“玩”出智慧：小學(xué)數(shù)學(xué)游戲化學(xué)習(xí)研究

寧柳妹

[摘要]游戲化學(xué)習(xí)是培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)思維能力的有效途徑，能提高學(xué)生的數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)。首先分析學(xué)生口算能力現(xiàn)狀，得出影響學(xué)生口算能力和四則運(yùn)算發(fā)展的因素，及教育游戲與數(shù)學(xué)教學(xué)融合的條件和要求。多媒體技術(shù)的普及，尤其是人機(jī)交互認(rèn)知理論和技術(shù)的發(fā)展，為研發(fā)寓教于樂的口算系統(tǒng)提供可能，計(jì)算機(jī)可成為口算的“陪練”?；谌藱C(jī)交互環(huán)境進(jìn)行的游戲化學(xué)習(xí)集中了游戲的娛樂性、趣味性和傳統(tǒng)教學(xué)方式的優(yōu)點(diǎn)，將各種知識(shí)融于游戲之中，能有效實(shí)現(xiàn)寓教于樂，對(duì)學(xué)生數(shù)學(xué)思維能力的培養(yǎng)有重要作用。

[關(guān)鍵詞]游戲化學(xué)習(xí);人機(jī)交互;四則運(yùn)算;思維訓(xùn)練

[中圖分類號(hào)]G623.5 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1007-9068（2020）08-0014-03

一、背景

口算是小學(xué)生要掌握的基本而重要的技能，但機(jī)械的口算訓(xùn)練會(huì)讓學(xué)生感覺枯燥、乏味，而且學(xué)生的口算技能不過關(guān)容易被“易算錯(cuò)”掩蓋。因此，尋找恰當(dāng)?shù)挠?xùn)練方法和方式提高學(xué)生的口算能力是小學(xué)數(shù)學(xué)研究的重要目標(biāo)。多媒體技術(shù)的普及，尤其是人機(jī)交互認(rèn)知理論和技術(shù)的發(fā)展，為研發(fā)寓教于樂的口算系統(tǒng)提供可能，教師可以讓計(jì)算機(jī)成為口算“陪練”，孜孜不倦地陪學(xué)生進(jìn)行訓(xùn)練。

在學(xué)校計(jì)算機(jī)房中，每臺(tái)電腦都安裝了相應(yīng)的軟件系統(tǒng)，為的是創(chuàng)設(shè)“1：1數(shù)字課堂”，進(jìn)行高密度的口算和“24點(diǎn)”訓(xùn)練（計(jì)算機(jī)給出四個(gè)數(shù)字，比如4、5、6、7，通過添加加、減、乘、除、括號(hào)組成算式的計(jì)算結(jié)果是24，例如（5+7）×（6-4）=24）。本教學(xué)模型是基于“潛能在線學(xué)習(xí)平臺(tái)”開展的教學(xué)實(shí)踐。

二、人機(jī)交互環(huán)境的口算及四則運(yùn)算訓(xùn)練系統(tǒng)

良好的人機(jī)交互，能夠讓學(xué)生大腦處于興奮狀態(tài)。教師要遵循每次訓(xùn)練都有計(jì)分、創(chuàng)設(shè)比賽氛圍、成績(jī)即時(shí)排行等原則來設(shè)計(jì)平臺(tái)。

（一）口算訓(xùn)練

1.傳統(tǒng)課堂的口算訓(xùn)練

傳統(tǒng)課堂中的口算訓(xùn)練往往借助筆和紙來完成，嚴(yán)格意義上，已不是口算訓(xùn)練，而是筆算訓(xùn)練。真正的口算訓(xùn)練，必須關(guān)注數(shù)量、速度與正確率。但在傳統(tǒng)課堂中難以提升的口算速度，在人機(jī)交互環(huán)境中卻能輕而易舉地實(shí)現(xiàn)。

2.人機(jī)交互環(huán)境下的口算訓(xùn)練

基于人機(jī)交互環(huán)境下的口算訓(xùn)練小游戲——“雨滴”（如圖1）：每個(gè)“雨滴”里包含一個(gè)算式，下面是海，當(dāng)雨滴落到海里，學(xué)生還沒能用鼠標(biāo)點(diǎn)出正確答案，就算回答錯(cuò)誤。

