主題式數(shù)學(xué)游戲課程的探索與教學(xué)實踐
隨著“課程整合”與“課程拓展”理念的日益深入,數(shù)學(xué)游戲以其獨特的趣味性和挑戰(zhàn)性,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,促進學(xué)習(xí)方式的多元化,深受師生的喜愛。然而,如何設(shè)計富有價值的數(shù)學(xué)游戲,并將其有效地融入教學(xué)之中仍是當(dāng)前亟待解決的重要問題。特級教師張優(yōu)幼老師和她的研究團隊對主題式數(shù)學(xué)游戲課程的內(nèi)涵進行了全新的界定,并對課程研發(fā)的路徑與實施策略進行了深入探討。本期特刊發(fā)他們的部分研究成果,為廣大教師提供教學(xué)參考。
【摘 要】主題式數(shù)學(xué)游戲課程通過游戲形式激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,作為數(shù)學(xué)常規(guī)教學(xué)活動的拓展與補充,可彌補基礎(chǔ)課程的不足。課程設(shè)計強調(diào)三個核心特征:結(jié)構(gòu)化整合、主題式設(shè)計和互動式學(xué)習(xí)。數(shù)學(xué)游戲課程設(shè)計凸顯數(shù)學(xué)學(xué)科價值,順應(yīng)學(xué)生思維發(fā)展,融入主題游戲元素,并分類提煉主題式游戲課堂的組織方式,探索博弈型和探究型數(shù)學(xué)游戲的教學(xué)路徑,并總結(jié)實施過程中的策略和建議。
【關(guān)鍵詞】主題式;數(shù)學(xué)游戲;學(xué)科育人;教學(xué)實施
《義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》提倡開展能夠促進學(xué)生發(fā)展的教學(xué)活動,注重啟發(fā)式、探究式、參與式和互動式等教學(xué)方式,通過主題式教學(xué)活動,將數(shù)學(xué)知識融入真實情境中,引發(fā)學(xué)生積極思考。數(shù)學(xué)游戲具有獨特的趣味性和挑戰(zhàn)性,能夠在輕松的氛圍中激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,并促進他們邏輯思維能力的發(fā)展。對于充滿好奇心的小學(xué)生而言,數(shù)學(xué)游戲不僅改變了學(xué)習(xí)方式,還豐富了學(xué)習(xí)過程中的情感體驗。然而,一線教師雖然認(rèn)識到游戲能增強學(xué)生的學(xué)習(xí)動力,卻往往受限于教材特定的練習(xí)內(nèi)容,或受傳統(tǒng)課堂組織方式的束縛,難以充分發(fā)揮數(shù)學(xué)游戲的教育價值。如何將教材中的“知識點”通過數(shù)學(xué)游戲的方式拓展到“主題式游戲活動”中?如何在傳統(tǒng)“聽和練”的過程中融入“做和玩”的游戲元素?這些都是教師有效開展數(shù)學(xué)游戲活動時迫切需要解決的問題。因此,開展主題式數(shù)學(xué)游戲課程的研究具有重大意義。
一、主題式數(shù)學(xué)游戲課程的理解
游戲課程通常以游戲為媒介,通過游戲活動促進學(xué)生在認(rèn)知、社會交往及情感層面的成長。數(shù)學(xué)游戲課程則結(jié)合數(shù)學(xué)學(xué)科的特點,通過設(shè)計符合教學(xué)目標(biāo)的數(shù)學(xué)游戲,引導(dǎo)學(xué)生探索、分析并表達(dá)游戲現(xiàn)象與數(shù)學(xué)規(guī)律,作為數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程的補充與拓展。在此基礎(chǔ)上,主題式數(shù)學(xué)游戲課程將數(shù)學(xué)知識融入特定主題的游戲場景中,以主題情境或問題為驅(qū)動,增強學(xué)習(xí)的趣味性與目標(biāo)的針對性,豐富傳統(tǒng)數(shù)學(xué)課程教學(xué),使學(xué)生在充滿趣味的游戲情境中理解知識并發(fā)展思維。
