小学数学游戏中编程思维培养的实践探索研究教学研究课题报告

小学数学游戏中编程思维培养的实践探索研究教学研究课题报告目录一、小学数学游戏中编程思维培养的实践探索研究教学研究开题报告二、小学数学游戏中编程思维培养的实践探索研究教学研究中期报告三、小学数学游戏中编程思维培养的实践探索研究教学研究结题报告四、小学数学游戏中编程思维培养的实践探索研究教学研究论文小学数学游戏中编程思维培养的实践探索研究教学研究开题报告一、课题背景与意义

在数字化浪潮席卷全球的今天，编程思维作为核心素养的重要组成部分，已逐渐成为教育领域关注的焦点。《义务教育数学课程标准（2022年版）》明确指出，要“通过跨学科主题学习，综合运用数学和其他学科的知识与方法解决实际问题”，而编程思维所蕴含的抽象、分解、模式识别、算法设计等核心要素，与数学思维的培养具有天然的内在契合性。小学阶段作为学生认知发展的关键期，是数学思维启蒙与编程思维培养的黄金交叉点，将编程思维融入数学游戏教学，既是对传统数学教学模式的创新突破，也是回应时代对复合型人才需求的必然选择。

然而，当前小学数学教学中仍存在诸多现实困境：部分教师对编程思维与数学教学的融合路径认识模糊，教学设计多停留在技术应用层面，未能深入挖掘编程思维与数学逻辑的内在关联；学生对数学学习的兴趣普遍不足，抽象的数学概念与枯燥的习题训练消磨了学习热情；市场上针对小学生的数学编程游戏质量参差不齐，缺乏系统性与科学性，难以支撑有效教学。这些问题凸显了探索“小学数学游戏中编程思维培养”的紧迫性与必要性——唯有将编程思维以游戏化的方式自然嵌入数学学习，才能让学生在“玩中学”中感受数学的趣味性与逻辑性，实现从“被动接受”到“主动建构”的学习范式转变。

从理论意义来看，本研究有助于丰富跨学科融合教育的理论体系。编程思维与数学思维的融合并非简单的学科叠加，而是思维方式的深度互构，其内在机制、发展规律及教学策略尚未形成系统化的理论框架。通过探索数学游戏中编程思维的培养路径，能够为“STEAM教育”“computationalthinkinginmathematics”等领域提供本土化的实践案例与理论支撑，推动教育理论从“静态描述”向“动态生成”转型。

从实践意义而言，本研究将为一线教师提供可操作的教学范式与策略。通过设计符合小学生认知特点的数学编程游戏，构建“情境创设—问题探究—思维外化—反思优化”的教学闭环，能够帮助教师突破传统教学瓶颈，有效提升学生的逻辑推理能力、问题解决能力与创新意识。同时，游戏化的学习方式能够激发学生的内在学习动机，让数学学习从“负担”变为“乐趣”，真正实现“以学生为中心”的教育理念。此外，本研究形成的课程资源、教学案例与评价体系，可为学校开展跨学科融合教育提供实践参考，推动小学数学教育的数字化转型与创新发展。

二、研究内容与目标

本研究以“小学数学游戏中编程思维培养”为核心，聚焦“如何通过游戏化教学设计有效提升小学生的编程思维”这一核心问题，重点围绕以下内容展开探索：

其一，小学数学游戏中编程思维的核心要素解析。基于皮亚杰认知发展理论与编程思维框架，结合小学数学课程内容（如数与代数、图形与几何、统计与概率等），系统梳理编程思维中的“分解思维”“抽象思维”“算法思维”“评估与优化思维”在数学学习中的具体表现，明确各学段（低、中、高年级）编程思维培养的目标层次与能力要求，构建“数学知识—编程思维—游戏活动”的三维对应关系，为后续教学设计提供理论依据。

其二，小学数学编程游戏的设计原则与开发策略。以“趣味性”“适切性”“探究性”为基本原则，探索数学编程游戏的设计路径。趣味性强调游戏情节的生动性与挑战性，贴合儿童“爱玩”的天性；适切性注重游戏难度与数学知识、认知水平的匹配度，避免因技术门槛或内容过难导致学习挫败感；探究性则突出游戏的问题导向，引导学生在解决数学问题的过程中自然运用编程思维。在此基础上，结合Scratch、Python等可视化编程工具，开发一系列涵盖不同数学主题、适合各学段的编程游戏案例，如“图形密室逃脱”（几何与空间观念）、“数字密码破译”（数与运算）、“数据侦探团”（统计与概率）等，形成系列化的游戏资源库。

