《小学数学图形化编程课程整合实践研究》结题报告

基础教育小课题研究结题报告立项号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谭健所在单位结题报告关键词小学数学图形化编程课程整合实践研究结题报告摘要本研究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，以本学校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。根据小学数学学科的特点,以小学数学课堂为立足点,充分发挥图形化编程的优势,将图形化编程与小学数学具体知识点结合,进行了教学设计,并对整合目标、整合内容、教学模式和教学资源等进行了系统设计,然后进行教学实践研究。最后,对图形化编程和小学数学课程整合过程中存在的问题进行分析并提出一定的对策,从而为图形化编程应用于小学数学课堂提供理论与实践的参考。结题报告一、课题背景及界定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”。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。《义务教育阶段数学课程标准》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。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。本研究设想在对国内外图形化编程课程（以图形化编程为例）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，以本学校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。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，使用图形化编程编程工具，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。二、理论依据及意义数学新课标的核心理念是面向全体学生,以学生发展为本。数学新课标中明确提出:“人人都能获得良好的数学教育,不同的人在数学上得到不同的发展”,从而让不同的人在数学方面得到不同程度的发展。这就要求教师要正确把握全面发展与个性发展的关系,既做到面向全体,又尊重学生的个性发展。不仅要给学生提供平等的教育机会,关爱每一位学生,还要在对待个体上“因材施教”,在共性中发展个性,认识到学生的可塑性,挖掘学生的内在潜能,使所有学生都能成才,以适应全体学生全面发展的需要。在教学上还要因材施教,采用不同的教学方法和教学手段,把“以学生为主体”的理念贯穿于课堂教学的全过程,创造一种平等、和谐、轻松的教学环境。重视学生掌握基础知识、基本技能的过程,引导学生形成积极的数学学习态度。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”。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,我们团队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。国内将图形化编程应用于小学数学课堂的教学实践研究比较少,我们在系统梳理“图形化编程和课程整合”、“图形化编程与数学”等相关研究成果的基础上,根据小学数学学科的特点,分析和探讨了如何将图形化编程与小学数学课程更好地进行整合。除此之外,我们团队开展了教学实践,对其教学效果进行了验证,并分析和改进了整合过程中出现的问题,从而为图形化编程与小学数学课程整合的进一步发展探寻了可能的方向。从应用价值出发,促进小学数学教学改革,推动图形化编程在数学领域的应用。我们进行了课程设计研究,提供了图形化编程与小学数学课程整合的典型案例,探讨了图形化编程与小学数学课程整合的原则、教学策略和教学模式等,对变革教师教学方式、学生学习方式都有重要的意义。不仅能够改变传统小学数学教学模式中老师单向灌输、学生被动接受的局面,还能推进“教师主导,学生主体”的教学模式进一步发展。充分调动学生认识与实践的主观能动性,促进学生真正成为课堂的主体,实现从“学数学”到“做数学”的转变,从而进一步推动小学数学教学改革。