在開始“雨滴”訓(xùn)練時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行倒計(jì)時(shí)，答對(duì)一題加10分，答錯(cuò)一題扣5分，學(xué)生在規(guī)定的5分鐘內(nèi)答題。完成了初級(jí)雨滴后，還可以挑戰(zhàn)中級(jí)雨滴，算式中數(shù)字的取值范圍會(huì)隨著等級(jí)增加而變大。訓(xùn)練口算時(shí)，學(xué)生可根據(jù)自己的實(shí)際情況選擇難易程度，為四則運(yùn)算思維訓(xùn)練做好熱身運(yùn)動(dòng)。

（二）四則運(yùn)算訓(xùn)練

很多學(xué)生對(duì)“24點(diǎn)”感到束手無策，這時(shí)，可設(shè)計(jì)“24點(diǎn)”逆運(yùn)算訓(xùn)練。比如，“24點(diǎn)”的逆運(yùn)算訓(xùn)練稱為“24點(diǎn)訓(xùn)練場(chǎng)”，如圖2、圖3所示：

圖2是“24點(diǎn)”的拆解過程，它包含加、減、乘、除四種拆解模式。以加法模式為例，引導(dǎo)學(xué)生理解“24點(diǎn)”是如何組成的：在圖2中可以看到24可以拆分為9加15，9又可以拆分為3乘以3，15拆分為5乘以3;24經(jīng)過了3次拆分之后，得到了3、3、3、5這幾個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)字，即化整為零。

圖3是根據(jù)圖2拆解出來的4個(gè)數(shù)字進(jìn)行組合運(yùn)算。軟件會(huì)自動(dòng)隱藏圖2的運(yùn)算符號(hào)，不提示拆解過程，讓學(xué)生憑著自己的記憶力列出“24點(diǎn)”算式。

在圖2的拆解過程中，從問題出發(fā)找條件，運(yùn)用分析法拆分24，學(xué)生進(jìn)行有序的逆向思維，形成分析問題的能力。圖3中運(yùn)算符號(hào)悄悄“隱身”，讓學(xué)生重新建構(gòu)，經(jīng)歷從條件去解決問題的過程，培養(yǎng)學(xué)生四則運(yùn)算的綜合能力。這個(gè)流程可簡(jiǎn)化為圖4：

經(jīng)過一段時(shí)間的訓(xùn)練之后，學(xué)生就可以進(jìn)入“24點(diǎn)”更高程度的練習(xí)了——“24點(diǎn)”初級(jí)場(chǎng)。

“24點(diǎn)”初級(jí)場(chǎng)有10道題，每道題都是不同的模式，甚至有些題有多種解法。同樣，里面具有記分系統(tǒng)，答對(duì)一題加10分，答錯(cuò)或不答扣5分。圖5是四年級(jí)部分學(xué)生的訓(xùn)練成績(jī)：

從圖5可以看出，有些學(xué)生經(jīng)過幾次訓(xùn)練之后，對(duì)“24點(diǎn)”的解題模式已經(jīng)有了一定的感覺，甚至有些學(xué)生做到了滿分。對(duì)于初次接觸“24點(diǎn)”的學(xué)生來說，這是相當(dāng)不容易的。

三、數(shù)據(jù)采集與分析

（一）數(shù)據(jù)采集

相較于傳統(tǒng)課堂的訓(xùn)練，在人機(jī)交互環(huán)境下，學(xué)生的學(xué)習(xí)過程信息采集更方便、準(zhǔn)確。在學(xué)生訓(xùn)練時(shí)，系統(tǒng)保存了學(xué)生的訓(xùn)練記錄，而且時(shí)間精確到幾時(shí)幾分幾秒。類似于這樣的記錄，我們稱之為認(rèn)知符號(hào)序列（CSS）。

