《圖形化編程在小學數(shù)學教學中應(yīng)用的實踐研究》開題報告

圖形化編程在小學數(shù)學教學中應(yīng)用的實踐研究立項號2021XKT-XXSX220課題名稱圖形化編程在小學數(shù)學教學中應(yīng)用的實踐研究負責人所在單位課題研究的背景和意義一、研究背景當今國外非常關(guān)注跨學科知識融合的STEM教育，所謂的STEM是科學(Science)、技術(shù)(Technology)、工程(Engineering)以及數(shù)學(Mathematics)四門學科首字母的縮寫。早在1986年美國國家科學基金會最早將科學、技術(shù)、工程及數(shù)學四門學科統(tǒng)稱為STEM教育。所謂的STEM教育就是把原本相互獨立的各學科，根據(jù)他們各自的特點，融合成一個整體，在研究問題解決問題時從不同維度、不同視角進行綜合分析探究，加強創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。其中STEM教育中所包含的四門學科中有一門是數(shù)學，它是我國基礎(chǔ)教育中非常重要的學科，在我國各級各類學校中從小學到高中，乃至大學都設(shè)置了這門課程。根據(jù)STEM的融合教育理念，如何在數(shù)學課堂上充分發(fā)揮圖形化編程的作用，使圖形化編程有效地服務(wù)于數(shù)學課堂，成為當前社會迫切需要解決的問題。（一）當今的課堂教學需要教學手段的更新隨著課程改革的進一步實施，教師開始轉(zhuǎn)變思想，更新觀念，教學改革也取得了可喜成績，教師的課堂教學也呈現(xiàn)出勃勃生機。但由于部分教師對新課程標準及教材的理解不到位，在施教的過程中還存在著多方面的不足。其中最為突出的是，教師往往會忽視調(diào)動學生的學習興趣，不注重學生思想情感的培養(yǎng)，把主要的時間和精力都花在了知識點的傳授上?？桌戏蜃铀裕骸爸卟蝗绾弥撸弥卟蝗鐦分??！睂W習是集知、情、意為一體的認知活動，學習者是在學習的過程中通過親身體驗掌握某種知識與技能。隨著現(xiàn)代教學媒體的不斷發(fā)展，教師應(yīng)轉(zhuǎn)變觀念，積極學習，轉(zhuǎn)變以前試圖通過不厭其煩的講解讓學生理解和掌握知識的教學模式。課堂上充分利用信息技術(shù)教學手段，把抽象的問題變直觀，把虛擬現(xiàn)象變得可視化，培養(yǎng)學生的空間觀念。在教學過程中還應(yīng)該改變以往只重視結(jié)果看輕過程的現(xiàn)象，教師應(yīng)該適時應(yīng)用信息技術(shù)教學手段來激發(fā)孩子的興趣，關(guān)注知識的應(yīng)用實踐，讓學生在德、智、美等方面全面發(fā)展，提高學生的綜合能力。（二）圖形化編程軟件應(yīng)用于數(shù)學課堂是新課程標準的要求數(shù)學學科是我國基礎(chǔ)教育中一門非常重要的學科，它主要是研究客觀事物的數(shù)量關(guān)系，其概念比較抽象，邏輯性很嚴密，與我們的生活密切相關(guān)，具有廣泛性。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，越來越強調(diào)學科間的整合，目前國內(nèi)外都非常重視STEM融合教育，在這一背景下，由于各種教學媒體的應(yīng)用，教師的課堂教學行為和學生的學習方式也都發(fā)生了很大變化，課堂變得豐富有趣。我國最新修訂的義務(wù)教育數(shù)學課程標準強調(diào)把信息技術(shù)手段應(yīng)用到數(shù)學課堂教學中，豐富課堂教學形式，讓學生樂學，主動去學，形成積極地探究心向。其中圖形化編程作為一種新的教學媒體，因其動態(tài)性、交互性、游戲化等特點也被逐步引入課堂。（三）圖形化編程軟件的特點適用于小學數(shù)學教學圖形化編程有很多簡易的編程軟件，例如Scratch，主要是針對6歲以上孩子開發(fā)設(shè)計的，它也是我國小學信息技術(shù)教材學習內(nèi)容的一部分，立足于培養(yǎng)學生的編程方法和編程能力。圖形化編程的編程與其他編程軟件不一樣，學習者在利用圖形化編程進行編程的時候只需疊加指令條即可實現(xiàn)程序編寫，非常簡單，適合學生的學習。圖形化編程的圖像庫還包含了圖像、聲音等多種媒體素材，方便學習者設(shè)計動畫、故事片、游戲等。此外，還可以借助圖形化編程設(shè)計數(shù)學教學課例，將教材中抽象的問題形象化，利用圖形化編程動畫使教材內(nèi)容化靜為動，使所學內(nèi)容直觀化，幫助學生在“生活經(jīng)驗”與“數(shù)學知識”之間架起認知橋梁，讓學生更好地理解數(shù)學知識，掌握所學內(nèi)容，促進學生全面發(fā)展。