主題式數(shù)學(xué)游戲課程具有三個核心特征:結(jié)構(gòu)化整合、主題式設(shè)計和互動式學(xué)習(xí)。結(jié)構(gòu)化整合通過系統(tǒng)地將適合學(xué)生認(rèn)知水平的數(shù)學(xué)內(nèi)容與游戲元素相結(jié)合,促使學(xué)生在游戲中逐步理解和運用數(shù)學(xué)概念;主題式設(shè)計通過創(chuàng)建與學(xué)生生活經(jīng)驗相關(guān)的有趣任務(wù)和游戲場景,將數(shù)學(xué)知識融入具體情境中,從而增強學(xué)生的學(xué)習(xí)動機和理解深度;互動式學(xué)習(xí)通過清晰的游戲規(guī)則,促進學(xué)生之間的合作與交流。在此過程中,教師作為引導(dǎo)者,幫助學(xué)生在游戲中學(xué)習(xí),在學(xué)習(xí)中思考,進而實現(xiàn)教育目標(biāo)。這種課程模式為學(xué)生提供了兼具趣味性和教育性的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)體驗。
主題式數(shù)學(xué)游戲課程將數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)與主題游戲相結(jié)合,不僅能使學(xué)生享受學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的樂趣,還能培養(yǎng)學(xué)生從數(shù)學(xué)角度解釋現(xiàn)實現(xiàn)象、解決現(xiàn)實問題的意識,從而促進其數(shù)學(xué)應(yīng)用能力的提升。主題式數(shù)學(xué)游戲課程一方面符合數(shù)學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)的核心目標(biāo),旨在培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維、問題解決能力和協(xié)作技能;另一方面通過有趣的游戲情境,增強學(xué)生對數(shù)學(xué)的理解,提升數(shù)學(xué)知識的應(yīng)用能力。
二、主題式數(shù)學(xué)游戲課程的設(shè)計
主題式數(shù)學(xué)游戲課程應(yīng)與育人的課程目標(biāo)相匹配,以基礎(chǔ)課程教學(xué)內(nèi)容為依托,結(jié)合學(xué)生的認(rèn)知經(jīng)驗,按照教材編排的邏輯順序展開。
(一)凸顯數(shù)學(xué)學(xué)科價值
1.融入基礎(chǔ)課程的教學(xué)序列
在小學(xué)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)課程教學(xué)中,受限于教材編排和學(xué)生個體認(rèn)知經(jīng)驗,對某些教學(xué)重難點、課外拓展閱讀和數(shù)學(xué)趣題的深入探討往往難以充分展開。因此,在內(nèi)容設(shè)置上,主題式數(shù)學(xué)游戲課程需要與基礎(chǔ)課程進行有效整合,強化特定知識點的鞏固,聯(lián)系前后知識的應(yīng)用;依據(jù)學(xué)生已有的知識經(jīng)驗,將數(shù)學(xué)知識與游戲元素有機結(jié)合,形成更系統(tǒng)化和結(jié)構(gòu)化的主題;通過螺旋上升的教學(xué)序列,促進學(xué)生掌握技能、積累經(jīng)驗、拓展思維。在游戲設(shè)計過程中,教師應(yīng)充分考慮游戲內(nèi)容是否與學(xué)生經(jīng)驗相契合,包括觀察的經(jīng)驗、思考的經(jīng)驗和表達(dá)的經(jīng)驗。例如,游戲“聰明的猴王”以約瑟夫問題和二進制為背景。盡管高年級學(xué)生對數(shù)學(xué)規(guī)律的感知和提煉并不困難,但數(shù)學(xué)規(guī)律的逆向應(yīng)用涉及分段函數(shù)的特征和指數(shù)函數(shù)的變化規(guī)律,是對人教版數(shù)學(xué)廣角《找次品》的拓展延伸。因此,在設(shè)計游戲時,要把對規(guī)律的探究和應(yīng)用融入尋找猴王的情境中。
