Scratch在《發(fā)現(xiàn)圓周率》數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

摘要：小學(xué)數(shù)學(xué)是基礎(chǔ)教育中的一門重要學(xué)科，具有較高的抽象性和邏輯性。而Scratch作為一款可視化編程語(yǔ)言，對(duì)幫助學(xué)生理解數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和問(wèn)題解決的能力都有重大意義。本文將從教學(xué)實(shí)際出發(fā)，以Scratch應(yīng)用于《發(fā)現(xiàn)圓周率》為課例，希望能為Scratch與小學(xué)數(shù)學(xué)課程整合的進(jìn)一步發(fā)展探尋可能的方向。

關(guān)鍵詞：小學(xué)數(shù)學(xué);Scratch軟件;教學(xué)實(shí)踐

1.引言

近年來(lái)，隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的迅速發(fā)展，教育觀念和教學(xué)手段也在不斷。2011年，國(guó)家教育部在《義務(wù)教育階段數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》明確提出：“數(shù)學(xué)課程應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理地運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)施，要注意信息技術(shù)與課程內(nèi)容的整合，注重實(shí)效”[1]。除此之外，隨著大數(shù)據(jù)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣，人們也開(kāi)始認(rèn)識(shí)到人工智能和編程教育的重要性。由此可見(jiàn)，將Scratch 軟件應(yīng)用于小學(xué)數(shù)學(xué)課堂教學(xué)，是數(shù)學(xué)新課程標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)在要求，也是編程教育發(fā)展的現(xiàn)實(shí)發(fā)展需要。

2.Scratch支持小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)

Scratch是一款由麻省理工學(xué)院（MIT）媒體實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的圖形化開(kāi)源編程軟件。其簡(jiǎn)單易用，學(xué)生不需要去掌握太多的英語(yǔ)知識(shí)和計(jì)算機(jī)知識(shí)，只需將左側(cè)所需指令塊通過(guò)鼠標(biāo)拖入右側(cè)的腳本區(qū)即可編寫程序。而且Scratch內(nèi)容豐富、素材多樣，學(xué)生可以在素材庫(kù)中選擇自己想要的素材，從而輕松創(chuàng)建自己的互動(dòng)游戲、動(dòng)畫(huà)和仿真等。Crook在一項(xiàng)關(guān)于Scratch嵌入課堂的研究中指出，“成年人可以在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)輕松學(xué)習(xí)Scratch，七歲以上的孩子從第一節(jié)課開(kāi)始就能獲得很多的收獲[2]。由此可見(jiàn)，Scratch軟件非常適合中小學(xué)學(xué)生初次學(xué)習(xí)編程語(yǔ)言時(shí)使用。

Scratch中還包括很多基礎(chǔ)數(shù)學(xué)。學(xué)生借助Scratch學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)時(shí)，不僅會(huì)學(xué)習(xí)核心計(jì)算概念，例如迭代和條件判斷，還會(huì)了解重要的數(shù)學(xué)概念，如坐標(biāo)，變量和隨機(jī)數(shù)。MIT團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)Scratch的目的，其中就包括學(xué)生可以從中學(xué)習(xí)重要的數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)概念[3]。由此可見(jiàn)，Scratch軟件設(shè)計(jì)的初衷就包括學(xué)習(xí)重要的數(shù)學(xué)知識(shí)，所以將Scatch軟件應(yīng)用到《發(fā)現(xiàn)圓周率》的數(shù)學(xué)教學(xué)中，具有很大的優(yōu)勢(shì)和必要性。不僅可以幫助學(xué)生更好地去理解圓周率的意義，還能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性。

3.《發(fā)現(xiàn)圓周率》Scratch教學(xué)設(shè)計(jì)案例

教學(xué)目標(biāo)：（1）利用Scratch理解圓周率的意義，推導(dǎo)出圓周長(zhǎng)的計(jì)算公式，并能進(jìn)行簡(jiǎn)單的圓的相關(guān)計(jì)算。（2）利用Scratch培養(yǎng)學(xué)生的觀察、比較、分析、綜合及動(dòng)手操作能力，培養(yǎng)學(xué)生問(wèn)題解決的能力。（3）利用Scratch發(fā)展學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣，感受數(shù)學(xué)的文化魅力。

（1）創(chuàng)設(shè)情境，引入新課

（教師利用Scratch展示兩只小狗進(jìn)行賽跑比賽的情境）

教師：小白狗和小黑狗進(jìn)行跑步比賽，小白狗沿著正方形路線跑，小黑狗沿著圓形路線跑。同學(xué)們，你認(rèn)為哪只小狗會(huì)贏這場(chǎng)比賽呢？

學(xué)生：兩只狗都可能贏。

教師：小白狗跑的路程實(shí)際上是正方形的什么呢？小黑狗所跑的路程呢？

學(xué)生：小白狗所跑路程是正方形的周長(zhǎng)，小黑狗所跑路程是應(yīng)該也是圓的周長(zhǎng)。

教師：小黑狗所跑路程是一個(gè)曲線，這個(gè)曲線圍成的長(zhǎng)就是周長(zhǎng)。（呈現(xiàn)圓的周長(zhǎng)概念：圍成圓的曲線的長(zhǎng)叫做圓的周長(zhǎng)。通常用C表示。）