圖形化編程應(yīng)用到數(shù)學課堂上是一種新的嘗試，對于數(shù)學課程的學習既是一個機遇，也是一個挑戰(zhàn)，它將為學生的數(shù)學學習提供一個別具一格的學習平臺，為數(shù)學課堂帶來新的生機。綜上所述，圖形化編程軟件在小學數(shù)學課堂教學中的應(yīng)用，是課堂教學的現(xiàn)實需要，是數(shù)學新課程標準的要求，更是圖形化編程軟件的優(yōu)勢所決定的。圖形化編程軟件的應(yīng)用能夠為課堂教學創(chuàng)設(shè)良好的學習情境，發(fā)展數(shù)學思考，體會數(shù)學與生活的聯(lián)系，增強學生學習數(shù)學的興趣，積累分析和解決實際問題的經(jīng)驗。利用圖形化編程動畫使教材內(nèi)容化靜為動，更加形象直觀，讓學生更好地理解數(shù)學知識，掌握所學內(nèi)容，同時圖形化編程還可以設(shè)計課堂教學小游戲，將游戲融入到課堂教學中，使課堂更加豐富有趣。二、研究意義我國小學數(shù)學教育在過去很長一段時間里傾向于關(guān)注學生判斷與推理能力的培養(yǎng)，而非數(shù)學在實際生活中的具體應(yīng)用，這使學生對數(shù)學知識的應(yīng)用意識不強、創(chuàng)造能力較弱。并且，隨著目前雙減政策的推進，小學數(shù)學的學習應(yīng)更加注重“興趣”和“應(yīng)用”，而不是“做題”。2010年7月，我國在《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》中重點提出要加快推進教育信息化進程，信息技術(shù)與課程整合作為信息化重要標志與實現(xiàn)途徑更是重中之重。2011年，國家教育部正式公布了《義務(wù)教育階段數(shù)學課程標準（2011年版）》，明確提出：“數(shù)學課程應(yīng)根據(jù)實際情況合理地運用現(xiàn)代信息技術(shù)進行設(shè)計與實施，要注意信息技術(shù)與課程內(nèi)容的整合，注重實效。”由此可見，信息技術(shù)對小學數(shù)學課程的教育目標、教育內(nèi)容、教學觀念和教學方式都將產(chǎn)生巨大的影響。而信息技術(shù)中與數(shù)學學科聯(lián)系最緊密的，就是編程。隨著兒童編程教育的興起和跨學科課程整合的發(fā)展，有人開始嘗試借助一些編程工具進行小學數(shù)學教學，旨在進一步增強數(shù)學教學效果。而傳統(tǒng)的小學數(shù)學教學”知識本位”、“教法單一”、“重結(jié)果輕過程”，側(cè)重于對數(shù)學結(jié)論（公式、概念和法則等）的記憶與運用，一定程度上忽視了學生主觀能動性的發(fā)揮，未能真正激發(fā)學生的學習興趣。圖形化編程，其簡單易用、內(nèi)容豐富有趣，且具有交互性。近年來也逐漸應(yīng)用于學科教學之中，不僅有利于激發(fā)學生學習興趣，還能培養(yǎng)學生獨立創(chuàng)新意識、邏輯分析能力，從而提高教學效果，實現(xiàn)學生學與教師教的統(tǒng)一。信息技術(shù)使我們的生活發(fā)生了翻天覆地的變化，特別是對人們信息傳遞和溝通方式的影響。隨著信息技術(shù)的普及和發(fā)展，人與人之間的信息交流越來越方便快捷，因此在學科教學中教師應(yīng)該重視信息技術(shù)的作用，發(fā)揮教學媒體的優(yōu)勢，逐步轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)教學模式占主導位置的局面。通過信息技術(shù)這一先進手段促進教師與學生之間進行平等的交流與合作，改變滿堂灌的教學現(xiàn)象，促進生生之間、師生之間的良好溝通。在信息技術(shù)與各個學科融合的大背景下，將圖形化編程軟件應(yīng)用于小學數(shù)學課堂教學，最大化地發(fā)揮其優(yōu)勢和作用，適時地利用圖形化編程動畫、游戲調(diào)動學生學習的熱情，讓學生因為圖形化編程而喜歡上數(shù)學這門學科，使圖形化編程軟件更好地為小學數(shù)學教學服務(wù)。此外，本研究在理論分析的基礎(chǔ)上進行了實踐研究，在團隊的教學實踐中摸索總結(jié)出圖形化編程應(yīng)用于小學數(shù)學教學的實踐經(jīng)驗。為了給圖形化編程的運用提出一些思考和建議，團隊首先認真研究前人總結(jié)的圖形化編程教學理論，在吸取前人理論研究的基礎(chǔ)上，在自己的課堂上進行嘗試，深入探索如何在小學數(shù)學課堂教學中適時適度地運用圖形化編程，發(fā)揮其優(yōu)勢，并總結(jié)出使用圖形化編程輔助數(shù)學教學的途徑和方法。