《圖形化編程在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中應(yīng)用的實(shí)踐研究》開題報(bào)告

圖形化編程在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中應(yīng)用的實(shí)踐研究立項(xiàng)號(hào)2021XKT-XXSX220課題名稱圖形化編程在小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中應(yīng)用的實(shí)踐研究負(fù)責(zé)人所在單位課題研究的背景和意義一、研究背景當(dāng)今國外非常關(guān)注跨學(xué)科知識(shí)融合的STEM教育，所謂的STEM是科學(xué)(Science)、技術(shù)(Technology)、工程(Engineering)以及數(shù)學(xué)(Mathematics)四門學(xué)科首字母的縮寫。早在1986年美國國家科學(xué)基金會(huì)最早將科學(xué)、技術(shù)、工程及數(shù)學(xué)四門學(xué)科統(tǒng)稱為STEM教育。所謂的STEM教育就是把原本相互獨(dú)立的各學(xué)科，根據(jù)他們各自的特點(diǎn)，融合成一個(gè)整體，在研究問題解決問題時(shí)從不同維度、不同視角進(jìn)行綜合分析探究，加強(qiáng)創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。其中STEM教育中所包含的四門學(xué)科中有一門是數(shù)學(xué)，它是我國基礎(chǔ)教育中非常重要的學(xué)科，在我國各級(jí)各類學(xué)校中從小學(xué)到高中，乃至大學(xué)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(xué)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(xué)課堂，成為當(dāng)前社會(huì)迫切需要解決的問題。（一）當(dāng)今的課堂教學(xué)需要教學(xué)手段的更新隨著課程改革的進(jìn)一步實(shí)施，教師開始轉(zhuǎn)變思想，更新觀念，教學(xué)改革也取得了可喜成績，教師的課堂教學(xué)也呈現(xiàn)出勃勃生機(jī)。但由于部分教師對(duì)新課程標(biāo)準(zhǔn)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(huì)忽視調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，不注重學(xué)生思想情感的培養(yǎng)，把主要的時(shí)間和精力都花在了知識(shí)點(diǎn)的傳授上?？桌戏蜃铀裕骸爸卟蝗绾弥?，好之者不如樂知者?！睂W(xué)習(xí)是集知、情、意為一體的認(rèn)知活動(dòng)，學(xué)習(xí)者是在學(xué)習(xí)的過程中通過親身體驗(yàn)掌握某種知識(shí)與技能。隨著現(xiàn)代教學(xué)媒體的不斷發(fā)展，教師應(yīng)轉(zhuǎn)變觀念，積極學(xué)習(xí)，轉(zhuǎn)變以前試圖通過不厭其煩的講解讓學(xué)生理解和掌握知識(shí)的教學(xué)模式。課堂上充分利用信息技術(shù)教學(xué)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(xué)生的空間觀念。在教學(xué)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(shí)應(yīng)用信息技術(shù)教學(xué)手段來激發(fā)孩子的興趣，關(guān)注知識(shí)的應(yīng)用實(shí)踐，讓學(xué)生在德、智、美等方面全面發(fā)展，提高學(xué)生的綜合能力。（二）圖形化編程軟件應(yīng)用于數(shù)學(xué)課堂是新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求數(shù)學(xué)學(xué)科是我國基礎(chǔ)教育中一門非常重要的學(xué)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(yán)密，與我們的生活密切相關(guān)，具有廣泛性。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來越強(qiáng)調(diào)學(xué)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(xué)媒體的應(yīng)用，教師的課堂教學(xué)行為和學(xué)生的學(xué)習(xí)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(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)把信息技術(shù)手段應(yīng)用到數(shù)學(xué)課堂教學(xué)中，豐富課堂教學(xué)形式，讓學(xué)生樂學(xué)，主動(dòng)去學(xué)，形成積極地探究心向。其中圖形化編程作為一種新的教學(xué)媒體，因其動(dòng)態(tài)性、交互性、游戲化等特點(diǎn)也被逐步引入課堂。（三）圖形化編程軟件的特點(diǎn)適用于小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)圖形化編程有很多簡易的編程軟件，例如Scratch，主要是針對(duì)6歲以上孩子開發(fā)設(shè)計(jì)的，它也是我國小學(xué)信息技術(shù)教材學(xué)習(xí)內(nèi)容的一部分，立足于培養(yǎng)學(xué)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(xué)習(xí)者在利用圖形化編程進(jìn)行編程的時(shí)候只需疊加指令條即可實(shí)現(xiàn)程序編寫，非常簡單，適合學(xué)生的學(xué)習(xí)。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(xué)習(xí)者設(shè)計(jì)動(dòng)畫、故事片、游戲等。此外，還可以借助圖形化編程設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)教學(xué)課例，將教材中抽象的問題形象化，利用圖形化編程動(dòng)畫使教材內(nèi)容化靜為動(dòng)，使所學(xué)內(nèi)容直觀化，幫助學(xué)生在“生活經(jīng)驗(yàn)”與“數(shù)學(xué)知識(shí)”之間架起認(rèn)知橋梁，讓學(xué)生更好地理解數(shù)學(xué)知識(shí)，掌握所學(xué)內(nèi)容，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。