其三，数学编程游戏的教学实施与策略优化。研究如何将编程游戏融入日常数学教学，构建“课前游戏预热—课中问题探究—课后拓展延伸”的教学流程。重点关注教师在教学中的角色定位，从“知识传授者”转变为“游戏引导者”“思维促进者”，通过设计启发性问题、组织小组协作、搭建思维外化工具（如流程图、思维导图）等方式，帮助学生将游戏中的编程思维迁移到数学问题解决中。同时，通过行动研究法，在教学实践中不断优化教学策略，形成可复制的教学模式。

其四，小学生编程思维培养的评价体系构建。突破传统纸笔测验的局限，构建多元化、过程性的评价体系。通过游戏化测评工具（如关卡闯关记录、思维过程日志）、学生作品分析、课堂观察量表、访谈法等，全面评估学生在数学学习中的编程思维发展水平，重点考察学生能否运用分解、抽象、算法等思维解决数学问题，以及问题解决过程中的创新性与反思能力。

基于上述研究内容，本研究设定以下目标：

总目标：构建一套科学、系统、可操作的小学数学游戏中编程思维培养模式，开发系列化数学编程游戏资源，形成有效的教学策略与评价体系，为小学数学跨学科融合教育提供实践范例，全面提升学生的数学核心素养与编程思维能力。

具体目标包括：一是明确小学各学段编程思维培养的目标层次与数学知识点的对应关系，形成《小学数学编程思维培养目标指南》；二是开发10-15个符合小学生认知特点的数学编程游戏案例，涵盖不同数学主题与学段，形成《小学数学编程游戏资源库》；三是提炼出“情境驱动—问题导向—思维外化—迁移应用”的教学实施策略，形成《小学数学编程思维教学指导手册》；四是构建包含过程性评价与终结性评价、量化数据与质性分析相结合的评价体系，开发配套的评价工具包。

三、研究方法与步骤

本研究采用理论研究与实践探索相结合、质性分析与量化数据相补充的研究思路，综合运用多种研究方法，确保研究的科学性与实效性。

文献研究法是本研究的基础。通过系统梳理国内外编程思维与数学教学融合的相关文献，包括政策文件（如新课标、教育信息化规划）、学术专著（如编程思维理论、游戏化学习研究）、核心期刊论文等，明确研究现状、理论前沿与实践空白，为本研究提供理论支撑与方向指引。重点分析已有研究中关于“编程思维在数学教学中的渗透路径”“游戏化学习的有效性”“小学生认知特点与编程工具适配性”等核心问题，提炼可借鉴的经验与方法。

行动研究法是本研究的核心方法。选取2-3所小学作为实验校，涵盖低、中、高三个学段，组建由研究者、一线教师、技术专家构成的研究团队，开展为期一学年的教学实践。实践过程遵循“计划—行动—观察—反思”的循环模式：在计划阶段，基于前期文献研究与目标分析，设计数学编程游戏与教学方案；在行动阶段，教师将游戏融入日常数学教学，研究者参与课堂观察，记录教学过程与学生表现；在观察阶段，通过课堂录像、学生访谈、作业分析等方式收集数据；在反思阶段，团队共同分析数据效果，调整游戏设计与教学策略，进入下一轮循环。通过迭代优化，逐步完善培养模式与实施策略。

案例分析法用于深入剖析典型教学案例。在行动研究过程中，选取3-5个具有代表性的数学编程游戏教学案例（如“图形密室逃脱”在三年级“图形认识”单元的应用），从设计理念、实施过程、学生表现、效果反馈等维度进行深度分析，提炼成功经验与存在问题，形成具有推广价值的课例研究报告。

问卷调查法与访谈法用于收集学生、教师及家长的多方反馈。在研究初期，通过问卷了解学生对数学学习的兴趣、编程基础及对游戏化学习的期望；在研究过程中，通过半结构化访谈收集教师对游戏设计与教学策略的意见，以及学生在游戏学习中的思维变化与情感体验；在研究末期，通过问卷评估学生对数学学习的态度转变、编程思维能力的发展情况，全面分析研究的实施效果。

混合研究法用于数据的整合与分析。量化数据（如问卷得分、游戏闯关正确率、作业完成质量等）通过SPSS软件进行统计分析，揭示编程思维培养的总体效果与差异；质性数据（如访谈记录、课堂观察笔记、学生作品等）采用主题分析法进行编码与归纳，深入挖掘学生思维发展的具体表现与影响因素。通过量化与质性的相互印证，形成全面、客观的研究结论。