教師：所以我們比較正方形的周長(zhǎng)和圓的周長(zhǎng)大小就知道哪只小狗可以贏得比賽了。正方形的周長(zhǎng)我們知道如何計(jì)算，那圓的周長(zhǎng)怎么計(jì)算呢？

設(shè)計(jì)意圖：將數(shù)學(xué)知識(shí)和生活聯(lián)系起來(lái)，激發(fā)學(xué)生興趣。

（2）探究問(wèn)題

小組合作測(cè)量幾個(gè)大小不同的圓，可以借助線、尺子等工具，并在表中記錄圓的直徑和圓的周長(zhǎng)大小。

教師：觀察表中數(shù)據(jù)，你們發(fā)現(xiàn)了什么？

學(xué)生：圓的周長(zhǎng)和直徑有關(guān)，圓的周長(zhǎng)與直徑的比值是3.14左右。

教師：在任何圓里面圓的周長(zhǎng)與直徑的比值都是3.14嗎？這個(gè)答案也是我們今天要學(xué)的內(nèi)容“圓周率”（呈現(xiàn)圓周率的概念：圓周率即圓的周長(zhǎng)與其直徑的比。通常用π來(lái)表示。）

教師運(yùn)行Scratch中繪制正多邊形的程序。

教師：同學(xué)們，正多邊形的邊長(zhǎng)不斷加大，越來(lái)越接近什么圖形呢？

學(xué)生：圓。

教師：所以我們可以利用之前繪制正多邊形的方法來(lái)近似地求出圓周率。

設(shè)計(jì)意圖：促進(jìn)學(xué)生新舊知識(shí)間的聯(lián)系，提供學(xué)生合作交流的機(jī)會(huì)。

（3）教師講授“關(guān)鍵算法”，進(jìn)行程序演示。

教師帶領(lǐng)學(xué)生回顧在Scratch中繪制正多邊形的方法，然后演示在Scratch中通過(guò)繪制正多邊形的方法近似求出圓周率的程序過(guò)程。然后將之前學(xué)生記錄的數(shù)據(jù)帶入程序中，去比較結(jié)果是否一致。

設(shè)計(jì)意圖：幫助學(xué)生更為直觀地理解數(shù)學(xué)知識(shí)。

（4）個(gè)人程序操作

學(xué)生自己在Scratch中進(jìn)行程序操作，此階段教師要及時(shí)去答疑解惑，啟發(fā)學(xué)生去解決問(wèn)題，幫助學(xué)生進(jìn)行思維發(fā)散。

設(shè)計(jì)意圖：一方面幫助學(xué)生鞏固所學(xué)知識(shí)，知道圓周率是如何得出的，而不只是機(jī)械的記憶。另一方面培養(yǎng)學(xué)生問(wèn)題解決和思維發(fā)散的能力。

（5）歸納總結(jié)

教師總結(jié)Scratch中通過(guò)繪制正多邊形的方法近似求出圓周率的方法，以及圓的周長(zhǎng)公式為C=πd或C=2πr。

教師：現(xiàn)在我們知道了圓的周長(zhǎng)公式，那小白狗和小黑狗誰(shuí)能贏得比賽的問(wèn)題我們也可以解決了。

學(xué)生進(jìn)行計(jì)算。

設(shè)計(jì)意圖：幫助學(xué)生回顧本節(jié)課所學(xué)知識(shí)，加深對(duì)知識(shí)的理解和記憶。

（6）習(xí)題鞏固

學(xué)生完成學(xué)習(xí)單上相關(guān)圓的周長(zhǎng)的習(xí)題。

設(shè)計(jì)意圖：幫助學(xué)生促進(jìn)知識(shí)的遷移。

4.小結(jié)

Scratch與小學(xué)數(shù)學(xué)課程整合的課堂教學(xué)，能有效增強(qiáng)數(shù)學(xué)教學(xué)效果，幫助學(xué)生更好地理解數(shù)學(xué)知識(shí)。不僅能夠提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，還能促進(jìn)學(xué)生思維能力、解決問(wèn)題能力的發(fā)展。雖然目前對(duì)Scratch和數(shù)學(xué)課程整合的研究還處于嘗試和摸索的階段，但筆者相信隨著研究的不斷深入，Scratch在數(shù)學(xué)教學(xué)中會(huì)獲得更加廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]《義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2011 年版）解讀[M].湖北：湖北教育出社，2012.2.

[2]Stephen Quinn. An Investigation into the Use of Scratch to Teach KS3 Mathematics. [D]. Harvard University.

[3]ResnickM， MaloneyJ， etal.Scratch：programming for all.[J].Communicationsof the Acm，2009，52（11）：60-67.

作者簡(jiǎn)介：王丹，女，1993年2月17日，碩士在讀，揚(yáng)州大學(xué)，研究方向：現(xiàn)代教育技術(shù)。