基于可視化編程的跨學科融合教學實踐

朱景

可視化編程是以搭積木的方式快速實現程序編寫，支持小學生進行互動故事、游戲編程及動畫編程等開發活動，它的加入為信息技術課程教學注入了新的活力，為學生的發展提供了廣闊的空間，它讓學生能夠在圖形化的環境下輕松掌握程序設計的精髓，對培養學生的表達能力、思維能力、創造能力以及解決問題能力有著非常重要的作用。但如果只講授可視化編程的知識，內容會比較單一且不契合生活實際，學生積極性不高，可如果把它與各學科融合在一起，則能有更廣闊的天地。基于可視化編程的跨學科融合教學是從初期案例模仿學習開始，學習基本的編程方法，掌握一定的編程思路，到后來融合各學科和生活的實例舉一反三、觸類旁通，設計各種程序，逐步提高編程技能和思維水平。融合是相互支撐的，與此同時提高的還有各學科本身的技能、體驗、情感和價值觀。

● 與語文融合，品味傳統經典

可視化的圖形編程工具非常適合小學生進行交互式多媒體作品創作，通過可視化編程創作交互式多媒體作品，不僅可以提高學生對語文傳統文化的理解和可視化編程能力，還可以引導學生將自己的想法分享給其他人。

講成語故事是品味中國傳統文化的一種常見方式，但是在以往的語文課上，要么是要求學生把成語故事書讀一讀，要么教師百度一段故事和圖片進行呈現，這樣常讓學生覺得索然無味。筆者認為，可視化編程教學與語文融合可以彌補傳統語文課堂教學的不足，可以幫助學生開展自主探索，養成學生善于鉆研、勇于創新的品質。

例如，筆者以“成語故事我來講給你聽”為創設主題，提出了下面的任務要求：通過了解到的成語知識、學到的可視化編程技能，選擇你印象最深刻的一個成語，經過合理組織安排，編寫一個小動畫，并用可視化編程來講述這個故事。在動畫的編寫繪制過程中，如果遇到困難，可以向語文、美術和信息技術老師求助，在完成故事的同時一定要講出新意，最終我們一起評出最有創意的作品。學生在接受到這個任務后就主動研究起成語故事的內涵，挖掘故事背后的故事，豐富故事情節，研究繪制的背景和角色，設計角色動作，思考如何用可視化編程去搭建腳本。學生在制作的過程中，不僅提高了可視化編程的技能，而且也加深了對成語的理解以及對繪畫水平的提升，在圖文聲并茂講故事時，更是提升了表達能力，獲得了一次最好的體驗。

● 與數學融合，鍛煉思維能力

信息技術編程和數學兩門學科的聯系從本質上來說是非常緊密的，可以說，數學是理論，編程是使用理論的工具。學生在學習編程知識的同時，也能反過來對數學知識進行更直觀的理解、更深刻的認識。

“雞兔同籠”問題是指已知雞和兔的總頭數和總足數，求雞和兔各多少只的一類應用題，是小學生最害怕的數學問題之一。例如，籠子里有若干只雞和兔，從上面數有10個頭，從下面數有32只腳，雞和兔各有多少只？解題的方法有列表法、畫圖法、砍足法、假設法等，有的數學教師講了一節課，寫了一黑板，但學生卻仍是一頭霧水。其實通過編寫程序就能夠讓學生徹底弄明白解題方法的來龍去脈，也可以用編寫的程序方便今后的計算，更能培養思維能力，體驗數學與可視化編程融合帶來的樂趣。

首先，要選擇適合的搭建腳本的方法，筆者幫學生重新梳理了假設法：假設籠子里都是雞，那么腳的總只數就會比實際少，而少算的腳的只數就是少算的兔子的腳只數，每只兔子少算（4-2）只腳，少算的腳只數里有幾個2，就有幾只兔子。公式：兔的只數=（總足數-總頭數×2）÷（4-2）;雞的只數=總頭數-兔的只數。其次，要把這個公式轉換為編程的腳本，在搭建腳本的過程中要對這個過程再進行上下聯系和調試，并最終通過計算得出結果，后續引申到“車船問題”“買票問題”就水到渠成了。

● 與科學融合，探索大千世界

可視化編程和科學實驗操作都是為了培養學生的動手實踐能力，培養其創新思維。學生在學習過程中圍繞具有挑戰性的問題，全身心投入和體驗，能夠有效提高積極的學習態度、綜合的知識技能和豐富的情感體驗。

例如，天平用于稱量物體質量，狹義上也叫托盤天平，是科學實驗操作中常用的儀器。平衡螺母、物體、砝碼以及游碼在標尺上分度值和位置之間是一種彼此聯系而又非常復雜的邏輯關系，學生一時很難理解，筆者引導學生用可視化編程來編寫天平平衡程序，使學生在編寫腳本中逐步理解這種關系。編寫時的焦點是如何讓左托盤的質量等于右托盤的質量，這時就可以結合“變量”的概念和應用，設置兩個變量，左托盤變量=左托盤物體質量+左平衡螺母位置，右托盤變量=右托盤砝碼質量+右平衡螺母位置+0.2×游碼在標尺的位置，最后比較兩個變量大小，從而達到天平左右平衡，同時學生也就能更好地理解平衡螺母、物體、砝碼以及游碼之間的聯系。

● 與創客融合，解決生活實際問題

可視化編程與Arduino主板可以很好地結合，制作出各種各樣符合生活實際應用需求的創客作品。筆者所在學校的創客社團，以解決生活實際問題為出發點，設計了智能交通信號燈、滅火機器人、巡線打高爾夫球機器人等多個創客作品，進而培養學生思維、實踐操作和創新能力。

例如，在智能交通信號燈程序的設計中，教師先帶領學生實地觀察，引導學生發現十字路口信號燈的運行規律。然后把運行規律的自然語言轉換為編程語言，用可視化編程來搭建腳本，通過Arduino主板和LED燈來實現交通信號燈的變化，最后成功解決十字路口信號燈自動顯示的實際問題。另外，教師在此基礎上還可以拓展延伸，如南北方向車輛尤其多的問題、晚上9點后四個方向都不斷閃黃燈問題、丁字路口交通信號燈變化問題等，這些問題都是學生能夠親身經歷和感受的，因而能夠很好地激發學生的積極性，充分發揮其想象力并敢于實踐。

● 結語

基于可視化編程的跨學科融合教學要尋找到各學科之間的連接點，將離散的課程知識用跨學科的問題串聯起來，強調教學過程中的深層次應用，營造學生自主探索、協同合作的數字化環境，進而改變課堂教學的架構和模式，促進信息技術課堂教學變革，達到利用跨學科融合優化課堂教學、改變學習方式、提升學生素養的目標。