2.關(guān)注數(shù)學(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng)
數(shù)學(xué)游戲的內(nèi)容主要集中在數(shù)的游戲、形的游戲和邏輯的游戲這三大類。數(shù)的游戲以數(shù)為表現(xiàn)形式,建立數(shù)和數(shù)量的模型,通常涉及算術(shù)、代數(shù)、數(shù)論和排列組合等數(shù)學(xué)知識,旨在提升學(xué)生的推理意識和數(shù)感。形的游戲通過幾何圖形或幾何模型解決問題,旨在增強學(xué)生的空間觀念和幾何直觀。邏輯的游戲則側(cè)重于運用邏輯推理解決問題,包含邏輯推理題和有趣的數(shù)學(xué)悖論,旨在培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維和問題解決能力。
通過凸顯數(shù)學(xué)學(xué)科的價值,并將其融入基礎(chǔ)課程,有助于學(xué)生構(gòu)建認(rèn)知的邏輯序列,拾級而上。同時,關(guān)注學(xué)科核心素養(yǎng),有助于教師依據(jù)課程育人目標(biāo)有的放矢地進行教學(xué)。
(二)順應(yīng)學(xué)生思維發(fā)展
發(fā)展學(xué)生的數(shù)學(xué)思維是主題式數(shù)學(xué)游戲課程的核心目標(biāo)。根據(jù)皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展理論,學(xué)生對數(shù)學(xué)概念的理解會隨著年齡的增長和認(rèn)知成熟度的提高而逐步增強。在選擇游戲內(nèi)容時,教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生的年齡特點,側(cè)重于培養(yǎng)他們的不同能力:掌握基礎(chǔ)知識;提升技能技巧;發(fā)現(xiàn)新奇事物;拓展數(shù)學(xué)思維和檢驗數(shù)學(xué)能力。
游戲規(guī)則的設(shè)計、學(xué)習(xí)任務(wù)的迭代升級以及規(guī)律探索的過程,都指向提升學(xué)生的數(shù)學(xué)思維能力和問題解決能力。特別是在解決問題、概括制勝策略或探索數(shù)學(xué)規(guī)律的過程中,學(xué)生需要運用枚舉說理、圖式表征、列表歸納、假設(shè)驗證等數(shù)學(xué)方法,逐步從形象思維過渡到抽象思維。圍繞古今中外經(jīng)典的數(shù)學(xué)思維游戲或經(jīng)典趣題的改編游戲設(shè)計課程內(nèi)容,例如“玩轉(zhuǎn)七巧板”“鏡面對稱”“數(shù)學(xué)名題搶15”等,每一個數(shù)學(xué)游戲活動的設(shè)計應(yīng)重視讓學(xué)生經(jīng)歷“問題情境—探索嘗試—初步抽象—驗證歸納—聯(lián)想應(yīng)用”的活動過程。在探索嘗試的過程中,教師應(yīng)鼓勵學(xué)生大膽試錯,爭論辨析,從而在反思得失成敗的過程中培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和學(xué)習(xí)能力。
(三)融入主題游戲元素
數(shù)學(xué)和游戲并行,能夠承載學(xué)科價值并增強學(xué)習(xí)的趣味性。主題式數(shù)學(xué)游戲與游戲化的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)不同,其獨特之處在于前者融入了特定主題的游戲場景和統(tǒng)一的數(shù)學(xué)元素。在游戲中,情境不僅是學(xué)習(xí)任務(wù)的背景,更是將抽象數(shù)學(xué)概念轉(zhuǎn)化為具體、可操作內(nèi)容的橋梁。數(shù)學(xué)知識不只是若干個散點,而是在游戲情境中與遞進的游戲活動中具有關(guān)聯(lián)的元素。因此,在設(shè)計游戲時,通常以主題情境或任務(wù)解決為驅(qū)動,讓學(xué)生經(jīng)歷探索規(guī)律或嘗試成敗的過程,最后拓展、拓寬主題情境中的數(shù)學(xué)問題,或者創(chuàng)造、改進游戲規(guī)則以加深學(xué)生對知識難點的理解。
