基于游戲化教學(xué)的背景，探索編程游戲與數(shù)學(xué)課堂的融合

廣東省深圳市福田區(qū)華富小學(xué) 蔡惠貽

一、編程游戲與數(shù)學(xué)課堂融合的現(xiàn)狀及概念闡述

游戲化教學(xué)是數(shù)學(xué)課堂教學(xué)的大趨勢(shì)。游戲化教學(xué)是指將游戲元素引入數(shù)學(xué)課堂的一種教學(xué)方式。這種方式不僅能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，還能調(diào)動(dòng)學(xué)生的數(shù)學(xué)思維。數(shù)學(xué)課堂游戲的種類眾多，有視頻游戲、卡牌游戲、編程游戲等。其中，編程游戲可以使教學(xué)情境多樣化及數(shù)學(xué)思維可視化。但是編程游戲?qū)處煹男畔⒓夹g(shù)要求較高，因此編程游戲與數(shù)學(xué)課堂融合的探究并不多。

作為一線數(shù)學(xué)教師，筆者認(rèn)為將編程游戲與數(shù)學(xué)教學(xué)融合是很有價(jià)值的。編程是程序設(shè)計(jì)的工具，但也是小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科的學(xué)習(xí)課程。在設(shè)計(jì)編程游戲的過程中，教師能迅速提高信息技術(shù)能力。在理解編程游戲的過程中，學(xué)生能高效地理解數(shù)學(xué)知識(shí)。部分思維活躍的學(xué)生還能結(jié)合信息技術(shù)課程的知識(shí)理解編程背后的數(shù)學(xué)邏輯與思維。

對(duì)于“融合”，有三種闡述。一是教師將編程作為游戲設(shè)計(jì)的工具，使編程的游戲作品與數(shù)學(xué)課堂融合。這是以數(shù)學(xué)教學(xué)目標(biāo)為主的融合教學(xué)。二是在小學(xué)信息技術(shù)課中，教師將數(shù)學(xué)知識(shí)滲透在編程設(shè)計(jì)中，學(xué)生可以通過編程設(shè)計(jì)來理解數(shù)學(xué)知識(shí)。這是以編程教學(xué)目標(biāo)為主的融合教學(xué)。三是教師將數(shù)學(xué)教學(xué)目標(biāo)和編程教學(xué)目標(biāo)融合于一節(jié)課中，以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的方式進(jìn)行課堂教學(xué)。本文以“融合”理解為第一種闡述內(nèi)容，探索以數(shù)學(xué)教學(xué)目標(biāo)為主的融合教學(xué)。

二、編程工具的選擇

編程軟件眾多，且各有特點(diǎn)。選擇一款適合教師使用且適合學(xué)生理解的編程軟件，才能更好地發(fā)揮編程在教學(xué)中的作用。因此，選用的編程軟件需要具備以下特點(diǎn)：編程功能強(qiáng)大，能滿足課堂教學(xué)的大部分需求；編程圖形化，教師容易理解；編程設(shè)計(jì)操作簡(jiǎn)單，教師可以掌握并高效完成編程設(shè)計(jì)。少兒編程工具AIspark就具備以上特點(diǎn)。

AIspark是一種積木式編程工具。第一，它具有可視化的特點(diǎn)。AIspark用不同的積木模塊代替繁雜的編程代碼。軟件中的編程積木模塊有智能語音、人臉識(shí)別、智能翻譯、KNN（K近鄰算法）、AI實(shí)驗(yàn)室、控制、運(yùn)動(dòng)、外觀、聲音、事件、偵測(cè)、運(yùn)算、變量和自制積木。第二，它具有圖形化拖曳的特點(diǎn)。教師可以拖曳不同的積木模塊去堆疊，或直接將不需要的積木模塊放回腳本區(qū)即能實(shí)現(xiàn)刪除效果。第三，AIspark內(nèi)部資源豐富，為交互式的設(shè)計(jì)如動(dòng)畫、故事片、游戲等提供了豐富的素材。總的來說，AIspark功能強(qiáng)大，編程簡(jiǎn)易，趣味性強(qiáng)，能輕松達(dá)到交互式故事、動(dòng)畫、游戲等效果。因此，選用AIspark作為設(shè)計(jì)游戲的編程工具是非常合適的。

三、編程游戲與數(shù)學(xué)課堂融合的探索

小學(xué)數(shù)學(xué)教材將知識(shí)內(nèi)容分為數(shù)與代數(shù)、圖形與幾何、統(tǒng)計(jì)與概率、綜合實(shí)踐四個(gè)領(lǐng)域。在探索編程游戲與數(shù)學(xué)課堂融合的過程中，圖形與幾何、數(shù)與代數(shù)領(lǐng)域都有探索。