圖形化編程應(yīng)用到數(shù)學(xué)課堂上是一種新的嘗試，對(duì)于數(shù)學(xué)課程的學(xué)習(xí)既是一個(gè)機(jī)遇，也是一個(gè)挑戰(zhàn)，它將為學(xué)生的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)提供一個(gè)別具一格的學(xué)習(xí)平臺(tái)，為數(shù)學(xué)課堂帶來新的生機(jī)。綜上所述，圖形化編程軟件在小學(xué)數(shù)學(xué)課堂教學(xué)中的應(yīng)用，是課堂教學(xué)的現(xiàn)實(shí)需要，是數(shù)學(xué)新課程標(biāo)準(zhǔn)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?yàn)檎n堂教學(xué)創(chuàng)設(shè)良好的學(xué)習(xí)情境，發(fā)展數(shù)學(xué)思考，體會(huì)數(shù)學(xué)與生活的聯(lián)系，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣，積累分析和解決實(shí)際問題的經(jīng)驗(yàn)。利用圖形化編程動(dòng)畫使教材內(nèi)容化靜為動(dòng)，更加形象直觀，讓學(xué)生更好地理解數(shù)學(xué)知識(shí)，掌握所學(xué)內(nèi)容，同時(shí)圖形化編程還可以設(shè)計(jì)課堂教學(xué)小游戲，將游戲融入到課堂教學(xué)中，使課堂更加豐富有趣。二、研究意義我國小學(xué)數(shù)學(xué)教育在過去很長一段時(shí)間里傾向于關(guān)注學(xué)生判斷與推理能力的培養(yǎng)，而非數(shù)學(xué)在實(shí)際生活中的具體應(yīng)用，這使學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)知識(shí)的應(yīng)用意識(shí)不強(qiáng)、創(chuàng)造能力較弱。并且，隨著目前雙減政策的推進(jìn)，小學(xué)數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)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(diǎn)提出要加快推進(jìn)教育信息化進(jìn)程，信息技術(shù)與課程整合作為信息化重要標(biāo)志與實(shí)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(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》，明確提出：“數(shù)學(xué)課程應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理地運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)施，要注意信息技術(shù)與課程內(nèi)容的整合，注重實(shí)效?！庇纱丝梢姡畔⒓夹g(shù)對(duì)小學(xué)數(shù)學(xué)課程的教育目標(biāo)、教育內(nèi)容、教學(xué)觀念和教學(xué)方式都將產(chǎn)生巨大的影響。而信息技術(shù)中與數(shù)學(xué)學(xué)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(xué)科課程整合的發(fā)展，有人開始嘗試借助一些編程工具進(jìn)行小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)，旨在進(jìn)一步增強(qiáng)數(shù)學(xué)教學(xué)效果。而傳統(tǒng)的小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)”知識(shí)本位”、“教法單一”、“重結(jié)果輕過程”，側(cè)重于對(duì)數(shù)學(xué)結(jié)論（公式、概念和法則等）的記憶與運(yùn)用，一定程度上忽視了學(xué)生主觀能動(dòng)性的發(fā)揮，未能真正激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)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(xué)科教學(xué)之中，不僅有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，還能培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立創(chuàng)新意識(shí)、邏輯分析能力，從而提高教學(xué)效果，實(shí)現(xiàn)學(xué)生學(xué)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(duì)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(xué)科教學(xué)中教師應(yīng)該重視信息技術(shù)的作用，發(fā)揮教學(xué)媒體的優(yōu)勢，逐步轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)教學(xué)模式占主導(dǎo)位置的局面。通過信息技術(shù)這一先進(jìn)手段促進(jìn)教師與學(xué)生之間進(jìn)行平等的交流與合作，改變滿堂灌的教學(xué)現(xiàn)象，促進(jìn)生生之間、師生之間的良好溝通。在信息技術(shù)與各個(gè)學(xué)科融合的大背景下，將圖形化編程軟件應(yīng)用于小學(xué)數(shù)學(xué)課堂教學(xué)，最大化地發(fā)揮其優(yōu)勢和作用，適時(shí)地利用圖形化編程動(dòng)畫、游戲調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，讓學(xué)生因?yàn)閳D形化編程而喜歡上數(shù)學(xué)這門學(xué)科，使圖形化編程軟件更好地為小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)服務(wù)。此外，本研究在理論分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行了實(shí)踐研究，在團(tuán)隊(duì)的教學(xué)實(shí)踐中摸索總結(jié)出圖形化編程應(yīng)用于小學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。