图形化编程在STEAM教导中的跨学科利用研究——以校本课程《妙趣横生的数学和编程算法》为例
文/于石薇
郑州市第四十二中学教师
摘要：在人工智能和创客教导的热潮下，笔者基于STEAM教导理念的批示，运用图形化编程软件，设想和开发了一门与数学学科相合成的创意编程课程，引导学生停止深进摸索和理论。该课程可以培育提拔学生的立异意识和创造性思维，对学生数学建模和逻辑思维才能、乖巧运用数学常识的才能培育提拔以及理解数学概念有着积极影响，对进步学生理论立异的核心素养发扬积极感化，促进跨学科合成教导在初中阶段更好地妥帖与落实。
关键词：图形化编程；教学；学科合成；创造力
一、开发布景
2019年教导部办公厅发布的《2019年教导信息化和收集平安工做要点》提出，施行学生信息素养培育提拔动作，鞭策在中小学阶段设置人工智能的相关课程，逐渐妥帖编程教导。教导部部长怀进鹏在2021年召开的《2021国际人工智能与教导》会议上表达，中国将加大鞭策人工智能与教导教学的深度合成，操纵人工智能推进教导数字转型、合成立异。近年来，国务院和教导部频频发布相关政策强调编程的重要性，且当下热议的“元宇宙”、“大数据”等社会性话题，无一不与编程有着千丝万缕的联络。若何做到编程与学科深度合成，培育提拔学生创造性思维和综合理论才能是教导者需要根究的一个现实问题。而创客教导核心理念之一恰是出力于培育提拔学生的立异才能。
STEAM教导是集科学、手艺、工程、艺术、数学多范畴合成的综合教导[1]，基于项目或问题展开教学，强调跨学科常识的整合与利用，重视学生的进修体验。在“创客”热潮的布景下，一种全新的课程形式应运而生，即基于STEAM教导理念的信息手艺课程设想形式[2]。
Scratch图形化编程软件除了可以造造游戏以外，也能够很好地实现学科合成，如模仿一些生物、化学、物理相关小尝试，还能够实现数学复杂运算，绘造数学几何图形，让枯燥的数学变得生动有趣、曲看可视化。编程和数学密不成分，它们有着类似的思维逻辑。数学是编程的基石，而编程能够稳固数学常识，升华数学利用，将不成见的理论转化成可见的法式演示效果，将数学从笼统的公式转化成详细的适用东西，从而搀扶帮助学生更好地掌握有关的数学根底常识，领会其背后的奥秘。
二、设想构想
连系本校学生的学情、编程掌握情状，笔者开发了《妙趣横生的数学和编程算法》校本课程。该课程是一门基于STEAM教导理念的创客类校本课程，总共分为数字黑洞、兴趣天然数、兴趣素数、曲线之美、神异的分形图五个单位，将Scratch创意编程与数学学科有效合成，使数学问题曲看化、编程化、演示化，开展学生的计算思维和逻辑推理才能。
该课程将数学融进编程，率领孩子一路从编程的视角对待数学。将数学常识表现在一个个法式项目中，将笼统的数学公式转化成具象的法式项目。通过人物对话形式开展，以项目式的进修体例推进，每节课城市先进修数学常识，推理思维过程，从思维上先理解整个问题的处理构想，然后再改变成法式语言。让孩子在编程的世界再次往熟悉数学，将算法和数学畅通领悟贯穿。
三、图形化编程在STEAM教导中的跨学科教学形式建构
在教学资本和学情阐发的根底上，连系中学生开展核心素养要求，明白校本课程的教学目标，通过“创设情境”—“阐发编程构想，构成初步计划设想”—“做品造造”—“做品分享”—“交换评判”的教学流程和步调促进核心素养养成[3]。
1.教学资本阐发
开设课程需要利用计算机机房——课程教学场合，要求电脑安拆软件Scratch3.0。学生在家里也能够利用家里的电脑停止进一步的理论研究。根据每节课内容的差别，教师可供给教学设想、进修使命单和评判量表等。在课程施行过程中，学生在教师供给的案例根底上修改、创造，在编程的过程中感触感染法式之美、数学之美、逻辑之美。
2.学情阐发
在开设校本课之前，可通过线上问卷查询拜访法和对学生停止访谈，领会他们在数学和编程相关常识储蓄、思维创造力、进修兴致等方面的情状，并停止详细阐发，以确定校本课的成员和教学目标。
3.教学目标
图形化编程和数学学科的深度合成，重视学生立异思维、逻辑推理和综合理论才能等核心素养的培育提拔，在人工智能和创客教导理念下，从传统的单一学科进修才能培育提拔转向多学科核心素养培育提拔[4]。
4.教学活动
（1）创设情境。教师能够通过创设小游戏、播放微课、诗歌演绎等多种形式来创设问题情境，吸引学生的重视力和进修兴致。
（2）阐发编程构想，构成初步计划设想。摘取“主体课堂”的教学形式。教师提早设想勤学习批示书，并设置使命要求，把使命清单和相关图片、视频等进修素材发送给学生，要肄业生开展自主进修；自主进修完毕之后，学生前后四人小组开展小组协做探究进修，配合设法处理自主进修中碰着的猜疑并交换编程构想，优化计划设想。如斯能够培育提拔学生的探究精神和协做才能，实正做到使学生成为进修的仆人。此时教师做为批示者，在监视批示进修过程之外，还需对进修有困难的学生及时供给有效搀扶帮助，从而引导学生有效开展小组协做探究进修。