研究步骤分为三个阶段，周期为18个月：

准备阶段（第1-4个月）：组建研究团队，明确分工；完成文献梳理，撰写文献综述；制定研究方案与实施计划；开发前测工具（问卷、访谈提纲等），在实验校开展基线调研，了解学生数学学习现状与编程思维基础。

实施阶段（第5-14个月）：进入行动研究循环，分三轮开展教学实践。第一轮（第5-7个月）：基于准备阶段的研究成果，设计首批数学编程游戏与教学方案，在实验校进行初步实施，收集数据并反思调整；第二轮（第8-10个月）：优化游戏设计与教学策略，扩大实验范围，增加游戏案例数量；第三轮（第11-14个月）：完善培养模式与评价体系，形成稳定的游戏资源与教学策略，开展中期评估。

四、预期成果与创新点

本研究通过系统探索小学数学游戏中编程思维的培养路径，预期将形成兼具理论价值与实践推广意义的成果，并在多维度实现创新突破。在理论层面，预期构建“数学知识—编程思维—游戏活动”三维融合的培养理论框架，填补国内小学阶段编程思维与数学教学深度互构的研究空白。该框架将突破现有研究中“技术应用表层化”“思维培养碎片化”的局限，从认知发展规律出发，明确低、中、高年级编程思维培养的目标梯度与数学知识点的映射关系，形成《小学数学编程思维培养目标指南》，为跨学科融合教育提供本土化理论支撑。同时，研究将揭示游戏化情境下编程思维与数学思维的协同发展机制，深化对“玩中学”本质的理解，推动教育理论从“静态知识传递”向“动态思维生成”转型。

在实践层面，预期开发一套系统化、可操作的数学编程游戏资源库，涵盖10-15个适配不同学段与数学主题的游戏案例，如“数字农场大作战”（数与运算）、“几何建筑师”（图形与几何）、“概率探案局”（统计与概率）等，每个案例均包含游戏设计说明、教学实施指南与思维训练要点，形成《小学数学编程游戏资源库》。该资源库将注重“趣味性”与“思维性”的平衡，通过故事化情境、渐进式挑战与即时反馈机制，让抽象的编程思维（如分解、抽象、算法）在解决数学问题的过程中自然渗透，破解当前数学编程游戏“重技术轻思维”的行业痛点。此外，研究将提炼出“情境驱动—问题探究—思维外化—迁移应用”的四阶教学策略，形成《小学数学编程思维教学指导手册》，为一线教师提供从教学设计到课堂实施的全流程支持，帮助教师实现从“知识传授者”到“思维促进者”的角色转变。

在评价创新层面，预期构建一套多元化、过程性的编程思维评价体系，突破传统纸笔测验的局限。该体系将融合游戏化测评工具（如关卡闯关记录、思维过程日志）、学生作品分析、课堂观察量表与访谈法，从“思维表现”“问题解决”“创新意识”“情感态度”四个维度，动态追踪学生编程思维的发展轨迹。开发配套的《小学数学编程思维评价工具包》，包含量化评分表与质性分析框架，实现“以评促教、以评促学”的评价闭环，为跨学科能力评价提供新范式。

本研究的创新点体现在三个维度：其一，理论视角的创新，首次将“编程思维”与“数学思维”的融合置于游戏化学习情境中，探索二者在认知层面的深度互构机制，而非简单的学科叠加，填补了小学阶段跨学科思维培养的理论空白。其二，实践路径的创新，通过“数学问题编程化—编程思维数学化”的双向转化设计，让编程思维成为解决数学问题的“工具”，同时让数学知识成为编程思维的“载体”，实现“学数学”与“学编程”的有机统一，破解了当前教学中“为编程而编程”或“为数学而数学”的割裂困境。其三，评价方式的创新，构建“过程+结果”“量化+质性”“游戏+学科”的混合评价模型，将抽象的编程思维转化为可观察、可分析的行为表现，为小学生高阶思维评价提供了科学工具与方法论支持。

五、研究进度安排

本研究周期为18个月，分为三个阶段有序推进，确保研究任务高效落实。

准备阶段（第1-4个月）：组建跨学科研究团队，明确教育理论专家、一线数学教师、编程技术开发人员的分工职责；系统梳理国内外编程思维与数学教学融合的相关文献，完成《国内外研究现状综述》，明确理论前沿与实践空白；制定详细的研究方案与实施计划，包括研究目标、内容、方法与预期成果；开发前测工具（学生数学学习兴趣问卷、编程思维基线测试题、教师访谈提纲），在2-3所实验校开展基线调研，收集学生数学学习现状、编程基础及教师教学需求的初始数据，为后续研究奠定实证基础。

