《图形化编程在小学数学教学中应用的实践研究》开题报告

图形化编程在小学数学教学中应用的实践研究立项号2021XKT-XXSX220课题名称图形化编程在小学数学教学中应用的实践研究负责人所在单位课题研究的背景和意义一、研究背景当今国外非常关注跨学科知识融合的STEM教育，所谓的STEM是科学(Science)、技术(Technology)、工程(Engineering)以及数学(Mathematics)四门学科首字母的缩写。早在1986年美国国家科学基金会最早将科学、技术、工程及数学四门学科统称为STEM教育。所谓的STEM教育就是把原本相互独立的各学科，根据他们各自的特点，融合成一个整体，在研究问题解决问题时从不同维度、不同视角进行综合分析探究，加强创新思维的培养。其中STEM教育中所包含的四门学科中有一门是数学，它是我国基础教育中非常重要的学科，在我国各级各类学校中从小学到高中，乃至大学都设置了这门课程。根据STEM的融合教育理念，如何在数学课堂上充分发挥图形化编程的作用，使图形化编程有效地服务于数学课堂，成为当前社会迫切需要解决的问题。（一）当今的课堂教学需要教学手段的更新随着课程改革的进一步实施，教师开始转变思想，更新观念，教学改革也取得了可喜成绩，教师的课堂教学也呈现出勃勃生机。但由于部分教师对新课程标准及教材的理解不到位，在施教的过程中还存在着多方面的不足。其中最为突出的是，教师往往会忽视调动学生的学习兴趣，不注重学生思想情感的培养，把主要的时间和精力都花在了知识点的传授上。孔老夫子所言：“知之者不如好之者，好之者不如乐知者。”学习是集知、情、意为一体的认知活动，学习者是在学习的过程中通过亲身体验掌握某种知识与技能。随着现代教学媒体的不断发展，教师应转变观念，积极学习，转变以前试图通过不厌其烦的讲解让学生理解和掌握知识的教学模式。课堂上充分利用信息技术教学手段，把抽象的问题变直观，把虚拟现象变得可视化，培养学生的空间观念。在教学过程中还应该改变以往只重视结果看轻过程的现象，教师应该适时应用信息技术教学手段来激发孩子的兴趣，关注知识的应用实践，让学生在德、智、美等方面全面发展，提高学生的综合能力。（二）图形化编程软件应用于数学课堂是新课程标准的要求数学学科是我国基础教育中一门非常重要的学科，它主要是研究客观事物的数量关系，其概念比较抽象，逻辑性很严密，与我们的生活密切相关，具有广泛性。随着科学技术的发展，越来越强调学科间的整合，目前国内外都非常重视STEM融合教育，在这一背景下，由于各种教学媒体的应用，教师的课堂教学行为和学生的学习方式也都发生了很大变化，课堂变得丰富有趣。我国最新修订的义务教育数学课程标准强调把信息技术手段应用到数学课堂教学中，丰富课堂教学形式，让学生乐学，主动去学，形成积极地探究心向。其中图形化编程作为一种新的教学媒体，因其动态性、交互性、游戏化等特点也被逐步引入课堂。（三）图形化编程软件的特点适用于小学数学教学图形化编程有很多简易的编程软件，例如Scratch，主要是针对6岁以上孩子开发设计的，它也是我国小学信息技术教材学习内容的一部分，立足于培养学生的编程方法和编程能力。图形化编程的编程与其他编程软件不一样，学习者在利用图形化编程进行编程的时候只需叠加指令条即可实现程序编写，非常简单，适合学生的学习。图形化编程的图像库还包含了图像、声音等多种媒体素材，方便学习者设计动画、故事片、游戏等。此外，还可以借助图形化编程设计数学教学课例，将教材中抽象的问题形象化，利用图形化编程动画使教材内容化静为动，使所学内容直观化，帮助学生在“生活经验”与“数学知识”之间架起认知桥梁，让学生更好地理解数学知识，掌握所学内容，促进学生全面发展。图形化编程应用到数学课堂上是一种新的尝试，对于数学课程的学习既是一个机遇，也是一个挑战，它将为学生的数学学习提供一个别具一格的学习平台，为数学课堂带来新的生机。综上所述，图形化编程软件在小学数学课堂教学中的应用，是课堂教学的现实需要，是数学新课程标准的要求，更是图形化编程软件的优势所决定的。图形化编程软件的应用能够为课堂教学创设良好的学习情境，发展数学思考，体会数学与生活的联系，增强学生学习数学的兴趣，积累分析和解决实际问题的经验。利用图形化编程动画使教材内容化静为动，更加形象直观，让学生更好地理解数学知识，掌握所学内容，同时图形化编程还可以设计课堂教学小游戏，将游戏融入到课堂教学中，使课堂更加丰富有趣。二、研究意义我国小学数学教育在过去很长一段时间里倾向于关注学生判断与推理能力的培养，而非数学在实际生活中的具体应用，这使学生对数学知识的应用意识不强、创造能力较弱。并且，随着目前双减政策的推进，小学数学的学习应更加注重“兴趣”和“应用”，而不是“做题”。2010年7月，我国在《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》中重点提出要加快推进教育信息化进程，信息技术与课程整合作为信息化重要标志与实现途径更是重中之重。2011年，国家教育部正式公布了《义务教育阶段数学课程标准（2011年版）》，明确提出：“数学课程应根据实际情况合理地运用现代信息技术进行设计与实施，要注意信息技术与课程内容的整合，注重实效。”由此可见，信息技术对小学数学课程的教育目标、教育内容、教学观念和教学方式都将产生巨大的影响。而信息技术中与数学学科联系最紧密的，就是编程。