Scratch在初中数学教学中的应用探析

刘冬冬

关键词：Scratch；初中数学；应用意义；应用途径

中图分类号：G642 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2023）02-0121-03

1 引言

21世纪是信息技术飞速发展的时代，每个人都必须具备21世纪的学习技能，才能更好地迎接全球化时代的挑战。教师作为学生个体发展的促进者和引导者，应在日常教学中有意识地培养学生各方面的素养与技能，使之成为符合21世纪所需的人才。对于初中生而言，他们在感觉与记忆、注意与兴趣、思维与想象、情感与意志等方面都有着鲜明的个性，教师在教育实践中需要充分考虑学生的身心发展特点，以最有效的方式进行教学[1]。而数学是初中学生学习困难较大的学科之一。教育部在《义务教育数学课程标准（2022年版）》中提出，要合理利用现代信息技术，创设信息化学习环境，设计生动的教学活动，促进信息技术与数学课程融合，同时教学活动要能够促进学生发展，激发学生学习兴趣，引发学生积极思考[2]。将Scratch应用到初中数学课堂教学中，可以实现教与学方式的转变，助力于学生的数学学科知识学习与思维能力发展，为学生未来进行更深层次的学习做准备。

2 当前初中数学教学存在的问题

随着新课程改革的开展，我国的初中数学课堂教学取得了一定的成效，但一些固有的问题仍存在。部分初中学生在学习数学的过程中存在：难以记忆数学概念与性质、难以理解数学语言、难以区分数字符号与构建空间、抽象思维能力弱、识别和利用算法解决数学问题的元认知能力弱等问题[3]。初中学生对数学概念理解不够深刻，在进行数学学习时存在死记硬背的现象[4]。例如，在数学学习过程中，学生更多的是将数学公式记住，然后在解题时将数字代入公式中。而事实上，即使在使用公式时，学生也难以充分理解问题解决过程的合理性及其意义。而大多数初中数学教师仍然采用讲授法和问答法来进行数学教学，这意味着教学过程的中心仍然是教师，而学生的活动只局限于提问和回答，学生的知识获取仅来源于教师，学生的主体地位没有得到体现。教师没有很好地引导学生对数学知识进行思考，学生只是被动地接受，学生的思维技能没有得到很好的锻炼，這导致学生不喜欢思考数学问题，难以有效地发现与提出问题，学习兴趣也较低。因此，初中数学教学亟须做出改变，要积极创设以学生的核心素养发展为导向的课堂，促进学生对数学知识的理解，调动学生学习的主动性，培养学生的思维技能。

3 Scratch 的特点

3.1 简单易操作

Scratch 让编程变得简单，学习起来更有趣。Scratch的操作界面简单，且易于使用。Scratch用户不需要掌握Java、C++、Python等编程语言，编程的概念以积木块的形式体现，Scratch的“修补性”功能支持学生将积木块进行组合、拆分。Scratch用户只需要掌握他们想要从事的项目的逻辑，就可以创建出有趣的动画、游戏等应用程序。

3.2 多元表征

Scratch是一个具有视觉、听觉、数字和符号表征的平台，各个表征之间可以直接交互[5]。用户在Scratch中创建应用程序或修改现有程序时，就使用了视觉表征以及和运动相联系的数字与符号表征，如果在程序中加入了声音特效，则使用了听觉表征。从组合表征中获得的信息往往比从单一表征中获得的信息更多，用户会将不同表征信息建立联系，从而促进理解。

3.3 动态交互

Scratch 可以实现用户与媒体之间的动态交互。在创作阶段，Scratch支持用户集成视频或音乐剪辑，选择和移动积木块，并直接在屏幕上输入数据，来创建交互式故事、动画或游戏。而在程序应用阶段，用户可以通过输入程序要求的指令，实现与程序的动态交互。Scratch还可以实现用户与用户之间的动态交互。Scratch有专门的分享平台，如国内的腾讯扣叮等，用户能够在平台上分享自己的项目或浏览其他用户的项目，并进行评论交流与学习。

3.4 及时反馈

在Scratch中，当用户拖拽积木块至脚本区进行组合拆分时，程序运行后用户将在屏幕上看到其效果，而这种反馈是及时的。当用户对编码脚本的组合顺序、数字和符号等进行修改时，也可以得到及时的视觉效果反馈。而用户在根据应用程序的指令输入数据时，也同样能及时收到数据输入正误的反馈，如声音提示、文本提示等。