主題需要有趣,有趣的情境才能激發(fā)學(xué)生挑戰(zhàn)數(shù)學(xué)任務(wù)的好勝心和求知欲。數(shù)學(xué)規(guī)律本身可能顯得冷冰冰,但若將其融入求勝的氛圍、魔術(shù)探秘或童話故事等情境中,這些冰冷的內(nèi)容就有了溫暖。例如,在三年級“搶15”的游戲(如圖1)中,游戲規(guī)則是用三個數(shù)湊成15,但巴依老爺用金幣,參與游戲者用銀幣,決勝負(fù)之后,金幣銀幣皆歸勝者。這不禁讓人疑惑:難道巴依老爺一定贏嗎?引人入勝HTkx8feYVsFnFrhUqd1ck67Q0vtRJ9aCBcuq7A08UHQ=的主題情境設(shè)計能較好地激發(fā)學(xué)生參與探究的欲望。
主題需要連貫,這種連貫可以使自始至終圍繞著一個中心主題展開。教師可以將幾個緊密相連的內(nèi)容構(gòu)成一個完整的主題系列,即同一個情境多個活動內(nèi)容由易到難進階,形成連貫的課堂教學(xué)序列。例如,在“圖形運動戰(zhàn)”游戲中,設(shè)計在同一個方格圖上開展圖形博弈的情境,從長方體上的長方形面的平移運動進階為三棱柱上三角形面的平移和旋轉(zhuǎn)等運動。
將數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)融入學(xué)生熟悉且富有挑戰(zhàn)性的游戲情境,可以增強學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和情感投入度,使主題式數(shù)學(xué)游戲課程更具吸引力和實用性。
三、主題式數(shù)學(xué)游戲課程的教學(xué)實施
在主題式數(shù)學(xué)游戲課程的教學(xué)中,學(xué)生不僅發(fā)現(xiàn)了眾多數(shù)學(xué)規(guī)律,還能掌握一些計算模型,并挖掘其背后蘊含的數(shù)學(xué)思想方法以及感受學(xué)習(xí)活動本身所帶來的樂趣。因此,主題式數(shù)學(xué)游戲的教學(xué)組織方式與常規(guī)的課堂教學(xué)模式存在差異。
(一)主題式數(shù)學(xué)游戲的課堂分類組織
對數(shù)學(xué)課程中眾多的游戲活動進行分類組織,有助于把握各類游戲活動的特色,并快速有效地組織教學(xué)。根據(jù)互動形式的不同,主題式數(shù)學(xué)游戲可以分為博弈型和探究型兩種。
博弈型數(shù)學(xué)游戲具有競爭性質(zhì),通常由兩人或多人參與。游戲者運用數(shù)學(xué)知識感悟并總結(jié)出抽象eejGCMKKYzIxy7TFd1x8TAeWlJA/pdX5bPjr9Xmv+i4=的制勝策略,并通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)邏輯進行推理以求勝。學(xué)生需要通過預(yù)測對手的行為并做出相應(yīng)的反應(yīng),即運用通常所說的防御和進攻策略,并在博弈的情境中作出最佳決策。然而,博弈型數(shù)學(xué)游戲的結(jié)果往往受到對手的行動或其他不可預(yù)測因素的影響。博弈型數(shù)學(xué)游戲的核心在于學(xué)生之間的互動和制勝策略的選擇,旨在讓學(xué)生在互動中發(fā)展邏輯思維、決策能力和應(yīng)變能力。
探究型數(shù)學(xué)游戲則通過學(xué)習(xí)任務(wù)和問題情境的驅(qū)動,通常以個體獨立探究、全班辨析歸納的形式進行。學(xué)生根據(jù)自己的興趣和想法選擇研究方式,如借助畫圖說明、實物操作和列表歸納等,通過親身體驗和實際操作來理解和發(fā)現(xiàn)新知識。在開展探究型數(shù)學(xué)游戲時鼓勵學(xué)生主動參與、探索未知,經(jīng)歷猜想結(jié)果、驗證試誤等過程。這類游戲適用于培養(yǎng)學(xué)生歸納數(shù)學(xué)規(guī)律和進行合情推理的能力。
