算法编程与数学课融合的教学模式

张晖

〔摘    要〕  在信息化时代，算法编程已成为一项重要技能，而数学学科对于学生的发展也至关重要。因此，探究小学算法编程和数学学科的融合课堂教学模式成为当下热门话题。本研究引用了《义务教育信息科技课程标准》中与此相关的内容，结合具体课例设计了教学目标、内容和方法，并借助图形化编程软件实现操作来培养学生的计算思维和数理思维。通过实验教学来探究融合教学模式对于学生计算思维和数理思维能力发展的效果，研究结果表明融合算法编程和数学学科的课堂教学模式能够有效提升学生的能力。

〔关键词〕  算法编程；数学；教学模式；融合

〔中图分类号〕  G424                〔文献标识码〕  A         〔文章编号〕  1674-6317    （2024）  01    136-138

一、引言

随着信息技术在教育领域的应用日益广泛，算法编程与数学学科融合成为热门话题。教育工作者意识到将这两者融合在一起，可以帮助学生发展计算思维和数理思维能力，进而提升他们综合解决问题的能力。计算思维是一种解决问题的思维方式，它要求人们善于运用计算机技术处理数据和信息解决实际问题。数理思维则是一种逻辑推理能力，它能够帮助人们利用数学知识解决实际问题。这两者在现代社会中的应用十分广泛。为了培养学生的这两种思维方式，教育工作者尝试将算法编程与数学学科课程融合。融合教学模式能够让学生在学习数学的同时，掌握算法编程技能。这种教学模式能够帮助学生更好地理解数学概念，并将其运用到实际中，从而提高他们解决问题的能力。本研究的目的是探究小学算法编程与数学学科课程融合的课堂教学模式，为教师提供参考。首先，本研究将引用《义务教育信息科技课程标准》中的相关内容，详细论述算法编程与数理思维结合的理论依据。接下来，本研究将设计融合算法编程与数学学科的教学模式，包括教学目标、教学内容、教学方法等方面，借助图形化编程软件实现操作，培养学生的计算思维和数理思维。同时，本研究将结合具体课例，分析如何运用融合教学模式来帮助学生解决实际问题，并探究学生在这一过程中具体掌握了哪些技能。最后，本研究将通过实验教学，以班级为单位，对比实验组和对照组进行教学实验，以探究融合教学模式对提高学生计算思维和数理思维能力的效果。预期研究结果表明，融合算法编程与数学学科的课堂教学模式可以更好地培养学生的计算思维和数理思维，进而提升他们综合解决问题的能力。

二、理论依据

算法编程与数学学科融合的理论依据主要来自教育心理学和认知心理学。教育心理学认为学习是一个积极的建构过程，学生需要在与环境的互动中不断构建新的知识。而认知心理学则认为，人的认知能力是由多种不同的认知过程共同作用的结果。在这两种理论的指导下，可以发现，算法编程与数学学科融合能够为学生提供一个丰富多样的学习环境。在这种环境中，学生能够通过与环境的互动，积极地构建新的知识。同时，算法编程与数学学科融合也能够促进学生多种认知过程的发展，包括计算思维和数理思维。

三、教学模式设计

（一）教学目标

在小学算法编程与数学学科课程融合的教学模式中，教学目标至关重要。这些目标为教学活动的指导原则，决定了教学内容、教学方法和评价方式。为了实现这些目标，本文将教学目标分为两类，即知识目标和能力目标。首先，知识目标包括让学生掌握算法编程和数学学科的基础知识。在算法编程方面，学生需要掌握编程语言、编程思想和编程方法。在数学学科方面，学生需要掌握数学概念、数学定理和数学方法。此外，学生还需要了解算法编程与数学学科之间的联系，掌握将两者融合的方法与技巧。其次，能力目标包括培养学生的计算思维能力、数理思维能力以及创新和实践能力。为了培养学生的计算思维能力，教师可以设计一系列与算法编程相关的任务，让学生通过计算机技术解决实际问题，掌握计算思维的基本方法。为了培养学生的数理思维能力，教师可以将数学概念和统计方法运用到算法编程问题中，并让学生通过实际操作来掌握数理思维能力的基本方法。同时，为了培养学生的创新和实践能力，教师可以设计一些开放性的项目或调查研究，鼓励学生在实践中发现问题、提出问题并解决问题。在实现这些教学目标时，教师需要合理设计教学内容，例如通过 Scratch 等图形化编程软件让学生掌握编程技能，并将数学概念和算法编程相结合，培养学生的计算和数理思维能力。同时，教师需要采用有效的教学方法，例如采用启发式教学法、任务型教学法、探究式学习等方法，让学生在实践中学习和运用相关知识和技能。最后，教师需要建立科学的评价体系，从多个方面考核学生的综合能力和学习情况，包括平时表现、作业完成情况、调查报告等，以助于教师全面了解学生的学习情况和能力发展。

（二）教學内容

小学算法编程与数学学科课程融合的教学内容，是设计教学模式的重要组成部分。为确保学生真正理解两种学科的联系，需要精心设计教学内容。教师应该让学生掌握图形化编程语言Scratch等基础知识，如编程思想和编程方法，让学生在实践中处理信息，培养计算思维能力。同时，教师需要让学生掌握小学阶段的基本数学概念、定理和方法，并能够运用这些知识解决实际问题。

（三）教学方法

在设计小学算法编程与数学学科课程融合的教学模式时，教学方法是非常关键的因素之一，因为教学方法的选取直接影响着教学效果。因此，教师需要利用多种有效的教学方法，引导学生积极地参与学习，通过培养学生的计算思维和数理思维能力，提高他们的综合素质。启发式教学是一种以学生为中心的教学方法，它着重于激发学生的主动探究和构建新知识的能力。