課題名稱的界定和解讀本課題“圖形化編程在小學數(shù)學教學中應(yīng)用的實踐研究”主要針對小學數(shù)學課堂中適合使用圖形化編程工具的內(nèi)容，使用Scratch編程工具，設(shè)計出融合圖形化編程教學的案例，再經(jīng)過課堂實踐檢驗，修改完善教學設(shè)計，最終研究出一系列的融合課程教學設(shè)計，方向類似于信息技術(shù)與數(shù)學的整合課程。對于信息技術(shù)與課程整合的內(nèi)涵,在國際上比較具有權(quán)威性和代表性的是美國教育技術(shù)論壇第3個年度報告中所提出的:“數(shù)字化學習的關(guān)鍵是不斷將數(shù)字內(nèi)容融入整個課程和課堂教學中。為了創(chuàng)造一個生動的數(shù)字化學習環(huán)境,培養(yǎng)學生的能力和素質(zhì),學校必須將數(shù)學化內(nèi)容與學科課程相整合。報告中的“將數(shù)字化內(nèi)容與學科課程相整合”就是我們通常所說的“信息技術(shù)與課程整合”。在我國,一些教育技術(shù)學者和課程論名家也從不同角度對信息技術(shù)與課程整合的涵義進行過探討,下面列出幾種比較有權(quán)威的說法:北京師范大學何克抗教授指出所謂信息技術(shù)與課程整合,就是在先進教育思想和理論的指導下,信息技術(shù)能有效地融入到各個學科的教學過程中,改變以教師為中心的傳統(tǒng)教學結(jié)構(gòu)和模式,以營造一種以教師為主導,學生為主體的自主、合作、探究的教學方式和教學環(huán)境,充分發(fā)揮學生的主動性、積極性和創(chuàng)造性,實現(xiàn)培養(yǎng)學生創(chuàng)造能力、探究能力和實踐能力的目標。華東師范大學李克東教授指出信息技術(shù)與課程整合是一種新型的教學方式,它注重教學過程中信息技術(shù)、信息方法、信息資源、人力資源和課程內(nèi)容互相協(xié)調(diào)、有機地結(jié)合在一起,以共同完成教學任務(wù)中國電教奠基人南國農(nóng)教授指出信息技術(shù)與課程整合是指讓信息技術(shù)以工具的形式與課程融為一體,也就是在課程教學體系的各個要素中融入信息技術(shù),使信息技術(shù)成為教師教的工具,學生認知的工具,教材的重要形態(tài)和教學的主要媒體。在整合以后,課程教學不單單能傳授科學知識,而且還能培養(yǎng)和發(fā)展學生的信息能力。由此,筆者認為信息技術(shù)與課程整合,就是將信息技術(shù)作為實現(xiàn)課堂教學目標的手段,作為一種教學支持工具,營造一種信息化教學環(huán)境,鼓勵學生思考并傳遞教學信息,打破“以教師為中心”的傳統(tǒng)教學結(jié)構(gòu)和教學模式,創(chuàng)造一種新型的教學模式,改變當前課堂教學結(jié)構(gòu)、課程結(jié)構(gòu),從而達到提高教學效果的目的。課題研究的步驟和舉措本研究設(shè)想在對國內(nèi)外圖形化編程課程（以scratch為例）研究現(xiàn)狀進行梳理的基礎(chǔ)上，將圖形化編程作為教學支持工具，設(shè)計出適合小學數(shù)學課堂的課例。從自身教學實踐出發(fā)，以X市五年級的學生為實驗群體，開展圖形化編程與小學數(shù)學課程整合的行動研究。相關(guān)研究設(shè)想如下：一、系統(tǒng)梳理“圖形化編程和課程整合”、“圖形化編程與數(shù)學”和“小學數(shù)學教育”等相關(guān)研究成果，并對理論基礎(chǔ)進行闡述，為后面的研究提供依據(jù)。二、整合設(shè)計研究。梳理小學數(shù)學知識體系，提煉出適宜于圖形化編程的知識內(nèi)容。根據(jù)整合目標，進行圖形化編程與小學數(shù)學課程整合的設(shè)計，包括教學目標、教學內(nèi)容、教學模式和教學資源等。三、教學實踐應(yīng)用。通過對整合目標、理念原則等的闡述、教學過程模式的設(shè)計，對設(shè)計好的課程進行教學實踐，以檢驗課程設(shè)計的科學性和有效性，并通過對于學生的后測、調(diào)查，進行必要的修改與完善。本課題研究計劃共分為三個階段：第一階段（2021年10月-2021年12月）本階段為課題的前期準備階段，將主要做以下工作：1、確立課題，申請立項。2、收集資料，完成開題報告。3、學習文獻資料，制定實施計劃。4、明確任務(wù)分工，落實成員職責。（負責人：譚健）第二階段（2022年1月-2022年6月）本階段為課題的具體實施階段，主要工作：1、召開課題開題會。按照實施方案，制定課題研究計劃。2、組織示范課研討活動，展示研究的實踐成果。（參與人員均完成此任務(wù)）3、建立實驗檔案，收集、處理資料。（趙婷婷、黃佳負責）