算法編程與數學課融合的教學模式

張暉

〔摘? ? 要〕? 在信息化時代，算法編程已成為一項重要技能，而數學學科對于學生的發展也至關重要。因此，探究小學算法編程和數學學科的融合課堂教學模式成為當下熱門話題。本研究引用了《義務教育信息科技課程標準》中與此相關的內容，結合具體課例設計了教學目標、內容和方法，并借助圖形化編程軟件實現操作來培養學生的計算思維和數理思維。通過實驗教學來探究融合教學模式對于學生計算思維和數理思維能力發展的效果，研究結果表明融合算法編程和數學學科的課堂教學模式能夠有效提升學生的能力。

〔關鍵詞〕? 算法編程；數學；教學模式；融合

〔中圖分類號〕? G424? ? ? ? ? ? ? ? 〔文獻標識碼〕? A? ? ? ? ?〔文章編號〕? 1674-6317? ? （2024）? 01? ? 136-138

一、引言

隨著信息技術在教育領域的應用日益廣泛，算法編程與數學學科融合成為熱門話題。教育工作者意識到將這兩者融合在一起，可以幫助學生發展計算思維和數理思維能力，進而提升他們綜合解決問題的能力。計算思維是一種解決問題的思維方式，它要求人們善于運用計算機技術處理數據和信息解決實際問題。數理思維則是一種邏輯推理能力，它能夠幫助人們利用數學知識解決實際問題。這兩者在現代社會中的應用十分廣泛。為了培養學生的這兩種思維方式，教育工作者嘗試將算法編程與數學學科課程融合。融合教學模式能夠讓學生在學習數學的同時，掌握算法編程技能。這種教學模式能夠幫助學生更好地理解數學概念，并將其運用到實際中，從而提高他們解決問題的能力。本研究的目的是探究小學算法編程與數學學科課程融合的課堂教學模式，為教師提供參考。首先，本研究將引用《義務教育信息科技課程標準》中的相關內容，詳細論述算法編程與數理思維結合的理論依據。接下來，本研究將設計融合算法編程與數學學科的教學模式，包括教學目標、教學內容、教學方法等方面，借助圖形化編程軟件實現操作，培養學生的計算思維和數理思維。同時，本研究將結合具體課例，分析如何運用融合教學模式來幫助學生解決實際問題，并探究學生在這一過程中具體掌握了哪些技能。最后，本研究將通過實驗教學，以班級為單位，對比實驗組和對照組進行教學實驗，以探究融合教學模式對提高學生計算思維和數理思維能力的效果。預期研究結果表明，融合算法編程與數學學科的課堂教學模式可以更好地培養學生的計算思維和數理思維，進而提升他們綜合解決問題的能力。

二、理論依據

算法編程與數學學科融合的理論依據主要來自教育心理學和認知心理學。教育心理學認為學習是一個積極的建構過程，學生需要在與環境的互動中不斷構建新的知識。而認知心理學則認為，人的認知能力是由多種不同的認知過程共同作用的結果。在這兩種理論的指導下，可以發現，算法編程與數學學科融合能夠為學生提供一個豐富多樣的學習環境。在這種環境中，學生能夠通過與環境的互動，積極地構建新的知識。同時，算法編程與數學學科融合也能夠促進學生多種認知過程的發展，包括計算思維和數理思維。