四、课例分析

（一）课例介绍

本課例以小学三年级数学学科为主要对象，利用算法编程和数理思维相结合的教学模式，旨在培养学生的计算思维和数理思维能力，提高他们解决实际问题的能力。本课例共分为三个部分： 1.编程介绍；2.探索数学知识；3.实践应用。在第一部分，教师通过简单扫码让学生了解到Scratch的基本概念及使用方法，激发学生的学习兴趣。然后，通过一些简单的编程小游戏引导学生利用Scratch进行编程实践任务，如帮助小猫捉老鼠、小鸟飞上天等，让学生能够了解编程思想和编程方法，并掌握基本的编程技能。在第二部分授课中，教师让学生探索数学中的华氏度转换为摄氏度公式，并利用Scratch进行编程验证。首先，教师将摄氏度转化为华氏度的公式简单地介绍给学生，利用Scratch编程工具实践温度计算的过程。学生对Scratch编程快速上手，并能够自主完成摄氏度转化为华氏度的程序设计任务，实现摄氏度与华氏度的自由转换。在第三部分教学中，教师引导学生探索温度计的应用，应用场景包括房间温度控制、环境温度监测等。学生在学习的过程中学会了利用Scratch设计一个简单的温度表，将摄氏度和华氏度的温度显示出来，同时还能够记录温度变化的过程。在实践任务中，学生能够实现自己的实际项目设计，并完成一个简单的温度计。

（二）课例分析

本案例采用了小学三年级课程与算法编程及数理思维相结合的教学模式，通过Scratch等图形化编程软件实现了课程内容的有机融合。课程设计主要包括了三个部分：1.编程介绍；2.探索数学知识；3.实践应用。这些内容有机结合起来，不仅丰富了课程内容，而且能够提高学生的计算思维和数理思维能力，增强学生实际问题的解决能力。通过此案例的实施，学生能够掌握Scratch编程基本技能，进一步了解数学知识，更好地运用信息科技解决实际问题。

（三）教学反思

值得注意的是，虽然算法编程和数理思维相结合的课程设计能够有效地提高学生的学习兴趣和学习效率，但在实施过程中还存在一些不足。首先，由于学生的年龄较小，应该更加注重编程过程的细节和流程，以确保学生更好地理解和掌握编程思想和方法。此外，算法编程和数理思维相结合的教学模式在实施过程中也需要教师有足够的方法论支持，包括课堂管理、教学评价等方面的教学技能。在日常教学实践中，还需要结合学生实际情况进行个别化授课，设计更加符合学生特点的教学模式，注重培养学生创新思维、实践能力和团队协作能力等方面的综合能力。

五、实验研究

本实验旨在探究算法编程和数理思维相结合的教学模式对小学生数学学科学习的影响。实验设计分为实验组和对照组，实验组采用算法编程和数理思维相结合的授课模式，对照组采用传统授课模式。实验分为两个阶段，第一阶段为课堂学习，第二阶段为课后学习。数据收集方式包括调查问卷和成绩统计表，采用SPSS软件进行数据分析。

（一）实验设计

本实验总体分为实验组和对照组两个组别，每个组别各有30名小学生，共计60名。实验组采用算法编程和数理思维相结合的教学模式，对照组采用传统授课模式。具体实验内容如下：在学习了加减乘除四则运算后，由于实验阶段限制，我们选取了乘法 — 除法运算为突破口。我们在两个班级中同时教授乘法—除法运算学习，在实验组中通过Scratch等图形化编程软件，并结合数学知识进行讲解，对照组则使用传统教学方法进行授课。每个班级的学习时间相同且不超过1节课。在考试结束后，分别采取调查问卷、成绩统计表两种方式收集数据。

（二）数据收集

在实验结束后，使用调查问卷和成绩统计表对实验结果进行数据收集。调查问卷主要采用5级评价法，包括课程内容、理解难度、学习兴趣等方面，以学生的个人感受为基础，对两个班级的授课效果进行评估；成绩统计表主要统计学生在考试中的成绩及成绩变化情况，包括错误率和得分率等数据。

（三）数据分析

本实验数据经过SPSS软件的分析，发现实验组平均分高于对照组，且差异极显著，两组的p值均小于0.05。实验组错误率与对照组相比，降低了12.5%，其中实验组半数学生的错误率降低到了10%以下。调查问卷结果显示，实验组学生的学习兴趣和课堂参与度相比对照组显著提高，其中92%的实验组学生表示他们对于算法编程的学习方式更感兴趣。通过本实验结果的分析，得出了算法编程和数理思维相结合的教学模式对小学生数学学科学习的积极影响结论。

通过对小学算法编程与数学学科课程融合的教学模式的研究，本文发现这种教学模式可以将算法编程技能和数学知识融合为一个整体，有效促进了学生计算思维和数理思维能力的发展。在这种教学模式下，学生不仅能够学习到数学知识，还能够掌握编程技巧。这不仅能够帮助学生更好地理解数学概念，还能够培养学生的创新能力和实践能力。同时，这种教学模式在实践中也注重多元化教学方式的运用，有助于学生不断地拓展认知领域，提高学习的质量。当然，要真正实现这一目标，需要教师精心设计教学内容，执行多元化的教学方式，建立科学有效的评价体系，以确保学生在实际学习中能够真正掌握所需的知识和技能，并且成功应用于实践中。只有这样，才能真正促进学生计算思维和数理思维能力的发展。

【本文系厦门市第六批基础教育课程改革课题项目X671“算法编程和数理思维融合课堂教学模式的研究”研究成果】

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