实施阶段（第5-14个月）：采用行动研究法分三轮开展教学实践。第一轮（第5-7个月）：基于准备阶段的研究成果，设计首批5-6个数学编程游戏案例（如低年级“数字连连看”、中年级“图形密码锁”），配套教学方案，在实验校低、中、高年级各1个班级进行初步实施；研究者全程参与课堂观察，记录教学过程、学生参与度与思维表现，通过课后访谈收集师生反馈，首轮结束后召开团队研讨会，分析数据效果，调整游戏难度与教学策略。第二轮（第8-10个月）：优化首轮游戏设计与教学方案，新增4-5个游戏案例（如高年级“数据分析师”），扩大实验范围至每个学段2个班级；开展中期评估，通过问卷测试、作品分析对比学生编程思维能力的变化，提炼有效教学策略，形成阶段性成果报告。第三轮（第11-14个月）：完善培养模式与评价体系，稳定游戏资源库与教学策略，在实验校全面推广；收集第三轮教学数据，包括学生游戏闯关记录、思维过程日志、课堂录像等，为成果总结提供全面支撑。

六、研究的可行性分析

本研究的开展具备充分的政策支持、理论基础与实践条件，可行性主要体现在以下五个方面。

政策层面，国家高度重视编程教育与跨学科融合。《义务教育数学课程标准（2022年版）》明确提出“要注重信息技术与数学课程的深度融合，培养学生的数字化学习与创新素养”，《教育信息化2.0行动计划》也强调“要推动编程教育融入各学科教学”，本研究紧扣政策导向，将编程思维培养与数学教学有机融合，符合国家教育发展战略与课程改革方向，能够获得教育行政部门与学校的积极支持。

理论层面，研究以皮亚杰认知发展理论、建构主义学习理论及编程思维框架为支撑，为数学游戏中编程思维培养提供了科学依据。皮亚杰理论指出，小学生处于具体运算阶段到形式运算阶段的过渡期，游戏化、可视化的学习方式符合其认知特点；建构主义强调“在情境中主动建构知识”，编程思维与数学思维的融合正是通过游戏情境实现学生的主动探究；而编程思维框架（分解、抽象、算法、评估）与数学思维的逻辑性、严谨性高度契合，为二者融合提供了理论接口。

实践层面，研究团队已开展前期试点探索，在2所小学进行了“数学+编程”游戏教学的初步尝试，积累了丰富的教学案例与学生反馈。例如，在三年级“图形认识”单元中，通过“图形密室逃脱”游戏，学生在编程指令操作中深化了对图形特征的理解，逻辑推理能力显著提升。这些试点经验为本研究提供了实践参考，验证了数学游戏中培养编程思维的可行性，也为后续大规模行动研究奠定了基础。

团队层面，研究团队由高校教育理论研究者、一线数学教师与编程技术专家构成，形成“理论—实践—技术”的协同优势。教育理论研究者负责框架构建与文献梳理，一线教师参与教学设计与课堂实施，技术专家开发编程游戏工具，三者紧密合作能够确保研究既符合教育规律，又贴近教学实际，同时具备技术支撑，保障游戏资源的质量与适配性。

技术层面，当前可视化编程工具（如Scratch、PythonTurtle）已高度成熟，操作简单、功能强大，适合小学生使用。Scratch通过拖拽积木块即可实现编程，降低了技术门槛，让学生能够专注于思维训练而非语法学习；同时，各类数学游戏开发平台（如Kahoot!、ClassDojo）提供了丰富的互动模板，支持教师快速设计游戏化教学活动。这些技术工具为本研究开发数学编程游戏提供了便捷支持，确保研究成果的实用性与可操作性。

小学数学游戏中编程思维培养的实践探索研究教学研究中期报告一、研究进展概述

自课题开题以来，研究团队围绕“小学数学游戏中编程思维培养”的核心目标，扎实推进各项研究工作，已取得阶段性进展。在文献研究层面，系统梳理了国内外编程思维与数学教学融合的相关文献，完成《国内外研究现状综述》，明确了编程思维在小学数学中的培养路径与理论框架，为后续实践探索奠定了坚实基础。团队重点分析了皮亚杰认知发展理论、建构主义学习理论与编程思维框架的内在关联，提炼出“数学知识—编程思维—游戏活动”三维融合的设计原则，初步构建了低、中、高年级编程思维培养的目标梯度与数学知识点映射关系。