為了給圖形化編程的運(yùn)用提出一些思考和建議，團(tuán)隊(duì)首先認(rèn)真研究前人總結(jié)的圖形化編程教學(xué)理論，在吸取前人理論研究的基礎(chǔ)上，在自己的課堂上進(jìn)行嘗試，深入探索如何在小學(xué)數(shù)學(xué)課堂教學(xué)中適時(shí)適度地運(yùn)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(xué)教學(xué)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(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中應(yīng)用的實(shí)踐研究”主要針對(duì)小學(xué)數(shù)學(xué)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(jì)出融合圖形化編程教學(xué)的案例，再經(jīng)過課堂實(shí)踐檢驗(yàn)，修改完善教學(xué)設(shè)計(jì)，最終研究出一系列的融合課程教學(xué)設(shè)計(jì)，方向類似于信息技術(shù)與數(shù)學(xué)的整合課程。對(duì)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(gè)年度報(bào)告中所提出的:“數(shù)字化學(xué)習(xí)的關(guān)鍵是不斷將數(shù)字內(nèi)容融入整個(gè)課程和課堂教學(xué)中。為了創(chuàng)造一個(gè)生動(dòng)的數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境,培養(yǎng)學(xué)生的能力和素質(zhì),學(xué)校必須將數(shù)學(xué)化內(nèi)容與學(xué)科課程相整合。報(bào)告中的“將數(shù)字化內(nèi)容與學(xué)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(xué)者和課程論名家也從不同角度對(duì)信息技術(shù)與課程整合的涵義進(jìn)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(xué)何克抗教授指出所謂信息技術(shù)與課程整合,就是在先進(jìn)教育思想和理論的指導(dǎo)下,信息技術(shù)能有效地融入到各個(gè)學(xué)科的教學(xué)過程中,改變以教師為中心的傳統(tǒng)教學(xué)結(jié)構(gòu)和模式,以營造一種以教師為主導(dǎo),學(xué)生為主體的自主、合作、探究的教學(xué)方式和教學(xué)環(huán)境,充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性、積極性和創(chuàng)造性,實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造能力、探究能力和實(shí)踐能力的目標(biāo)。華東師范大學(xué)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(xué)方式,它注重教學(xué)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(jī)地結(jié)合在一起,以共同完成教學(xué)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(xué)體系的各個(gè)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(xué)生認(rèn)知的工具,教材的重要形態(tài)和教學(xué)的主要媒體。在整合以后,課程教學(xué)不單單能傳授科學(xué)知識(shí),而且還能培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的信息能力。由此,筆者認(rèn)為信息技術(shù)與課程整合,就是將信息技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)目標(biāo)的手段,作為一種教學(xué)支持工具,營造一種信息化教學(xué)環(huán)境,鼓勵(lì)學(xué)生思考并傳遞教學(xué)信息,打破“以教師為中心”的傳統(tǒng)教學(xué)結(jié)構(gòu)和教學(xué)模式,創(chuàng)造一種新型的教學(xué)模式,改變當(dāng)前課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)、課程結(jié)構(gòu),從而達(dá)到提高教學(xué)效果的目的。課題研究的步驟和舉措本研究設(shè)想在對(duì)國內(nèi)外圖形化編程課程（以scratch為例）研究現(xiàn)狀進(jìn)行梳理的基礎(chǔ)上，將圖形化編程作為教學(xué)支持工具，設(shè)計(jì)出適合小學(xué)數(shù)學(xué)課堂的課例。從自身教學(xué)實(shí)踐出發(fā)，以X市五年級(jí)的學(xué)生為實(shí)驗(yàn)群體，開展圖形化編程與小學(xué)數(shù)學(xué)課程整合的行動(dòng)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(xué)”和“小學(xué)數(shù)學(xué)教育”等相關(guān)研究成果，并對(duì)理論基礎(chǔ)進(jìn)行闡述，為后面的研究提供依據(jù)。二、整合設(shè)計(jì)研究。梳理小學(xué)數(shù)學(xué)知識(shí)體系，提煉出適宜于圖形化編程的知識(shí)內(nèi)容。根據(jù)整合目標(biāo)，進(jìn)行圖形化編程與小學(xué)數(shù)學(xué)課程整合的設(shè)計(jì)，包括教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式和教學(xué)資源等。三、教學(xué)實(shí)踐應(yīng)用。通過對(duì)整合目標(biāo)、理念原則等的闡述、教學(xué)過程模式的設(shè)計(jì)，對(duì)設(shè)計(jì)好的課程進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐，以檢驗(yàn)課程設(shè)計(jì)的科學(xué)性和有效性，并通過對(duì)于學(xué)生的后測、調(diào)查，進(jìn)行必要的修改與完善。本課題研究計(jì)劃共分為三個(gè)階段：第一階段（2021年10月-2021年12月）本階段為課題的前期準(zhǔn)備階段，將主要做以下工作：1、確立課題，申請(qǐng)立項(xiàng)。2、收集資料，完成開題報(bào)告。3、學(xué)習(xí)文獻(xiàn)資料，制定實(shí)施計(jì)劃。4、明確任務(wù)分工，落實(shí)成員職責(zé)。（負(fù)責(zé)人：譚?。┑诙A段（2022年1月-2022年6月）本階段為課題的具體實(shí)施階段，主要工作：1、召開課題開題會(huì)。按照實(shí)施方案，制定課題研究計(jì)劃。2、組織示范課研討活動(dòng)，展示研究的實(shí)踐成果。（參與人員均完成此任務(wù)）3、建立實(shí)驗(yàn)檔案，收集、處理資料。（趙婷婷、黃佳負(fù)責(zé)）