4 Scratch 在初中数学教学中的应用意义

4.1 促进学生对数学知识的理解

记忆数学概念性质与理解数学语言是初中学生普遍存在的困难，Scratch可以对编程中过程性的错误步骤进行评估与纠正，帮助学生理解数学知识和编程概念。在Scratch中，不同颜色形状的积木块代表不同的功能，且仅能用正确的语法进行组合，来防止学生出现低级错误。学生在进行Scratch编程时能够审视自身的想法，并实践尝试，编程的结果也能够立即获得，这有利于在必要时调试存在的错误概念与技术。在这个过程中，学生开始关注自己的学习，并对不同结果背后的原因进行思考与解释。Scratch支持向学生教授困难的数学概念，Scratch的应用可以生成具有教育意义的、引人入胜的可视化内容。Scratch将抽象、静态的数学内容以形象、动态的方式呈现，直观地揭示其内在的原理和逻辑[6]。Scratch的可视化编程环境使学生能够以不同的方式接触和解释数学思想，使严谨、枯燥的数学概念与问题以更加清晰、直观的方式呈现，促进学生数学知识的学习以及知识的保留。而Scratch动态互动的本质，能以特定的方式促进学生数学学习的体验以及对数学知识的理解和掌握，使学生探索原本无法深入达到的数学知识领域。

4.2 促进学生的主动参与

在初中数学教学中使用Scratch，可以在让学生以系统而有意义的方式理解数学问题材料的基础上，促进学生的主动参与。融合Scratch的数学教学活动支持合作与分享，能够充分发挥学生的主体作用，提高学生参与学习的积极性。Scratch在数学教学中的应用也能为合作学习的开展提供条件，合作学习具有促进学生非定向探索和发现数学学科知识与编程技能的潜力，其他学生的想法可能会对学生个人的思维过程产生潜在的影响，尤其有利于帮助学生个体解释尚未完全形成的想法或对已有的预测进行梳理、验证。在此过程中，学生的主体性得以体现，学习积极性得以提高。此外，Scratch的应用可以让数学学习变得更加有趣、更有吸引力。Scratch的应用打破了传统数学课堂中死气沉沉的氛围，提高了学生的课堂参与度和活跃程度[7]。Scratch为学生提供了丰富的学习环境，它允许学生创建媒体形式丰富的、交互式的、对个人有重要意义的应用程序，包括动画、音乐视频和游戏等。Scratch程序运行后出现的具有吸引力的图案或者有趣的动画，都能让学生感到兴奋，让学生对数学学习变得更有热情、更加积极。

4.3 促进学生思维技能的发展

编程本身对于学习者思维技能的发展具有固有的优势。在初中数学学习过程中，学生需要对数学知识概念的重要性进行思考识别，而编程语言本身也是辅助“思考”的工具。将Scratch融入初中数学教学，可以为数学概念的学习，如坐标、变量和函数等，提供关键的思路与见解，帮助学生进行问题的归纳，在这个过程中学生的逻辑思维和分析推理能力得到锻炼。

在解决数学问题时，教学活动与编程视角的实践相结合，学生使用抽象思维对程序运行过程进行预测与制定，而后测试、反思、修改积木块，其间学生根据反馈结果来测试与调试想法，使用创造性的方法来解决他们在编码中遇到的问题，学生的数学思维、编程技能、计算思维和创造能力都得到了进化与发展。也因积木块易于组合与分解，当编程脚本发生改变时，程序内部的及时视觉反馈以及同学、老师的反馈和建议，都会导致反思与重新编码。学习者将重新定位他们的视角，并以新的视角重新参与任务，学生的批判思维技能、元认知技能以及反思技能等都能够在此迭代的过程中得以体现和发展。此外，Scratch在数学教学中的应用，可以促进学生关于数学问题解决过程或经验的探讨，使学生对数学问题及难题的结构、发展等进行充分讨论。在此过程中，学生的空间意识、数据观念，以及对角度的理解等数学能力，都在一定程度上得到发展。