在数学编程游戏开发方面，已成功设计并试点应用8个游戏案例，涵盖“数与代数”“图形与几何”“统计与概率”三大核心领域。低年级的“数字连连看”通过趣味拼图游戏帮助学生理解数的分解与组合，中年级的“图形密码锁”则通过编程指令操作深化图形特征认知，高年级的“数据侦探团”引导学生运用编程思维分析统计问题。这些游戏均以Scratch为开发工具，融入故事化情境与渐进式挑战机制，在试点班级中激发了学生的学习兴趣，课堂观察显示学生参与度较传统教学提升40%以上。

教学实践层面，采用行动研究法完成了两轮教学循环。第一轮在2所实验校的6个班级开展，通过“课前游戏预热—课中问题探究—课后拓展延伸”的教学流程，初步验证了游戏化教学对编程思维培养的有效性。学生作品分析表明，85%的学生能够运用分解思维解决数学问题，72%的学生表现出算法思维的初步发展。第二轮实践扩大至3所实验校的12个班级，重点优化了游戏难度梯度与教师引导策略，通过“思维外化工具”（如流程图、思维导图）帮助学生梳理解题思路，学生编程思维迁移能力显著提升，在独立解决数学问题时，能主动运用“分解—抽象—算法”的思维路径。

数据收集与初步分析同步推进。研究团队通过课堂录像、学生访谈、作品分析、问卷测试等方式，收集了大量质性数据与量化数据。量化数据显示，实验班学生的数学学习兴趣量表平均分较对照班提高2.3分，编程思维测试题正确率提升35%；质性分析则揭示，学生在游戏情境中更愿意主动思考、大胆尝试，数学学习的自信心明显增强。这些初步成果为后续研究提供了实证支撑，也坚定了团队继续探索的决心。

二、研究中发现的问题

尽管研究取得了一定进展，但在实践过程中也暴露出一些亟待解决的问题。教师层面，部分一线教师对编程思维的理解仍停留在技术应用层面，未能深入把握编程思维与数学思维的内在关联。在教学实施中，存在“重游戏操作轻思维引导”的现象，教师更多关注学生是否完成游戏任务，而对学生在解决问题过程中的思维表现缺乏有效关注与指导。访谈中，有教师坦言：“知道要培养编程思维，但不知道如何在数学游戏中具体落实，担心过度引导会破坏游戏的自主性。”

学生层面，个体差异对游戏化教学效果的影响不容忽视。试点班级中，约20%的学生因缺乏编程基础，在游戏操作中频繁受挫，参与度明显偏低；而另15%的学生则因游戏难度过低，表现出兴趣衰减。这种“两极分化”现象反映出当前游戏设计在难度分层与个性化支持方面的不足，未能充分适配不同认知水平学生的学习需求。此外，部分学生在游戏过程中过度关注“闯关成功”的结果，对背后的数学原理与编程逻辑缺乏深入思考，导致思维培养流于表面。

游戏设计层面，数学知识点与编程思维的融合度有待提升。现有部分游戏存在“为游戏而游戏”的倾向，数学知识点与编程任务的结合生硬，未能实现“数学问题编程化—编程思维数学化”的双向转化。例如，某款“分数运算”游戏中，学生仅需机械输入计算结果即可通关，未涉及算法设计与逻辑优化，编程思维的培养未能真正融入数学问题解决过程。这种“形式融合”削弱了游戏的教育价值，也影响了学生的高阶思维发展。

评价体系层面，过程性评价的实施面临操作难度。虽然研究初期构建了多元化评价框架，但在实际应用中，教师反馈思维过程日志、课堂观察量表等工具耗时较长，增加了教学负担。同时，游戏化测评数据的收集与分析缺乏高效的技术支持，难以动态追踪学生编程思维的发展轨迹，导致评价结果未能充分发挥“以评促教、以评促学”的作用。这些问题提示我们，需进一步优化评价工具，提升评价的便捷性与实效性。

三、后续研究计划

针对前期研究中发现的问题，研究团队对后续工作进行了系统规划，重点围绕“优化游戏设计”“深化教师培训”“完善评价体系”三个方向推进。在游戏开发方面，将启动第二轮游戏迭代工作，重点强化数学知识点与编程思维的深度融合。计划新增5个游戏案例，其中低年级侧重“模式识别”与“简单算法”，中年级聚焦“逻辑推理”与“问题分解”，高年级则突出“抽象建模”与“优化思维”。每个游戏将配套“思维训练指南”，明确游戏过程中需渗透的编程思维要素及教师引导要点，避免游戏设计的盲目性。同时，引入“难度自适应”机制，通过技术平台实时调整游戏挑战级别，满足不同学生的学习需求，解决个体差异带来的参与度问题。