（3）做品造造。该环节是编程构想实现的过程，小构成员根据构想独立完成做品创做。如在创做过程中碰着问题，能够向其他小构成员或教师逃求搀扶帮助。
（4）做品分享，交换评判。分享是STEAM教导中一个十分重要的理念。在分享交换过程中，学生对差别的做品讨论评判，一方面能够发现做品的闪光点，互相借鉴互相进修，另一方面也可足够熟悉到不敷之处，吸收错误体味，使本身制止犯同样错误。学生在不竭呈现的认知抵触中，深入地领略所学常识。
那一阶段既存眷了学生参与过程，也对参与成果停止了很好的评判和鼓励。关于做品特殊优良的学生，应选举其在学期末参与“编程之星”评选，以极大地调动学生参与热情，加强其功效意识。学生也可将做品上传至收集进修空间（网易咔嗒或51编程网），与收集上的同伴们开展线上交换，商讨编程手艺。
课程整体上摘用“小组评判、教师评判、学生自评”多元化的评判体例，运用综合评判表和课堂进修评判表对学生停止过程性评判和末结性评判，表现教学评的一致性。
四、图形化编程在STEAM教导中的跨学科利用案例阐发
本部门将以《神异的勾股树》为例，详细阐发图形化编程在STEAM教导中的跨学科利用。
1.教学资本阐发
课程施行利用到的教学资本有计算机、Scratch3.0、教学设想、进修使命单和评判量表等。
2.教学内容阐发
《神异的勾股树》是校本课程《妙趣横生的数学和编程算法》第五单位“神异的分形图”第一课时，次要是让学生领会勾股定理相关内容和分形图的概念，会利用Scratch3.0定义新模块，明白法式设想构想，并会利用递回算法画出完全的分形图。那对学生的编程才能又有了更高要求。通过本节课教学，不只能够丰富学生的创做办法，还能将数学从笼统的公式转化成详细的适用东西，使学生更好地掌握数学常识，既培育提拔了学生数学建模和逻辑思维才能，又培育提拔了其立异才能和协做才能。
3.学情阐发
七年级的学生活泼好动，在小学阶段已初步接触过图形化编程，而且在数学课程进修中已领会勾股定理相关内容，那都为本节课的进修奠基了根底。
4.进修目标
（1）能说出勾股定理和分形图的概念。
（2）会利用递回办法画出完全勾股树。
进修重难点：操纵图形化编程绘造完成的勾股树。
5.评判设想
强调评判法式的适用性，法式实现功用的丰富性，法式画面闪现的美看性。每节课学生起首对本身的做品和法式设想展开自我评判；然后由小构成员展开同伴互评，最初由教师停止点评，配合选出优良做品。
6.教学过程
（1）情景引进
起首请同窗们和教师一路赏识有关勾股定理的微课。勾股定理是初中数学一个十分重要的定理，是世界上最伟大的十个公式之一。它能够表述为：曲角三角形的两曲角边的平方和等于斜边的平方。用数学语言表达为 a2+b2=c2。勾股树是根据勾股定理画出的一个能够无限反复的图形，因为反复屡次以后的外形像一棵树，因而得名。如何通过Scratch编程来实现毕达哥拉斯树呢，那就是我们今天所要进修的内容，让我们如今起头吧！
（2）问题描述
勾股树是以勾股定理图为根底，让两个较小的正方形按勾股定理陆续“生长”，画出新一代的勾股定理图，如斯下往，最末得到一棵完全由勾股定理图构成的树状图形，因而称之为勾股树。
（3）阐发编程构想
根据上述算法介绍绘造勾股树分形图的编程构想和步调。
（4）做品造造
该环节是编程构想实现的过程，小构成员根据构想独立完成做品创做。如在创做过程中碰着问题，可向其他小构成员或教师逃求搀扶帮助。
（5）做品分享, 交换评判
完成做品后，以小组形式报告请示做品设想构想、使命完成情状、进修过程中存在的困难以及进修收获。各小组报告请示时长限造在3分钟内。学生根据评判量规的评判目标开展同伴互评。
五、总结
本文通过图形化编程与初中数学连系，率领学生从编程的视野绘造神异的勾股树，将图形化编程与数学学科合成，不只磨练学生了问题处理才能，还培育提拔了其计算思维和立异才能。在初中数学教学中，教师能够连系详细的教学内容和需要，抉择图形化编程停止辅助教学，使数学常识更具象化、动态化、生活化和兴趣化，促进学生数学核心素养的培育提拔。
参考文献：
[1]墨杏燕,胡畔.基于STEAM教导理念的小学创意编程课程设想[J].教导信息手艺,2019,9:12-15.
[2]曾婷.STEAM教导的内涵、特征与施行途径[J].教导现代化,2017,4(33):271-273.
[3]李广文,李正艳.面向核心素养培育提拔的中小学创客课程教学形式研究[J].教导信息手艺,2021,1-2:106-109.
[4] 李彤彤.创客式教学:面向核心素养培育提拔的STEAM课程教学新范式[J].中国电化教导,2018,(09):40-47.
END
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