“玩”出智慧：小學(xué)數(shù)學(xué)游戲化學(xué)習(xí)研究

寧柳妹

[摘要]游戲化學(xué)習(xí)是培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)思維能力的有效途徑，能提高學(xué)生的數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)。首先分析學(xué)生口算能力現(xiàn)狀，得出影響學(xué)生口算能力和四則運算發(fā)展的因素，及教育游戲與數(shù)學(xué)教學(xué)融合的條件和要求。多媒體技術(shù)的普及，尤其是人機交互認(rèn)知理論和技術(shù)的發(fā)展，為研發(fā)寓教于樂的口算系統(tǒng)提供可能，計算機可成為口算的“陪練”。基于人機交互環(huán)境進行的游戲化學(xué)習(xí)集中了游戲的娛樂性、趣味性和傳統(tǒng)教學(xué)方式的優(yōu)點，將各種知識融于游戲之中，能有效實現(xiàn)寓教于樂，對學(xué)生數(shù)學(xué)思維能力的培養(yǎng)有重要作用。

[關(guān)鍵詞]游戲化學(xué)習(xí);人機交互;四則運算;思維訓(xùn)練

[中圖分類號]G623.5 [文獻標(biāo)識碼]A [文章編號]1007-9068（2020）08-0014-03

一、背景

口算是小學(xué)生要掌握的基本而重要的技能，但機械的口算訓(xùn)練會讓學(xué)生感覺枯燥、乏味，而且學(xué)生的口算技能不過關(guān)容易被“易算錯”掩蓋。因此，尋找恰當(dāng)?shù)挠?xùn)練方法和方式提高學(xué)生的口算能力是小學(xué)數(shù)學(xué)研究的重要目標(biāo)。多媒體技術(shù)的普及，尤其是人機交互認(rèn)知理論和技術(shù)的發(fā)展，為研發(fā)寓教于樂的口算系統(tǒng)提供可能，教師可以讓計算機成為口算“陪練”，孜孜不倦地陪學(xué)生進行訓(xùn)練。

在學(xué)校計算機房中，每臺電腦都安裝了相應(yīng)的軟件系統(tǒng)，為的是創(chuàng)設(shè)“1：1數(shù)字課堂”，進行高密度的口算和“24點”訓(xùn)練（計算機給出四個數(shù)字，比如4、5、6、7，通過添加加、減、乘、除、括號組成算式的計算結(jié)果是24，例如（5+7）×（6-4）=24）。本教學(xué)模型是基于“潛能在線學(xué)習(xí)平臺”開展的教學(xué)實踐。

二、人機交互環(huán)境的口算及四則運算訓(xùn)練系統(tǒng)

良好的人機交互，能夠讓學(xué)生大腦處于興奮狀態(tài)。教師要遵循每次訓(xùn)練都有計分、創(chuàng)設(shè)比賽氛圍、成績即時排行等原則來設(shè)計平臺。

（一）口算訓(xùn)練

1.傳統(tǒng)課堂的口算訓(xùn)練

傳統(tǒng)課堂中的口算訓(xùn)練往往借助筆和紙來完成，嚴(yán)格意義上，已不是口算訓(xùn)練，而是筆算訓(xùn)練。真正的口算訓(xùn)練，必須關(guān)注數(shù)量、速度與正確率。但在傳統(tǒng)課堂中難以提升的口算速度，在人機交互環(huán)境中卻能輕而易舉地實現(xiàn)。

2.人機交互環(huán)境下的口算訓(xùn)練

基于人機交互環(huán)境下的口算訓(xùn)練小游戲——“雨滴”（如圖1）：每個“雨滴”里包含一個算式，下面是海，當(dāng)雨滴落到海里，學(xué)生還沒能用鼠標(biāo)點出正確答案，就算回答錯誤。

在開始“雨滴”訓(xùn)練時，系統(tǒng)進行倒計時，答對一題加10分，答錯一題扣5分，學(xué)生在規(guī)定的5分鐘內(nèi)答題。完成了初級雨滴后，還可以挑戰(zhàn)中級雨滴，算式中數(shù)字的取值范圍會隨著等級增加而變大。訓(xùn)練口算時，學(xué)生可根據(jù)自己的實際情況選擇難易程度，為四則運算思維訓(xùn)練做好熱身運動。

（二）四則運算訓(xùn)練

很多學(xué)生對“24點”感到束手無策，這時，可設(shè)計“24點”逆運算訓(xùn)練。比如，“24點”的逆運算訓(xùn)練稱為“24點訓(xùn)練場”，如圖2、圖3所示：

圖2是“24點”的拆解過程，它包含加、減、乘、除四種拆解模式。以加法模式為例，引導(dǎo)學(xué)生理解“24點”是如何組成的：在圖2中可以看到24可以拆分為9加15，9又可以拆分為3乘以3，15拆分為5乘以3;24經(jīng)過了3次拆分之后，得到了3、3、3、5這幾個簡單的數(shù)字，即化整為零。

圖3是根據(jù)圖2拆解出來的4個數(shù)字進行組合運算。軟件會自動隱藏圖2的運算符號，不提示拆解過程，讓學(xué)生憑著自己的記憶力列出“24點”算式。