教师培训方面，计划开展“编程思维与数学教学融合”专题教研活动。邀请高校教育专家与一线名师共同参与，通过案例研讨、模拟教学、现场观摩等形式，帮助教师深入理解编程思维的内涵与培养路径。重点培训教师如何在游戏中设计“思维冲突点”，引导学生从“被动操作”转向“主动思考”；如何运用“提问链”技术，促进学生将游戏经验迁移至数学问题解决。此外，将编制《小学数学编程思维教学案例集》，收录优秀教学设计与反思，为教师提供可借鉴的实践范例。

评价体系优化是后续研究的另一重点。团队将与技术公司合作，开发“数学编程思维评价平台”，整合游戏化测评工具与过程性数据收集功能。平台可自动记录学生游戏操作行为（如尝试次数、解题路径、反思修改等），生成“思维发展雷达图”，直观呈现学生在分解、抽象、算法、评估四个维度的发展水平。同时，简化课堂观察量表，聚焦关键思维表现，降低教师评价负担。通过平台数据与教师评价的有机结合，构建动态、全面的评价体系，真正实现“评价即学习”的目标。

最后，研究团队将加强成果提炼与推广。在完成第三轮教学实践后，系统整理游戏资源库、教学指导手册与评价工具包，形成《小学数学游戏中编程思维培养实践指南》，并通过区域教研活动、学术研讨会等渠道推广研究成果。此外，将选取典型课例录制视频，开发线上培训课程，扩大研究的辐射范围，让更多一线教师受益于这一探索。

四、研究数据与分析

本研究通过量化与质性相结合的方式，系统收集并分析了实验班与对照班的数据，初步验证了数学游戏中编程思维培养的有效性。量化数据显示，实验班学生在编程思维测试中的平均正确率为78.6%，较对照班的43.5%提升35.1个百分点，其中“分解思维”与“算法思维”的提升最为显著，正确率分别达到82.3%和76.9%。数学学习兴趣量表显示，实验班平均分达4.2分（满分5分），较对照班提高2.3分，且92%的学生表示“更喜欢通过游戏学习数学”。课堂观察记录显示，实验班学生主动提问频率较对照班增加65%，小组协作解决问题的比例提升至78%。

质性分析揭示了学生思维发展的具体表现。在“图形密码锁”游戏后，三年级学生能自主绘制“图形特征分析流程图”，将抽象的图形属性转化为可操作的编程指令，体现“抽象思维”的初步形成。高年级学生在“数据侦探团”游戏中，通过编写统计程序分析班级身高数据，不仅掌握平均数计算，更能设计“异常值检测算法”，展现“评估与优化思维”的迁移能力。访谈中，学生反馈：“以前觉得数学是死算数，现在发现编程能让数学变‘活’了。”

教师教学行为分析显示，经过两轮实践，85%的教师能准确识别学生在游戏中的思维表现，并设计针对性引导策略。课堂录像编码发现，教师“启发性提问”频率从首轮的12次/课时提升至三轮的28次/课时，提问类型从“操作指令类”转向“思维反思类”，如“为什么这样设计算法？还有更优解吗？”等。

五、预期研究成果

基于中期进展，研究团队将进一步凝练成果，形成以下产出：

理论层面，将出版《小学数学编程思维培养的理论与实践》专著，系统阐述“数学—编程—游戏”三维融合框架，包含学段目标梯度、思维发展路径及教学策略模型。实践层面，完成15个数学编程游戏案例开发，覆盖小学全学段与四大数学领域，配套《游戏设计手册》与《教师指导用书》，提供从目标设定到实施落地的全流程支持。评价层面，推出“数学编程思维评价平台”，实现游戏行为数据自动采集与可视化分析，生成个性化成长报告。此外，将形成10个典型课例视频及配套教学设计，通过区域教研网络推广，预计覆盖200所小学。

六、研究挑战与展望

当前研究仍面临三重挑战：一是教师专业发展不均衡，部分教师对编程思维的深层培养路径掌握不足，需持续强化培训；二是游戏设计的个性化适配技术尚未成熟，动态难度调整算法的精准度有待提升；三是评价数据的跨场景迁移存在壁垒，游戏内表现与数学问题解决能力的关联性需进一步验证。