三、教學模式設計

（一）教學目標

在小學算法編程與數學學科課程融合的教學模式中，教學目標至關重要。這些目標為教學活動的指導原則，決定了教學內容、教學方法和評價方式。為了實現這些目標，本文將教學目標分為兩類，即知識目標和能力目標。首先，知識目標包括讓學生掌握算法編程和數學學科的基礎知識。在算法編程方面，學生需要掌握編程語言、編程思想和編程方法。在數學學科方面，學生需要掌握數學概念、數學定理和數學方法。此外，學生還需要了解算法編程與數學學科之間的聯系，掌握將兩者融合的方法與技巧。其次，能力目標包括培養學生的計算思維能力、數理思維能力以及創新和實踐能力。為了培養學生的計算思維能力，教師可以設計一系列與算法編程相關的任務，讓學生通過計算機技術解決實際問題，掌握計算思維的基本方法。為了培養學生的數理思維能力，教師可以將數學概念和統計方法運用到算法編程問題中，并讓學生通過實際操作來掌握數理思維能力的基本方法。同時，為了培養學生的創新和實踐能力，教師可以設計一些開放性的項目或調查研究，鼓勵學生在實踐中發現問題、提出問題并解決問題。在實現這些教學目標時，教師需要合理設計教學內容，例如通過?Scratch?等圖形化編程軟件讓學生掌握編程技能，并將數學概念和算法編程相結合，培養學生的計算和數理思維能力。同時，教師需要采用有效的教學方法，例如采用啟發式教學法、任務型教學法、探究式學習等方法，讓學生在實踐中學習和運用相關知識和技能。最后，教師需要建立科學的評價體系，從多個方面考核學生的綜合能力和學習情況，包括平時表現、作業完成情況、調查報告等，以助于教師全面了解學生的學習情況和能力發展。

（二）教學內容

小學算法編程與數學學科課程融合的教學內容，是設計教學模式的重要組成部分。為確保學生真正理解兩種學科的聯系，需要精心設計教學內容。教師應該讓學生掌握圖形化編程語言Scratch等基礎知識，如編程思想和編程方法，讓學生在實踐中處理信息，培養計算思維能力。同時，教師需要讓學生掌握小學階段的基本數學概念、定理和方法，并能夠運用這些知識解決實際問題。

（三）教學方法

在設計小學算法編程與數學學科課程融合的教學模式時，教學方法是非常關鍵的因素之一，因為教學方法的選取直接影響著教學效果。因此，教師需要利用多種有效的教學方法，引導學生積極地參與學習，通過培養學生的計算思維和數理思維能力，提高他們的綜合素質。啟發式教學是一種以學生為中心的教學方法，它著重于激發學生的主動探究和構建新知識的能力。

四、課例分析

（一）課例介紹

本課例以小學三年級數學學科為主要對象，利用算法編程和數理思維相結合的教學模式，旨在培養學生的計算思維和數理思維能力，提高他們解決實際問題的能力。本課例共分為三個部分：?1.編程介紹；2.探索數學知識；3.實踐應用。在第一部分，教師通過簡單掃碼讓學生了解到Scratch的基本概念及使用方法，激發學生的學習興趣。然后，通過一些簡單的編程小游戲引導學生利用Scratch進行編程實踐任務，如幫助小貓捉老鼠、小鳥飛上天等，讓學生能夠了解編程思想和編程方法，并掌握基本的編程技能。在第二部分授課中，教師讓學生探索數學中的華氏度轉換為攝氏度公式，并利用Scratch進行編程驗證。首先，教師將攝氏度轉化為華氏度的公式簡單地介紹給學生，利用Scratch編程工具實踐溫度計算的過程。學生對Scratch編程快速上手，并能夠自主完成攝氏度轉化為華氏度的程序設計任務，實現攝氏度與華氏度的自由轉換。在第三部分教學中，教師引導學生探索溫度計的應用，應用場景包括房間溫度控制、環境溫度監測等。學生在學習的過程中學會了利用Scratch設計一個簡單的溫度表，將攝氏度和華氏度的溫度顯示出來，同時還能夠記錄溫度變化的過程。在實踐任務中，學生能夠實現自己的實際項目設計，并完成一個簡單的溫度計。

（二）課例分析

本案例采用了小學三年級課程與算法編程及數理思維相結合的教學模式，通過Scratch等圖形化編程軟件實現了課程內容的有機融合。課程設計主要包括了三個部分：1.編程介紹；2.探索數學知識；3.實踐應用。這些內容有機結合起來，不僅豐富了課程內容，而且能夠提高學生的計算思維和數理思維能力，增強學生實際問題的解決能力。通過此案例的實施，學生能夠掌握Scratch編程基本技能，進一步了解數學知識，更好地運用信息科技解決實際問題。