(二)主題式數(shù)學(xué)游戲的課堂實施路徑
在主題式數(shù)學(xué)游戲課堂中,遞進式的教學(xué)與不同教學(xué)模式相結(jié)合,幫助教師更有效地引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí);層層遞進的教學(xué)過程使學(xué)生在探索、應(yīng)用和挑戰(zhàn)中不斷提升數(shù)學(xué)能力。根據(jù)探究型數(shù)學(xué)游戲與博弈型數(shù)學(xué)游戲的不同特征,可以概括出通用的、可操作的遞進式教學(xué)模式(如圖2)。
探究型數(shù)學(xué)游戲通過探索發(fā)現(xiàn)和同伴合作的方式尋找規(guī)律、解決問題,并拓展規(guī)則,旨在提升學(xué)生的探究能力與合作能力。教學(xué)策略側(cè)重于協(xié)作學(xué)習(xí)、探究式探索和反思性思考。教學(xué)遞進呈現(xiàn)“猜想—驗證—再猜想—再驗證”的過程,學(xué)生在反復(fù)地探索與驗證中逐步理解數(shù)學(xué)原理。通過“概括結(jié)論—順向應(yīng)用—逆向應(yīng)用”的遞進,學(xué)生從提煉數(shù)學(xué)概念到在不同情境中靈活應(yīng)用概念。教師通過設(shè)計遞進的任務(wù),并通過反思性問題和反饋,幫助學(xué)生分析游戲中的邏輯關(guān)系,將游戲策略與數(shù)學(xué)概念聯(lián)系起來,最終實現(xiàn)從探索到應(yīng)用的學(xué)習(xí)目標(biāo)。
博弈型數(shù)學(xué)游戲具有競爭性質(zhì),游戲具備數(shù)學(xué)邏輯結(jié)構(gòu)和明確的游戲規(guī)則,適合培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)思維和邏輯嚴(yán)謹(jǐn)性。遞進序列按照“理解規(guī)則(示范玩)—熟悉規(guī)則(嘗試玩)—操作規(guī)則(熟練玩)—改編規(guī)則(創(chuàng)新玩)”的過程展開。學(xué)生先通過演示初步理解規(guī)則并進行嘗試,隨后在互動游戲中熟悉規(guī)則,并將策略應(yīng)用于游戲挑戰(zhàn)。隨著“闖關(guān)升級”而逐步增加游戲難度,學(xué)生在不斷地挑戰(zhàn)與博弈中歸納并優(yōu)化制勝策略,提升邏輯思維能力。最終,學(xué)生通過創(chuàng)新游戲規(guī)則,拓展游戲玩法,或?qū)⒃瓉淼挠螒蚋木帪樾掠螒?,進一步提升創(chuàng)造力與應(yīng)用能力。
依據(jù)上述依遞進序列組織的游戲教學(xué)流程,能快速有序地開展游戲活動,突出動手操作和合作探究等特點,合理分配時間和空間,增強課堂的互動性、趣味性和挑戰(zhàn)性。此外,這兩種主題式數(shù)學(xué)游戲相互關(guān)聯(lián),彼此支持。如在游戲互動交流環(huán)節(jié),二者都指向規(guī)律的概括或策略的提升。盡管兩種游戲類型的實施步驟不同,但它們的每個環(huán)節(jié)都旨在培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)和綜合能力。
(三)主題式數(shù)學(xué)游戲的課堂實施策略
盡管數(shù)學(xué)游戲都可依照上述的兩種流程組織教學(xué),但是游戲教學(xué)不同于傳統(tǒng)的課堂教學(xué),在具體的實施過程中需要采取不同的策略。
1.游戲規(guī)則的理解和改造相輔相成