展望未来，研究将聚焦三个方向深化探索：其一，开发“AI辅助游戏设计系统”，通过机器学习分析学生行为数据，自动生成适配认知水平的游戏任务；其二，构建“家校社协同培养机制”，将编程思维训练延伸至家庭与社会实践场景；其三，探索“跨学科融合新范式”，将数学编程思维培养经验迁移至科学、艺术等学科，形成STEAM教育本土化样本。通过持续突破技术瓶颈与理论创新，本研究有望为小学教育数字化转型提供可复制的实践范式，让编程思维成为点亮儿童创新思维的火种。

小学数学游戏中编程思维培养的实践探索研究教学研究结题报告一、概述

历经18个月的系统探索，本研究以“小学数学游戏中编程思维培养”为核心命题，构建了“数学知识—编程思维—游戏活动”三维融合的教育实践范式。研究团队深入小学数学教学一线，通过理论创新、游戏开发、教学实践与评价优化，形成了涵盖低、中、高全学段的编程思维培养体系。最终成果包括15个数学编程游戏案例、3套教学指导手册、1套动态评价平台及10个典型课例视频，覆盖全国12所实验校、36个班级、1200余名学生。研究验证了游戏化教学对提升学生编程思维与数学素养的显著效果，为小学教育数字化转型提供了可复制的实践样本。

二、研究目的与意义

本研究旨在破解传统数学教学中“思维培养碎片化”“学习兴趣低迷”的双重困境，通过游戏化路径实现编程思维与数学思维的深度互构。其核心目的在于：构建符合小学生认知特点的编程思维培养模型，开发兼具趣味性与思维训练价值的数学编程游戏资源，提炼可推广的教学策略与评价体系。

研究意义体现在三个维度：理论层面，突破跨学科融合教育的表层化局限，首次提出“数学问题编程化—编程思维数学化”的双向转化机制，填补了小学阶段编程思维与数学教学协同发展的理论空白。实践层面，将抽象的编程思维转化为可视化的游戏任务，让数学课堂从“枯燥计算”走向“思维乐园”，学生主动提问频率提升65%，问题解决能力显著增强。政策层面，深度呼应《义务教育数学课程标准（2022年版）》对“数字化学习与创新素养”的要求，为国家推进编程教育融入学科教学提供了本土化解决方案。

三、研究方法

本研究采用“理论建构—实践迭代—数据验证”的研究逻辑，综合运用四类方法：

文献研究法贯穿全程，系统梳理皮亚杰认知发展理论、建构主义学习理论与编程思维框架，提炼“三维融合”设计原则，为实践探索奠定理论基础。行动研究法作为核心方法，在实验校开展三轮教学循环，遵循“计划—行动—观察—反思”闭环，通过游戏设计迭代、教学策略优化、评价工具升级，逐步完善培养模式。案例分析法聚焦典型课例，深度剖析“数据侦探团”“几何建筑师”等10个游戏案例的思维训练价值，提炼“情境驱动—问题探究—思维外化—迁移应用”四阶教学策略。混合研究法则整合量化与质性数据，通过SPSS分析编程思维测试题正确率、学习兴趣量表得分等数据，同时运用主题分析法挖掘学生访谈、课堂观察笔记中的思维发展特征，实现数据互证。

研究特别注重教师与学生主体的协同参与，组建由高校研究者、一线教师、技术专家构成的跨学科团队，确保研究既符合教育规律，又贴近教学实际。技术工具的深度应用贯穿始终，Scratch、PythonTurtle等可视化编程平台支撑游戏开发，自研评价平台实现思维发展数据的动态采集与可视化分析，为研究提供技术保障。

四、研究结果与分析

本研究通过三轮行动研究，系统验证了数学游戏中编程思维培养的有效性。量化数据显示，实验班学生在编程思维测试中平均正确率达82.3%，较对照班提升38.7个百分点，其中“算法思维”提升最为显著（正确率91.2%），表明游戏化情境能有效促进逻辑推理能力发展。数学学习兴趣量表显示，实验班平均分4.5分（满分5分），较对照班提高2.8分，且95%的学生表示“通过游戏理解了数学的思维方式”。课堂观察记录揭示，实验班学生主动提问频率较对照班增加72%，小组协作解决问题比例达83%，印证了游戏对学习动机的激发作用。

质性分析呈现了学生思维发展的进阶轨迹。低年级学生在“数字连连看”游戏中，通过分解数字组合任务，初步掌握“问题拆解”策略；中年级在“图形密码锁”中，能将图形特征转化为编程指令序列，体现“抽象建模”能力；高年级在“数据侦探团”中，自主设计异常值检测算法，展现“优化思维”的迁移能力。典型个案显示，某四年级学生从“机械计算”到主动设计“多方案比较算法”，数学思维深度发生质变。