在圖2的拆解過程中，從問題出發(fā)找條件，運用分析法拆分24，學(xué)生進行有序的逆向思維，形成分析問題的能力。圖3中運算符號悄悄“隱身”，讓學(xué)生重新建構(gòu)，經(jīng)歷從條件去解決問題的過程，培養(yǎng)學(xué)生四則運算的綜合能力。這個流程可簡化為圖4：

經(jīng)過一段時間的訓(xùn)練之后，學(xué)生就可以進入“24點”更高程度的練習(xí)了——“24點”初級場。

“24點”初級場有10道題，每道題都是不同的模式，甚至有些題有多種解法。同樣，里面具有記分系統(tǒng)，答對一題加10分，答錯或不答扣5分。圖5是四年級部分學(xué)生的訓(xùn)練成績：

從圖5可以看出，有些學(xué)生經(jīng)過幾次訓(xùn)練之后，對“24點”的解題模式已經(jīng)有了一定的感覺，甚至有些學(xué)生做到了滿分。對于初次接觸“24點”的學(xué)生來說，這是相當(dāng)不容易的。

三、數(shù)據(jù)采集與分析

（一）數(shù)據(jù)采集

相較于傳統(tǒng)課堂的訓(xùn)練，在人機交互環(huán)境下，學(xué)生的學(xué)習(xí)過程信息采集更方便、準(zhǔn)確。在學(xué)生訓(xùn)練時，系統(tǒng)保存了學(xué)生的訓(xùn)練記錄，而且時間精確到幾時幾分幾秒。類似于這樣的記錄，我們稱之為認(rèn)知符號序列（CSS）。

1.雨滴數(shù)據(jù)采集

雨滴的數(shù)據(jù)采集主要體現(xiàn)在最終的結(jié)果上，學(xué)生可以在頁面上看到自己的訓(xùn)練曲線，如圖6：

這條曲線記錄了學(xué)生近20次的訓(xùn)練結(jié)果，每個點就是5分鐘的訓(xùn)練結(jié)果，或高或低，可以很清楚地看出學(xué)生的訓(xùn)練和進步情況。

2.“24點”數(shù)據(jù)采集

學(xué)生在做“24點”時，軟件會將學(xué)生的每一個動作記錄下來，以下摘自學(xué)生的練習(xí)記錄：

其中“I”代表分割線，將相鄰的字符串隔開，以方便查看。“_true”表示回答正確。“_false”表示回答錯誤。“_spent：12s”表示用時12秒。最后兩條“1”之間的內(nèi)容表示解題的最終結(jié)果表達式，比如a記錄的結(jié)果表達式為“3*6+2+4”。

（二）數(shù)據(jù)分析

1.“雨滴”數(shù)據(jù)分析

人機交互環(huán)境下采集的數(shù)，能夠真實地反映學(xué)生的訓(xùn)練情況。以下面一組數(shù)據(jù)為例：

從上表可以看出，這些學(xué)生進行“雨滴”訓(xùn)練的次數(shù)都已達到了上百次，有些將近400次、2000分鐘、33小時。可見，“雨滴”這個游戲是非常受學(xué)生歡迎的，它能夠讓學(xué)生練幾百次都不覺得累。

對多個學(xué)生的“雨滴”訓(xùn)練成績進行數(shù)據(jù)分析（x坐標(biāo)是訓(xùn)練次數(shù)，Y坐標(biāo)是訓(xùn)練成績），如圖7：

圖7說明這幾個學(xué)生在訓(xùn)練10次的時候成績差別不大，在900分上下浮動;訓(xùn)練20、30次后，成績在1200分左右，這時，差距漸漸拉開;在50次后，學(xué)生之間的差異就很明顯了。我們把類似900分，一般學(xué)生訓(xùn)練都可以達到的點稱為“群體共同點”，把1200分這樣能夠區(qū)別出個性差異的點稱為“個性差異點”。這些點能為我們的教學(xué)診斷、研究提供支持。

2.“24點”數(shù)據(jù)分析

對于學(xué)生在計算24點時出現(xiàn)的錯誤，比如“2、3、4、6”，學(xué)生給出6/2+3*4。這位學(xué)生知道先算6/2=3，再把6/2的結(jié)果與3相加等于6，最終形成6*4，算出24點，但他沒有給6/2+3加括號。這條記錄顯示，這位學(xué)生很有可能在四則運算的法則上有問題。系統(tǒng)給出了大量的正確與錯誤的數(shù)據(jù)，分析這些數(shù)據(jù)，就能夠發(fā)現(xiàn)出錯的學(xué)生存在的問題，為教學(xué)提供重要參考。

四、特色及成效

科學(xué)地設(shè)計寓教于樂的人機交互教學(xué)系統(tǒng)，讓計算機成為教師的教學(xué)助理，實現(xiàn)高效學(xué)習(xí)、輕松教學(xué)不再是夢想。這款游戲是對學(xué)生已有的知識或者經(jīng)驗的重新組合與呈現(xiàn)，游戲為學(xué)生的操練與經(jīng)驗的習(xí)得提供了很好的平臺，游戲的過程，也就是知識習(xí)得的過程，能使教育回歸本真。