数学与编程的相遇,是一场美妙的思维交响。二者彼此赋能:编程不仅是学习数学的得力工具,数学思维也反过来深化编程的逻辑与美感,形成相互促进的良性循环。
1 培养数感
在编程的世界里,数字无处不在,数感的培养于潜移默化中自然发生。
首先,数的表示在编程中尤为丰富直观。例如在Scratch中,数字90可表示移动步数、缩放比例、方向角度、旋转度数乃至透明度状态。在创造过程中,数字不再抽象,而是与具体情境紧密相连。
其次,数的估算能力在编程中得以自然锻炼。例如设计一个“开心农场”作品时,需要估算角色(如鸡)的活动范围坐标、克隆体的合适数量及透视缩放比例。这要求理解坐标系并合理估算,过程充满趣味与挑战。
再者,对大数的感受可通过编程变得具体。经典的“折纸问题”——探究对折纸张多次后的厚度——在现实中难以操作,但一段简短的Scratch程序便能模拟。当孩子们发现对折23次后厚度竟超迪拜哈利法塔,对折27次后远超珠峰高度时,指数增长的震撼力不言而喻。
最后,随机数的应用让编程作品充满灵性。从模拟骰子点数到随机点名,编程让抽象的概率变得可触可感。
2 感受几何与空间
编程为理解几何与空间提供了动态的实验场。
坐标与位置的理解在放置角色时自然形成;孩子通过拖动角色观察坐标变化,建立起数与位置的直观对应,未来学习坐标系时将倍感亲切。
运动与方向的判断可通过编程强化。例如解决“小猫寻路”这类方向转换问题时,孩子通过编写指令控制角色转向,其代入感和操作性远胜凭空想象。
几何图形及其特性通过编程绘制变得生动。从画线段到绘制多边形,孩子在实践中探索“边数”与“旋转角度”的关系(边数×旋转角度=360°),这一在传统课堂中较晚接触的概念,低龄孩子通过试错便能领会。
3 呈现规律与模式
规律与模式是数学与编程共同的核心之美。
循环与乘法的关系在编程中一目了然:让角色重复移动固定步数,直观体现了乘法是重复的加法,甚至能启发对交换律和运算顺序的思考。
图形与数学的结合能创造出视觉之美。通过调整循环次数、旋转角度或引入变量,简单的多边形可演变为复杂的螺旋线或绚丽的分形图案。编程就像一套魔法绘图工具,将“数”与“形”的结合推向全新境界。
4 帮助理解抽象数学概念
编程能将许多抽象数学概念提前、具象地呈现。
排列与组合问题,如彩球颜色搭配,通过编写嵌套循环程序便可系统枚举,这比传统手工枚举更高效严谨。
枚举思想在解决“鸡兔同笼”等问题时优势尽显:计算机擅长快速遍历所有可能组合,让孩子专注于逻辑构建而非繁琐计算。
5 思考如何思考
编程最深刻的礼物,或许是它迫使我们审视思考本身,理解人脑与“机器脑”的差异。
调试策略的培养至关重要。在编程中,出错是常态,调试是必备技能。这教会孩子一种宝贵的成长型思维:解决问题是一个渐进、迭代、不断优化的过程。不同的思考方式在对比中愈发清晰。例如求1到n的和,人类可以巧妙运用高斯公式,计算机则“笨拙”而可靠地逐次累加,递归方法则融合了数学归纳与程序执行的智慧。再如“爬台阶”问题,从枚举、组合到发现递推公式并用编程求解,完整展现了从具体到抽象,再借助工具将抽象化为具体结果的思维链条。编程让我们能够选择、实践并融合不同的思考路径。结语
“我们塑造了工具,而后工具也在塑造我们。” “学编程,更是通过编程去学习”,其核心价值在于,计算机与编程为我们创造了一个丰富、包容且鼓励试错的文化环境。在这个环境里,数学等学科得以扎根于实践的沃土,生长得更加繁茂。学科间人为的壁垒被打破,融合与相互促进成为可能。即便在AI技术迅猛发展的今天,编程作为一种“元技能”,其培养系统性思维、赋能深度学习的核心价值,不仅没有褪色,反而愈发彰显。它训练的不是简单的代码书写,而是一种理解世界、解决问题的根本性能力。