知识，如移动模块需要设定各种数学参数来达到让角色运动的目的，在“小猫画图形”“小猫画数字”等课程教学中便是让学生借助清晰的数学运算思路来完成运动脚本的编程，在学生完成基本的操作，对移动指令有较深的理解后，可以为其设置一些难度较大的作业来帮助学生完成编程知识技能的迁移运用，比如绘制较为复杂的三角形、圆形队列图形，让小猫完成相关移动指令。这些复杂的移动指令较为考验学生的逻辑思维，可以先让其用思维导图的形式将需要用到的数学元素罗列出来，再一步步去进行脚本框架搭建，比如第一步先学习画几何图形的方法，标注起始位置;第二步需要設置步数单位，让角色移动多少距离;第三步如何使用重复命令;第四步如何确定中心点，如何让角色按照预想的轨迹运动等等，在思维导图和清晰的数学元素支撑下，引导学生一步一步地完成脚本的编程和测试，最终完成训练作业。

2.游戏编程教学渗透数学元素

游戏教学法是小学编程中常会用到的教学手段，也是让学生体验编程乐趣和其强大功能，激发其编程兴趣的重要途径。对于一些复杂的、有规律的数学问题计算，编程能够快速给出答案，节约时间，且程序调试完成后，基本不会出错。在此基础上，教师设置一些数学运算难题，通过竞赛游戏，帮助学生熟悉编程各项功能运用，如变量添加、脚本编写等等，让学生在游戏竞争的驱动下认真思考脚本程序各个细节的设定，比一比、赛一赛谁能够更加快速地给出正确答案。同时，还可以让学生之间互相出题，互相竞争，在寓教于乐的过程中实现计算思维和数学思维的综合锻炼，提高Scratch编程软件实践运用能力。不仅如此，教师还可以借助游戏情境为学生设置更为复杂的编程任务，将数学元素充分融入其中，遵循由易到难、由浅到深螺旋递进的原则，一步一步提高学生信息素养。

四、结束语

综上所述，信息时代背景下，编程教学是小学信息技术课程重要板块，其与数学具有天然契合性，教师需要切实明白两者融合的必要意义，从多个维度寻找数学融入编程教学的有效路径，打造更为多元的融合式教学课堂，凸显信息技术编程魅力的同时，培养学生兴趣，提高学生综合思维，为其长远发展奠定良好基础。

参考文献：

[1]王荣良.数学建模与编程教学融合的计算思维教育分析[J].中国信息技术教育，2022（12）：30-34.

[2]郑深.浅谈STEM视角下“Scratch编程+小学数学”融合教学模式设计[J].中小学数学（小学版），2022（6）：63-64.