游戲規(guī)則是決定游戲是否成功的關(guān)鍵因素。首先,理解規(guī)則至關(guān)重要,是游戲順利進行的基礎(chǔ)。規(guī)則的解讀有多種方式:可以整體呈現(xiàn)規(guī)則,讓學(xué)生獨立解讀文本,并利用流程圖簡化規(guī)則,按步驟動態(tài)理解;也可以通過觀看演示,利用預(yù)先準(zhǔn)備的微視頻對話和課堂師生互動演示,直觀形象地理解規(guī)則;還可以通過初步嘗試,辨析規(guī)則操作的正誤以加深理解。其次,遵守規(guī)則是游戲順利進行的保障。因此,教師需要維護規(guī)則的公平性,確保學(xué)生在公平的環(huán)境中參與游戲,從而更專注于規(guī)則中所蘊含的數(shù)學(xué)邏輯,并在游戲過程中不斷探索和發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)的奧秘。最后,拓展和延伸游戲規(guī)則。在熟悉游戲并積累了一定策略和經(jīng)驗后,學(xué)生將具備對知識進行再創(chuàng)造和再發(fā)現(xiàn)的能力,敢于打破、重組、拓展規(guī)則。具有彈性的游戲規(guī)則更能激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維,使學(xué)生由“玩家”轉(zhuǎn)變?yōu)椤坝螒蛟O(shè)計師”。
2.游戲反饋的即時性和延時性相輔相成
游戲反饋的即時性是游戲最吸引人的特征之一。正確的操作立即得到確認(rèn),錯誤的操作也會立刻顯現(xiàn),勝利和失敗都在短時間內(nèi)變得清晰可見。這種即時反饋能滿足學(xué)生的成就感,并激發(fā)他們改變策略、進一步探究的欲望。學(xué)生總是希望發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)規(guī)律,戰(zhàn)勝對手以確保勝利,或者熟練游戲后創(chuàng)新游戲規(guī)則以挑戰(zhàn)更高層級的游戲。當(dāng)然,數(shù)學(xué)的許多結(jié)論并非存在于單一維度,方法策略也具有多樣性,特別是在完成探究性任務(wù)時,延時評判可能更有利于學(xué)生對問題的深入思考和反向追問。因此,在推進教學(xué)序列時,教師要根據(jù)問題情境的要求選擇合適的反饋方式。
3.評價標(biāo)準(zhǔn)的單一性和多元性相輔相成
主題式數(shù)學(xué)游戲的教學(xué)是教師引導(dǎo)下的集體活動,擁有統(tǒng)一的課程目標(biāo),同時也具有課程特有的多元化評價標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)既對應(yīng)全班學(xué)生的總體水平,又契合學(xué)生的個體差異;既關(guān)注學(xué)生對結(jié)論的理解和應(yīng)用,又重視學(xué)生的過程性體驗;既要融合學(xué)生的學(xué)習(xí)情況、積極性、潛力等方面,又要全面、科學(xué)地反饋游戲教學(xué)的成效。游戲評價既可以橫向比較學(xué)生之間的水平差異,又可以縱向激勵學(xué)生不斷超越自我。
綜上所述,教師要通過游戲的方式,鼓勵學(xué)生用數(shù)學(xué)的眼光來觀察和分析游戲中的現(xiàn)象,用數(shù)學(xué)的思維來思考和探究游戲中的規(guī)律,用數(shù)學(xué)的語言來表達(dá)和呈現(xiàn)游戲中的知識邏輯。主題式數(shù)學(xué)游戲課程以創(chuàng)新的方式將數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)與游戲相融合,這樣的課程具有趣味性和實用性,激發(fā)了學(xué)生的好奇心和想象力,提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)造能力。數(shù)學(xué),由此變得生動有趣、鮮活溫暖。
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(浙江省臺州市椒江區(qū)教育教學(xué)發(fā)展中心)
本文系浙江省教育科學(xué)規(guī)劃2023年度重點課題“數(shù)學(xué)游戲:核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的學(xué)科拓展體系構(gòu)建與實施”(課題編號:2023SB084)的研究成果。