1.雨滴數(shù)據(jù)采集

雨滴的數(shù)據(jù)采集主要體現(xiàn)在最終的結(jié)果上，學(xué)生可以在頁(yè)面上看到自己的訓(xùn)練曲線，如圖6：

這條曲線記錄了學(xué)生近20次的訓(xùn)練結(jié)果，每個(gè)點(diǎn)就是5分鐘的訓(xùn)練結(jié)果，或高或低，可以很清楚地看出學(xué)生的訓(xùn)練和進(jìn)步情況。

2.“24點(diǎn)”數(shù)據(jù)采集

學(xué)生在做“24點(diǎn)”時(shí)，軟件會(huì)將學(xué)生的每一個(gè)動(dòng)作記錄下來，以下摘自學(xué)生的練習(xí)記錄：

其中“I”代表分割線，將相鄰的字符串隔開，以方便查看。“_true”表示回答正確?！癬false”表示回答錯(cuò)誤?！癬spent：12s”表示用時(shí)12秒。最后兩條“1”之間的內(nèi)容表示解題的最終結(jié)果表達(dá)式，比如a記錄的結(jié)果表達(dá)式為“3*6+2+4”。

（二）數(shù)據(jù)分析

1.“雨滴”數(shù)據(jù)分析

人機(jī)交互環(huán)境下采集的數(shù)，能夠真實(shí)地反映學(xué)生的訓(xùn)練情況。以下面一組數(shù)據(jù)為例：

從上表可以看出，這些學(xué)生進(jìn)行“雨滴”訓(xùn)練的次數(shù)都已達(dá)到了上百次，有些將近400次、2000分鐘、33小時(shí)?？梢姡坝甑巍边@個(gè)游戲是非常受學(xué)生歡迎的，它能夠讓學(xué)生練幾百次都不覺得累。

對(duì)多個(gè)學(xué)生的“雨滴”訓(xùn)練成績(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析（x坐標(biāo)是訓(xùn)練次數(shù)，Y坐標(biāo)是訓(xùn)練成績(jī)），如圖7：

圖7說明這幾個(gè)學(xué)生在訓(xùn)練10次的時(shí)候成績(jī)差別不大，在900分上下浮動(dòng);訓(xùn)練20、30次后，成績(jī)?cè)?200分左右，這時(shí)，差距漸漸拉開;在50次后，學(xué)生之間的差異就很明顯了。我們把類似900分，一般學(xué)生訓(xùn)練都可以達(dá)到的點(diǎn)稱為“群體共同點(diǎn)”，把1200分這樣能夠區(qū)別出個(gè)性差異的點(diǎn)稱為“個(gè)性差異點(diǎn)”。這些點(diǎn)能為我們的教學(xué)診斷、研究提供支持。

2.“24點(diǎn)”數(shù)據(jù)分析

對(duì)于學(xué)生在計(jì)算24點(diǎn)時(shí)出現(xiàn)的錯(cuò)誤，比如“2、3、4、6”，學(xué)生給出6/2+3*4。這位學(xué)生知道先算6/2=3，再把6/2的結(jié)果與3相加等于6，最終形成6*4，算出24點(diǎn)，但他沒有給6/2+3加括號(hào)。這條記錄顯示，這位學(xué)生很有可能在四則運(yùn)算的法則上有問題。系統(tǒng)給出了大量的正確與錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)，分析這些數(shù)據(jù)，就能夠發(fā)現(xiàn)出錯(cuò)的學(xué)生存在的問題，為教學(xué)提供重要參考。

四、特色及成效

科學(xué)地設(shè)計(jì)寓教于樂的人機(jī)交互教學(xué)系統(tǒng)，讓計(jì)算機(jī)成為教師的教學(xué)助理，實(shí)現(xiàn)高效學(xué)習(xí)、輕松教學(xué)不再是夢(mèng)想。這款游戲是對(duì)學(xué)生已有的知識(shí)或者經(jīng)驗(yàn)的重新組合與呈現(xiàn)，游戲?yàn)閷W(xué)生的操練與經(jīng)驗(yàn)的習(xí)得提供了很好的平臺(tái)，游戲的過程，也就是知識(shí)習(xí)得的過程，能使教育回歸本真。