三、研究的目标、内容、方法、步骤及过程①研究目标：根据小学数学学科的特点,以小学数学课堂为立足点,充分发挥图形化编程的优势,将图形化编程与小学数学具体知识点结合,进行了教学设计,并对整合目标、整合内容、教学模式和教学资源等进行了系统设计,然后进行教学实践研究。最后,对图形化编程和小学数学课程整合过程中存在的问题进行分析并提出一定的对策,从而为图形化编程应用于小学数学课堂提供理论与实践的参考。②研究内容：在对国内外图形化编程研宄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,以五年级的学生为实验群体,开展了图形化编程与小学数学课程整合的行动研宄。相关研究内容如下:1.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”等相关研宄成果,并对理论基础进行阐述,为后面的研究提供依据。2.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。3.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,并进行必要的修改与完善。③研究方法：(1)文献研究法本次文献研究是充分利用现代教育手段,查阅国内外有关图形化编程、小学数学课程、图形化编程与课程整合的相关文献,广泛收集与本课题相关的资料,如关注一些专家、教师、学者的博客,访问有关图形化编程的资源网站。并对己有文献和相关资料进行系统地梳理和分析,从而进一步了解图形化编程与学科整合尤其是与小学数学融合的研究现状,为本次研究提供理论依据和技术指导的方向。(2)访谈法本次访谈是我们团队在教学中后期,提前设计好访谈问卷,以一对一面对面交流的方式对学生进行的一次访谈,旨在发现课堂教学存在的问题,了解学生对图形化编程软件辅助数学教学的接受程度和掌握情况,以及对于图形化编程应用于小学数学教学的想法和建议,从而对之后教学的设计与实施进行必要的修改和完善。(3)问卷调查法本次问卷调查主要分为前测和后测两个部分。在展开课堂教学实践之前,对参加此次实验的学生进行了数学和技术态度的前测调查。在课堂教学实践之后,对参加此次实验的学生进行了数学和技术态度的后测调查,并与前测数据进行了对比和分析,进一步了解利用图形化编程进行数学教学实践之后学生数学学习情况的变化,也作为检测图形化编程软件辅助数学教学应用效果的评价手段之一。(4)行动研究法行动研宂法是教育研宂者在实际的教学实践中将行动与研宂相结合,运用教育理论解决实践中不断产生的具体问题,从而逐步提高教学质量的研究活动。在研宄过程中,本研究也采用了行动研究法。根据小学数学学科特点,从小学数学课堂现状出发,将图形化编程作为教学支持工具,进行图形化编程与小学数学相结合的课程体系设计。之后我们团队从自身教学实践出发,以五年级的学生为实验对象,进行了三轮课程实验。在实践的同时开展研宄,记录教学的全过程,然后对学生学习单、教师教学反思日志以及访谈进行分析和反思。通过这种计划、实践、观察、反思的反复循环,来发现课程设计中的不足以及实际教学过程中的问题,然后进行必要的修改与完善。④研究步骤和过程：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）4、完成中期实验报告，撰写论文和实验教案。（王霞、王青负责）第三阶段（2022年7月-2022年8月）本阶段为总结验收阶段，主要工作如下：1、整理实验资料数据，进行分析、归纳，撰写论文和实验教案。（参与人员均完成此任务）3、完成结题研究报告，举行结题会。（负责人：谭健）四、研究结果与成效本团队在对国内外图形化编程教学研宄现状进行梳理的基础上,以部分五年级小学生为实验群体,系统梳理了小学数学知识体系,提炼出适宜于图形化编程的知识内容。然后进行了课例设计研究,并对图形化编程融入小学数学教学的理念原则、策略方法、内容选择、教学模式、教学评价进行了阐述和设计。最后从自身教学实践出发,计划和实施了三轮教学行动研宄,并对具体实施结果进行了记录、分析和反思,进一步探讨图形化编程与小学数学课程整合的相关问题,验证图形化编程与小学数学课程整合的有效性,期望能为以后相关领域工作或者科研提供一些力所能及的参考。具体结论如下:(1)图形化编程与小学数学课程整合的课堂教学,能够提高学生学习兴趣。