教师教学行为分析呈现积极转变。经过三轮实践，92%的教师能精准识别游戏中的思维表现点，启发性提问频率从首轮12次/课时提升至35次/课时，提问类型从操作指令类转向思维反思类（如“为什么选择这种算法？如何验证结果？”）。教师反馈：“游戏让抽象的编程思维变得可触摸，我终于知道如何教‘思考’了。”

五、结论与建议

研究证实：数学游戏中编程思维培养具有显著教育价值。理论层面，构建了“数学知识—编程思维—游戏活动”三维融合模型，揭示二者在认知层面的深度互构机制；实践层面，形成“情境驱动—问题探究—思维外化—迁移应用”四阶教学策略，开发15个适配全学段的数学编程游戏；评价层面，建立“过程+结果”“量化+质性”的混合评价体系，实现思维发展的动态追踪。

建议分层推进：国家层面，将编程思维培养纳入数学学科核心素养体系，制定跨学科融合课程标准；学校层面，建设“数学编程实验室”，配备专职教师与技术支持；教师层面，开展“思维导向”专题培训，强化游戏化教学设计能力；技术层面，开发AI辅助游戏设计系统，实现难度自适应与即时反馈。

六、研究局限与展望

研究存在三重局限：一是教师专业发展不均衡，部分学校技术支持不足；二是游戏个性化适配算法精度待提升；三是跨学科迁移效果需长期验证。

未来研究将聚焦三个方向：其一，开发“认知智能游戏平台”，通过机器学习动态调整任务难度；其二，构建“家校社协同培养生态”，将编程思维训练融入生活场景；其三，探索“数学+科学+艺术”跨学科融合范式，形成STEAM教育本土化样本。通过持续突破技术瓶颈与理论创新，本研究将为儿童创新思维培养提供可持续路径，让编程思维真正成为点亮未来教育的火种。

小学数学游戏中编程思维培养的实践探索研究教学研究论文一、摘要

本研究聚焦小学数学教育中编程思维培养的创新路径，探索通过游戏化教学实现数学思维与编程思维的深度互构。基于三维融合模型（数学知识—编程思维—游戏活动），开发适配全学段的15个数学编程游戏案例，构建“情境驱动—问题探究—思维外化—迁移应用”四阶教学策略，并建立动态评价体系。实验数据显示，实验班学生编程思维测试正确率较对照班提升38.7%，数学学习兴趣得分提高2.8分，主动提问频率增长72%。研究证实，游戏化情境能有效激活学生思维内驱力，破解传统教学中“兴趣低迷”与“思维碎片化”的双重困境，为小学教育数字化转型提供可复制的实践范式。

二、引言

在人工智能时代浪潮下，编程思维作为核心素养，正悄然改变基础教育的生态图景。小学数学课堂长期面临抽象概念难以具象化、学习兴趣持续低迷的现实挑战。当学生面对枯燥的习题训练时，思维的火花被机械重复所遮蔽；当教师试图渗透逻辑训练时，又常陷入“为教而教”的被动困境。编程思维所蕴含的分解、抽象、算法、优化等核心能力，与数学思维的严谨性、逻辑性存在天然的基因契合性。将编程思维以游戏化方式融入数学学习，不仅是对教学范式的革新，更是对儿童认知天性的尊重——让数学从“冰冷的符号”蜕变为“可触摸的思维乐园”。

然而当前实践仍存诸多迷思：部分教学停留于技术工具的浅层应用，未能触及思维培养的本质；市场上数学编程游戏质量参差，缺乏系统性与科学性；教师对跨学科融合路径认知模糊，难以平衡“游戏趣味”与“思维深度”的张力。本研究直面这些痛点，以游戏为媒，以思维为核，探索小学数学教育中编程思维培养的可行路径，为破解“学用脱节”“知行割裂”的教育困局提供新思路。

三、理论基础

本研究植根于认知发展理论与游戏化学习理论的沃土。皮亚杰认知发展理论揭示，小学生处于具体运算向形式运算过渡的关键期，游戏化、可视化的学习方式契合其“具象思维主导”的认知特征。当学生通过拖拽Scratch积木块解决“图形密室逃脱”中的数学谜题时，抽象的几何属性转化为可操作的编程指令，正是认知发展的生动映照。

维果茨基的“最近发展区”理论为游戏难度设计提供导航。数学编程游戏通过渐进式挑战机制，在学生现有能力与潜在发展水平间搭建思维阶梯。低年级的“数字连连看”以简单数分解任务为起