（一）將編程游戲融入圖形與幾何領(lǐng)域的課堂教學(xué)

在北師大版數(shù)學(xué)五年級(jí)上冊(cè)“平移”一課中，學(xué)生不僅需要明確平移的特征并能說出物體平移的方向和距離，還需要在方格紙中根據(jù)物體的平移路徑畫出平移后的圖形。在學(xué)習(xí)本節(jié)課之前，學(xué)生在三年級(jí)時(shí)便學(xué)習(xí)了物體的簡(jiǎn)單平移，所以能比較輕松地說出物體平移的方向和距離。但是對(duì)于基礎(chǔ)較差的學(xué)生來說，根據(jù)物體平移路徑準(zhǔn)確畫出平移后的物體是有一定難度的。基于教材分析和學(xué)情分析，這節(jié)課筆者設(shè)計(jì)了小貓追逐錢袋的兩個(gè)編程游戲來進(jìn)行重難點(diǎn)教學(xué)。

1.編程游戲?qū)耄仡櫰揭频闹R(shí)

游戲規(guī)則：在小貓追逐錢袋的方格中，錢袋會(huì)在3～5秒內(nèi)自動(dòng)隨機(jī)變換位置，玩家需要通過鍵盤操作上移、下移、左移、右移鍵使小貓移動(dòng)去追逐錢袋。當(dāng)小貓位置與錢袋位置重合時(shí)，分?jǐn)?shù)增加1分。游戲限時(shí)60秒，兩人先后進(jìn)行游戲，得分高者獲勝。

游戲結(jié)束后，教師讓學(xué)生依次思考幾個(gè)問題：①游戲過程中運(yùn)用了哪些數(shù)學(xué)知識(shí)？②物體平移有什么特點(diǎn)？③游戲過程中小貓平移的路徑是怎樣的。

在設(shè)計(jì)游戲的過程中，競(jìng)爭(zhēng)是考慮的關(guān)鍵因素。競(jìng)爭(zhēng)游戲能極大調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。游戲結(jié)束后，學(xué)生通過回顧游戲的過程來復(fù)習(xí)平移的相關(guān)知識(shí)，為本節(jié)課的新知識(shí)學(xué)習(xí)做鋪墊。這是順應(yīng)學(xué)生思維認(rèn)知的。此外，游戲后教師引導(dǎo)學(xué)生思考三個(gè)問題能有效減少學(xué)生注視電子屏幕的時(shí)間，保護(hù)學(xué)生的視力。

2.你說我移，突破平移的難點(diǎn)

教師事先準(zhǔn)備好方格紙學(xué)習(xí)單。學(xué)習(xí)單上的方格只標(biāo)注小貓的位置，學(xué)生根據(jù)教師提供的小貓平移路徑信息畫出平移后小貓的位置。其中，教師提供的平移路徑信息由易到難。學(xué)生畫完后同桌交流，集體評(píng)議，最后總結(jié)畫圖的技巧與方法。

將平移游戲從電子屏幕操作轉(zhuǎn)移到紙筆操作是有必要的，這也是由具象思維到抽象思維的過渡。本環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)目的在于幫助學(xué)生總結(jié)畫平移后圖形的技巧與方法。

隨后，教師拿出事先準(zhǔn)備好的關(guān)于小貓平移路徑信息的錦囊，選取兩個(gè)玩家并分配游戲任務(wù)。A玩家根據(jù)教師提供的錦囊信息告訴B玩家小貓的平移路徑，B玩家則操作電腦鍵盤使小貓平移到指定位置。當(dāng)B玩家準(zhǔn)確平移小貓到指定位置時(shí)，團(tuán)隊(duì)獲得1分。小貓尋找錢袋的游戲由獨(dú)立畫圖變?yōu)閮扇撕献鳎芗ぐl(fā)學(xué)生的挑戰(zhàn)意識(shí)。

在合作過程中，本環(huán)節(jié)能培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神，也能培養(yǎng)學(xué)生細(xì)心傾聽、認(rèn)真思考的品質(zhì)。更重要的是，在游戲過程中，玩家專注于想象平移后的小貓位置，而其他學(xué)生觀眾則專注于根據(jù)想象小貓平移后的位置來判斷玩家操作是否正確。因此，全體學(xué)生都在這個(gè)過程中鞏固了新知。

（二）將編程游戲融入數(shù)與代數(shù)領(lǐng)域的課堂教學(xué)