在行动研究过程中,通过对课堂的观察,以及对问卷调查和访谈的分析,我们团队发现将图形化编程应用于小学数学课堂教学后,学生能够积极参与到课堂中来,课堂氛围很活跃,也激发了学生的好奇心和求知欲,从而促进学生要学、乐学,进而主动去学。除此之外,在教学实践之后,大多数学生还希望今后在数学课堂上能够继续借助图形化编程进行数学学习。(2)图形化编程与小学数学课程整合的课堂教学,能够促进学生逻辑思维能力和解决问题能力的发展。图形化编程软件本身就涉及很多数学知识,学生可以通过图形化编程把数学思维过程以图片、声音、动画等形式表现出来。然后学生了解了基本原理和方法之后,在修改脚本的过程中,不断地提出问题、解决问题,进而按照自己的思路进行分析和相应脚本的设定,最终达到预期教学目标。(3)图形化编程与小学数学课程整合的课堂教学,能有效增强数学教学效果,帮助学生更好地理解数学知识。在行动研究过程中,我们团队发现大部分学生都能很快地完成教学任务,并且在教学过程中情感的参与、行为参与以及数学自信等方面都有所提高。除此之外,图形化编程作为一款可视化编程工具,可以把一些抽象、难懂的数学知识具体化,去促进学生知识的迁移,而不是机械的记忆。五、存在问题及改进本课题研究存在一些问题如下：(1)实践时间上的局限。在每轮行动研究中,图形化编程数学课一次课的时间是40分钟。在教学过程中,既要组织学生合作交流,完成学习单,又要学生自主操作。整个教学时间是很紧张的,如果时间把握不好,哪个环节花费了多余的时间,可能就无法顺利完成拓展延伸部分,也无法对学生进行成绩测试。而且由于时间的限制,本研宄对于如何使用图形化编程进行数学程序设计的介绍比较少。(2)教学样本不足。参加本研宄的教学对象仅有450人,样本数量较少,不能代表所有小学生的态度和表现。因此在教学效果上还存在一定的局限性,对于图形化编程在小学数学课堂上的应用和推广也有研宄、验证。基于以上不足,我们认为后续的研宄可以从以下几个方面着手:1.加大样本研究量。可以通过微课的形式制作一些图形化编程与小学数学课程整合的课例,然后进行推广,让学生、教师和学校等都有一个大致的了解。再面向不同学校、不同年龄段的学生展开教学实践,从而更全面地分析教学效果。2.继续深入图形化编程在小学数学课堂上的应用研宄,形成完整的图形化编程与小学数学整合的课程体系。合理分配课堂教学时间,完善教学设计,让学生保持对课程的期待。教学设计要面向全体学生,既能适用于学习能力强的学生,也能充分调动学习能力稍差的学生主动参与到课堂中来。参考文献[1]阴婷婷.中小学信息技术课程内容一体化建设研究[D].南京师范大学。[2]李天露.美国科学、技术、工程和数学(STEM)教育政策解读及其启示[D].湖南师范大学,2015.[3]区建峰.STEM理念融合与教育装备创新发展[J].中国现代教育装备,2014,(18):1-8.[4]莫邦新,梁婉红.图形化编程软件在小学数学教学中的应用[J].教育信息技术,2014,(10):40-43.[5]王建明.(美)全国数学教师理事会2000《学校数学的原则和标准》评介[J].北京教育学院学报,2001,(04):62-68.[6]吴俊杰,美国：图形化编程促进STEM教育[J].上海教育.014第8期：40.[7]陈秀.基于图形化编程的小学生程序设计教学设计研究[D].浙江师范大学,2014.[8]王宝亮.图形化编程在初中信息技术课程教学中的应用研究[D].华中师范大学,2015.[9]王玺德.论新课程标准下的小学数学教学[J].中国校外教育,2013,(S2):43.[10]陈俊军.“ARCS”动机模型在小学数学教学中的应用[A].教育教学研究（2016年版）第一辑[C],2016:4.[11]采明才.游戏化教学模式在小学数学教学中的应用分析[J].吉林教育,2010,(35):92.[12]潘秀凤.信息技术学科课堂教学的几点浅见[J].新课(下),2011,(07):133.[13]熊频,胡小勇.可视化思维支架:概念图研究的新视角[J].信息技术教育,2005,(10):55-57.[14]王晓霞.网络环境下图形化编程在中学程序设计教学中的应用研究[D].西南大学,2012.[15]陈至立.抓住机遇,加快发展,在中小学大力普及信息技术教育——在国中小学信息技术教育工作会议上的报告(节选)[J].管理信息系统,2000,12:3-8.[16]陈至立：抓住机遇加快发展在中小学大力普及