（三）教學反思

值得注意的是，雖然算法編程和數理思維相結合的課程設計能夠有效地提高學生的學習興趣和學習效率，但在實施過程中還存在一些不足。首先，由于學生的年齡較小，應該更加注重編程過程的細節和流程，以確保學生更好地理解和掌握編程思想和方法。此外，算法編程和數理思維相結合的教學模式在實施過程中也需要教師有足夠的方法論支持，包括課堂管理、教學評價等方面的教學技能。在日常教學實踐中，還需要結合學生實際情況進行個別化授課，設計更加符合學生特點的教學模式，注重培養學生創新思維、實踐能力和團隊協作能力等方面的綜合能力。

五、實驗研究

本實驗旨在探究算法編程和數理思維相結合的教學模式對小學生數學學科學習的影響。實驗設計分為實驗組和對照組，實驗組采用算法編程和數理思維相結合的授課模式，對照組采用傳統授課模式。實驗分為兩個階段，第一階段為課堂學習，第二階段為課后學習。數據收集方式包括調查問卷和成績統計表，采用SPSS軟件進行數據分析。

（一）實驗設計

本實驗總體分為實驗組和對照組兩個組別，每個組別各有30名小學生，共計60名。實驗組采用算法編程和數理思維相結合的教學模式，對照組采用傳統授課模式。具體實驗內容如下：在學習了加減乘除四則運算后，由于實驗階段限制，我們選取了乘法?—?除法運算為突破口。我們在兩個班級中同時教授乘法—除法運算學習，在實驗組中通過Scratch等圖形化編程軟件，并結合數學知識進行講解，對照組則使用傳統教學方法進行授課。每個班級的學習時間相同且不超過1節課。在考試結束后，分別采取調查問卷、成績統計表兩種方式收集數據。

（二）數據收集

在實驗結束后，使用調查問卷和成績統計表對實驗結果進行數據收集。調查問卷主要采用5級評價法，包括課程內容、理解難度、學習興趣等方面，以學生的個人感受為基礎，對兩個班級的授課效果進行評估；成績統計表主要統計學生在考試中的成績及成績變化情況，包括錯誤率和得分率等數據。

（三）數據分析

本實驗數據經過SPSS軟件的分析，發現實驗組平均分高于對照組，且差異極顯著，兩組的p值均小于0.05。實驗組錯誤率與對照組相比，降低了12.5%，其中實驗組半數學生的錯誤率降低到了10%以下。調查問卷結果顯示，實驗組學生的學習興趣和課堂參與度相比對照組顯著提高，其中92%的實驗組學生表示他們對于算法編程的學習方式更感興趣。通過本實驗結果的分析，得出了算法編程和數理思維相結合的教學模式對小學生數學學科學習的積極影響結論。

通過對小學算法編程與數學學科課程融合的教學模式的研究，本文發現這種教學模式可以將算法編程技能和數學知識融合為一個整體，有效促進了學生計算思維和數理思維能力的發展。在這種教學模式下，學生不僅能夠學習到數學知識，還能夠掌握編程技巧。這不僅能夠幫助學生更好地理解數學概念，還能夠培養學生的創新能力和實踐能力。同時，這種教學模式在實踐中也注重多元化教學方式的運用，有助于學生不斷地拓展認知領域，提高學習的質量。當然，要真正實現這一目標，需要教師精心設計教學內容，執行多元化的教學方式，建立科學有效的評價體系，以確保學生在實際學習中能夠真正掌握所需的知識和技能，并且成功應用于實踐中。只有這樣，才能真正促進學生計算思維和數理思維能力的發展。

【本文系廈門市第六批基礎教育課程改革課題項目X671“算法編程和數理思維融合課堂教學模式的研究”研究成果】

參考文獻

[1]劉剛.Python編程助力初中數學教學的實踐探究[J].中國信息技術教育，2023（11）：75-77.

[2]單單.基于核心素養的小學數學學科融合教學案例研究：以《圖形化編程解決雞兔同籠問題》為例[J].教育信息技術，2023（4）：66-69.

[3]佘友軍.融合數學與編程的跨學科教學實踐[J].數學教學通訊，2023（10）：9-11.

[4]張建沼，蔡淑瑜.兒童編程教育與學校教育體系的深度融合策略[J].教書育人，2023（2）：59-61.

[5]李莉莎.小學信息技術與數學學科融合課程的設計：以圖形化編程“幸運大轉盤”為例[J].新課程，2023（1）：61-63.