“異分母分?jǐn)?shù)大小比較”是北師大版數(shù)學(xué)五年級(jí)上冊(cè)的內(nèi)容。在學(xué)習(xí)本節(jié)課之前，學(xué)生已經(jīng)對(duì)分?jǐn)?shù)有初步認(rèn)識(shí)且學(xué)過同分母分?jǐn)?shù)大小比較的知識(shí)。本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)是引導(dǎo)學(xué)生在探索異分母分?jǐn)?shù)大小比較的方法中理解通分。在教材中，學(xué)生的探索是由易到難的，探索中思維也是發(fā)散的。如教材先引導(dǎo)用畫圖或通分等方法探索分母互質(zhì)的分?jǐn)?shù)大小比較，再探索分母有共同因數(shù)的分?jǐn)?shù)大小比較。基于對(duì)相關(guān)內(nèi)容的分析，本節(jié)課設(shè)計(jì)了將快問快答的編程游戲融入課堂教學(xué)。

1.人機(jī)互動(dòng)，增加課堂趣味性

上課伊始，可以全班來玩一玩快問快答的游戲。屏幕上出示兩個(gè)同分母分?jǐn)?shù)，請(qǐng)全班一起回答。若回答正確，則屏幕顯示“恭喜你，回答正確”，并在分?jǐn)?shù)欄增加1分；若回答錯(cuò)誤，則屏幕回應(yīng)“對(duì)不起，回答錯(cuò)誤”。在進(jìn)行5次比較同分母分?jǐn)?shù)大小的游戲后，第6次屏幕出示兩個(gè)分母互質(zhì)的分?jǐn)?shù)，如當(dāng)異分母分?jǐn)?shù)出現(xiàn)時(shí)，學(xué)生中會(huì)出現(xiàn)不一致的答案。此時(shí)，教師便引導(dǎo)學(xué)生回顧同分母分?jǐn)?shù)大小比較的方法，同時(shí)思考異分母分?jǐn)?shù)大小比較的方法。

人機(jī)互動(dòng)的游戲是本節(jié)課的導(dǎo)入活動(dòng)，時(shí)長控制在3分鐘以內(nèi)。這個(gè)游戲可以很自然地引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，迫使學(xué)生主動(dòng)思考比較異分母分?jǐn)?shù)大小的方法，并將方法落實(shí)在紙筆上。同時(shí)，有了比較同分母分?jǐn)?shù)大小的知識(shí)鋪墊，學(xué)生能較容易地想到將異分母分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化為同分母分?jǐn)?shù)再進(jìn)行比較。

2.學(xué)生參與游戲設(shè)計(jì)，增強(qiáng)學(xué)習(xí)成就感

在突破教學(xué)重點(diǎn)之后，教師可以讓學(xué)生在學(xué)習(xí)單上設(shè)計(jì)5道比較異分母分?jǐn)?shù)大小的題目。教師有選擇性地挑選分母有共同因數(shù)的異分母分?jǐn)?shù)的學(xué)生作品，并根據(jù)學(xué)生的作品當(dāng)場(chǎng)修改編程，制作成新的

游戲。在玩新游戲的過程中，學(xué)生對(duì)比較這類分?jǐn)?shù)的大小有困惑。以此為契機(jī)，教師可以再次引導(dǎo)學(xué)生探索這類分?jǐn)?shù)通分的技巧與方法，從而突破學(xué)習(xí)難點(diǎn)。

在本環(huán)節(jié)中，學(xué)生由游戲玩家轉(zhuǎn)變?yōu)橛螒蛟O(shè)計(jì)者。學(xué)生通過紙筆將游戲設(shè)計(jì)的想法表示出來，因此學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性被極大地調(diào)動(dòng)了起來。

在編程游戲與數(shù)學(xué)課堂教學(xué)融合的探索中，我們感受到了編程的強(qiáng)大性，更感受到了編程游戲與數(shù)學(xué)教學(xué)結(jié)合的研究價(jià)值。編程游戲與數(shù)學(xué)教學(xué)的融合是為了提高課堂教學(xué)的趣味性和有效性。這樣的教學(xué)模式對(duì)教師提出了更高的要求。為了更好地實(shí)現(xiàn)編程游戲與數(shù)學(xué)教學(xué)融合，教師在熟練掌握編程技術(shù)的同時(shí)還要保持游戲精神，時(shí)刻學(xué)習(xí)和更新游戲設(shè)計(jì)理念。需要特別注意的是，編程游戲是數(shù)學(xué)課堂教學(xué)的輔助工具，不應(yīng)該占用課堂的大量時(shí)間，要留更多的時(shí)間給學(xué)生進(jìn)行思維的躍動(dòng)與提升。