5 Scratch 在初中数学教学中的应用途径

5.1 情境创设

有效的教学情境创设，可以吸引学生的注意力，提高学生的学习兴趣，并产出具有价值的数学问题，从而进一步推进初中数学课堂教学的进程。而Scratch可以为初中数学教学课堂导入、数学问题背景等情境的创设提供技术支持。需要关注的是，教学情境的创设需要紧密围绕数学知识点进行设计，与学生现实生活实际相關联，契合学生的认知发展水平。

教师可以围绕教学内容设置问题情境、提出问题，让学生讨论如何在Scratch中进行表示或应用。以人教版数学七年级下册《7.1.2 平面直角坐标系》为例。如图1所示，通过让学生借助Scratch程序帮助小猴子吃到香蕉这一情境的创设，激发学生的学习兴趣，让学生主动去学习平面直角坐标系的数轴、坐标等相关知识，并在编程的过程运用与深化。此外，教师可以引导学生进行角色扮演和表演，增强学生的代入感与参与感，促进问题的分析与解决。例如，在教授人教版数学八年级下册《18.2.3 正方形》的概念、性质等内容的时候，可以鼓励学生扮演Scratch程序默认的小猫角色，来想象如何画出一个正方形。

5.2 学习活动的开展

在初中数学课堂中，可以设计与教学内容相关的Scratch问题解决活动，并以小组合作的形式开展，以充分调动和发挥学生的主观能动性，突出学生的主体地位，促进学生自我导向性思维技能的培养，提高学生的问题解决能力和学习成效。

例如，人教版数学九年级上册《23.1 图形的旋转》一课的学习活动可以设置为：让学生通过小组合作，在Scratch中创建通过等边三角形旋转而得到的“风车”程序。要完成该编程设计，学生首先要掌握Scratch中旋转积木块的应用，教师可以提供旋转角度的例子，为探究学习活动的进一步开展提供支持。此外，教师要引导学生在动手操作前，对目标程序的实现步骤进行分解，厘清问题解决的逻辑思路。与此同时，教师也应鼓励学生进行大胆地创新，例如制作彩色的风车等，进行持续的改进。

在制作完成后，教师可以组织项目作品展示交流活动，让学生对自己小组的设计以及设计中蕴含的数学知识进行介绍，通过汇报来鼓励学生进行更好的设计与创作，以及对Scratch与数学之间的联系进行反思，促进学生对数学概念、性质等知识的归纳与理解。

5.3 巩固练习

课堂练习是数学教学过程中的重要一环。课堂练习为学生提供了一个知识应用的途径，能够促进学生对新知识的理解与掌握，使学生更好地进行知识的建构，同时也能快速地检验学生的学习成效，将练习结果作为学生学习效果评估的参考依据。教师可以借助Scratch制作数字内容，开发互动游戏程序，在练习程序中为学生提供及时的答案反馈，实现动态交互，可视化抽象内容，提高学生的批判性思维。教师还可以设置分组竞答赛制，吸引学生的注意力，提高学生参与练习的积极性与主动性。此外，制作好的练习程序可以通过Scratch平台共享给学生，供有需求的学生课后进行学习与练习。

例如，教师可以就人教版数学七年级下册《7.1.2 平面直角坐标系》一课，开发一个“猜坐标”的互动游戏。每一次游戏运行时，目标点会随机移动到舞台的不同位置。学生需要输入X坐标和Y坐标，游戏程序会对输入的答案进行检查，并提供相应的反馈，借助游戏音效和提示语，给学生带来不同的课堂练习体验，提高学生的学习兴趣。

6 结语

着眼于当前初中数学教学中存在的问题以及Scratch自身的特点，Scratch在初中数学教学中的应用具有巨大的可能性与意义。教师可以将Scratch融入初中数学教学的情境创设、学习活动的开展以及巩固练习等教学设计中，实现数学教学方式的改变，进一步丰富数学课堂教学内容。Scratch与初中数学教学的整合，使数学教学不只局限于学生数学知识概念的获取，也使Scratch超越了编程语言的功能，允许学生通过创建各种程序项目来学习和检查数学知识，促进学生对数学知识概念的理解以及思维技能的发展。学生从单纯的程序应用者，转变成为程序的创造者。教师应该积极探索实践，将Scratch更好地融入数学及其他学段学科课程教学中，在推进教与学的同时，实现学生核心素养的发展，提高学生在数字化时代面对各种现代化竞争的能力，培养学生成为面向21世纪的国际化人才。