随着儿童编程教育的兴起和跨学科课程整合的发展，有人开始尝试借助一些编程工具进行小学数学教学，旨在进一步增强数学教学效果。而传统的小学数学教学”知识本位”、“教法单一”、“重结果轻过程”，侧重于对数学结论（公式、概念和法则等）的记忆与运用，一定程度上忽视了学生主观能动性的发挥，未能真正激发学生的学习兴趣。图形化编程，其简单易用、内容丰富有趣，且具有交互性。近年来也逐渐应用于学科教学之中，不仅有利于激发学生学习兴趣，还能培养学生独立创新意识、逻辑分析能力，从而提高教学效果，实现学生学与教师教的统一。信息技术使我们的生活发生了翻天覆地的变化，特别是对人们信息传递和沟通方式的影响。随着信息技术的普及和发展，人与人之间的信息交流越来越方便快捷，因此在学科教学中教师应该重视信息技术的作用，发挥教学媒体的优势，逐步转变传统教学模式占主导位置的局面。通过信息技术这一先进手段促进教师与学生之间进行平等的交流与合作，改变满堂灌的教学现象，促进生生之间、师生之间的良好沟通。在信息技术与各个学科融合的大背景下，将图形化编程软件应用于小学数学课堂教学，最大化地发挥其优势和作用，适时地利用图形化编程动画、游戏调动学生学习的热情，让学生因为图形化编程而喜欢上数学这门学科，使图形化编程软件更好地为小学数学教学服务。此外，本研究在理论分析的基础上进行了实践研究，在团队的教学实践中摸索总结出图形化编程应用于小学数学教学的实践经验。为了给图形化编程的运用提出一些思考和建议，团队首先认真研究前人总结的图形化编程教学理论，在吸取前人理论研究的基础上，在自己的课堂上进行尝试，深入探索如何在小学数学课堂教学中适时适度地运用图形化编程，发挥其优势，并总结出使用图形化编程辅助数学教学的途径和方法。课题名称的界定和解读本课题“图形化编程在小学数学教学中应用的实践研究”主要针对小学数学课堂中适合使用图形化编程工具的内容，使用Scratch编程工具，设计出融合图形化编程教学的案例，再经过课堂实践检验，修改完善教学设计，最终研究出一系列的融合课程教学设计，方向类似于信息技术与数学的整合课程。对于信息技术与课程整合的内涵,在国际上比较具有权威性和代表性的是美国教育技术论坛第3个年度报告中所提出的:“数字化学习的关键是不断将数字内容融入整个课程和课堂教学中。为了创造一个生动的数字化学习环境,培养学生的能力和素质,学校必须将数学化内容与学科课程相整合。报告中的“将数字化内容与学科课程相整合”就是我们通常所说的“信息技术与课程整合”。在我国,一些教育技术学者和课程论名家也从不同角度对信息技术与课程整合的涵义进行过探讨,下面列出几种比较有权威的说法:北京师范大学何克抗教授指出所谓信息技术与课程整合,就是在先进教育思想和理论的指导下,信息技术能有效地融入到各个学科的教学过程中,改变以教师为中心的传统教学结构和模式,以营造一种以教师为主导,学生为主体的自主、合作、探究的教学方式和教学环境,充分发挥学生的主动性、积极性和创造性,实现培养学生创造能力、探究能力和实践能力的目标。华东师范大学李克东教授指出信息技术与课程整合是一种新型的教学方式,它注重教学过程中信息技术、信息方法、信息资源、人力资源和课程内容互相协调、有机地结合在一起,以共同完成教学任务中国电教奠基人南国农教授指出信息技术与课程整合是指让信息技术以工具的形式与课程融为一体,也就是在课程教学体系的各个要素中融入信息技术,使信息技术成为教师教的工具,学生认知的工具,教材的重要形态和教学的主要媒体。在整合以后,课程教学不单单能传授科学知识,而且还能培养和发展学生的信息能力。由此,笔者认为信息技术与课程整合,就是将信息技术作为实现课堂教学目标的手段,作为一种教学支持工具,营造一种信息化教学环境,鼓励学生思考并传递教学信息,打破“以教师为中心”的传统教学结构和教学模式,创造一种新型的教学模式,改变当前课堂教学结构、课程结构,从而达到提高教学效果的目的。课题研究的步骤和举措本研究设想在对国内外图形化编程课程（以scratch为例）研究现状进行梳理的基础上，将图形化编程作为教学支持工具，设计出适合小学数学课堂的课例。从自身教学实践出发，以X市五年级的学生为实验群体，开展图形化编程与小学数学课程整合的行动研究。相关研究设想如下：一、系统梳理“图形化编程和课程整合”、“图形化编程与数学”和“小学数学教育”等相关研究成果，并对理论基础进行阐述，为后面的研究提供依据。二、整合设计研究。梳理小学数学知识体系，提炼出适宜于图形化编程的知识内容。根据整合目标，进行图形化编程与小学数学课程整合的设计，包括教学目标、教学内容、教学模式和教学资源等。三、教学实践应用。通过对整合目标、理念原则等的阐述、教学过程模式的设计，对设计好的课程进行教学实践，以检验课程设计的科学性和有效性，并通过对于学生的后测、调查，进行必要的修改与完善。本课题研究计划共分为三个阶段：第一阶段（2021年10月-2021年12月）本阶段为课题的前期准备阶段，将主要做以下工作：1、确立课题，申请立项。2、收集资料，完成开题报告。3、学习文献资料，制定实施计划。4、明确任务分工，落实成员职责。（负责人：谭健）第二阶段（2022年1月-2022年6月）本阶段为课题的具体实施阶段，主要工作：1、召开课题开题会。按照实施方案，制定课题研究计划。2、组织示范课研讨活动，展示研究的实践成果。（参与人员均完成此任务）3、建立实验档案，收集、处理资料。（赵婷婷、黄佳负责）