信息科技跨學科算法教學研析

貴軼軒 王建成

〔摘? ? 要〕? 《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》提出算法是信息科技課堂內容的六條邏輯主線之一，把算法置于重要地位。從信息科技算法教學目標、內容、方式、評價四個維度出發，本研究通過重構信息科技跨學科算法教學目標、設計信息科技跨學科算法教學活動、搭建信息科技跨學科算法教學支架、呈現信息科技跨學科算法教學評價開展跨學科算法的實踐研究，旨在讓學生形成跨學科算法意識，提高跨學科算法能力，提升跨學科算法思維。

〔關鍵詞〕? 信息科技；算法教學；設計

〔中圖分類號〕? G424? ? ? ? ? ? ? ? 〔文獻標識碼〕? A? ? ? ? ?〔文章編號〕? 1674-6317? ? （2024）? 15? ? 094-096

一、問題提出

《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》提出，算法是信息科技課堂內容的六條邏輯主線之一，把算法置于重要地位。其中在第三學段圍繞算法設計了6個單元。

新課標、新教材以及“學算法而不是學編程”的新理念，為信息科技教師開展算法教學提供了一些思路，但是在實際實施中信息科技算法教學中還存在如下問題。

（一）信息科技算法教學目標單一，缺乏跨學科指向的融合

教師在算法教學中過多關注對算法知識概念的理解、關注任務程序的編寫，教學目標單一、缺乏對其他學科的整合，從而忽視了算法與學生實際生活和經驗相關的內容。

（二）信息科技算法教學內容固化，缺少跨學科資源的整合

教學內容固化，僅是圍繞算法本身進行課程的設計與實施，缺乏與實際應用場景的聯系、缺少與其他學科的溝通。純算法教學導致教學內容過于抽象和理論化，學生難以將其應用到實際情境中，降低學生的學習動力和實踐能力。

（三）信息科技算法教學方式簡單，缺失跨學科方法的配合

在信息科技算法教學中，為了幫助學生分析算法、理解算法，往往過于依賴傳統的講授和演示，缺乏多樣化和互動性。在算法教學中偶爾也會涉及編寫程序的部分，教師會通過演示模仿的方式進行教學，缺乏學習方法和學習支架的支持，導致學生學習算法時效率低下。

（四）信息科技算法教學評價單維，缺少跨學科展示的綜合

在算法教學課程評價時，教師往往只注重學生任務或程序的最終結果或答案，忽視了他們的思考過程和解決問題的方法。這樣的評價模式可能會導致學生只關注得到正確答案，忽略理解問題、分析和解決問題的能力的培養。

二、信息科技跨學科算法教學的實踐研析

本研究從重構信息科技跨學科算法教學目標、設計信息科技跨學科算法教學活動、搭建信息科技跨學科算法教學支架、呈現信息科技跨學科算法教學評價四個維度對小學第三學段信息科技跨學科算法教學的實踐展開研究。

（一）融通：重構信息科技跨學科算法教學目標

1.基于課標，構建信息科技跨學科算法教學目標體系

課程標準是教師教學的主要參考依據，明確規定了學生應該學習和掌握的知識、技能和能力。信息科技算法教學要從信息科技實踐應用出發，圍繞算法、數據、信息處理、人工智能四大邏輯主線，培養學生信息意識、計算思維、數字化學習與創新、信息社會責任四方面的核心素養，共同促進算法思維和能力的提升。

信息科技跨學科算法教學中，信息科技實踐應用可以結合數學、科學、藝術以及文學等學科知識，運用多種學科的方法和觀念學習算法、解決問題，通過跨學科循序漸進地形成算法思維。

2.基于教材，梳理信息科技跨學科算法教學目標要求

課程標準中“學段目標”“內容要求”“學業要求”為教師提供了教學指導，幫助教師確定教學內容的范圍和深度。

3.基于學情，確定信息科技跨學科算法教學目標定位

據調查，某小學五年級學生中79.5%未學過編程并且對算法一無所知，18.6%的學生學過可視化編程但是對算法了解不多，僅1.9%的學生對算法有所了解。

跨學科算法學習中，學生由于認知風格、能力水平等的差異，對算法情境問題的理解和解決方式不盡相同。這要求教師應預先分析活動主題下各個學科內容的潛在聯系，形成跨學科算法主題目標。

（二）聯合：設計信息科技跨學科算法教學活動

《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》提出，要“創新教學方式，以真實問題或項目驅動……注重創設真實情境，引入多元化數字資源，提高學生的學習參與度”。為解決教學內容固化、缺乏與實際應用場景的聯系等問題，在實踐中通過創設真實化情境、分而治之、迭代優化三步走來設計跨學科算法教學活動。

1.創設情境：設置信息科技跨學科大項目活動

陶行知先生曾提出“生活即教育”，認為應該使教育與生活、與學校、與社會密切聯系，血脈相通。項目式學習理論也曾提出：生活化、情境化的內容更有助于學生的認知和理解。信息科技教師在信息科技算法教學中應當從真實問題出發，引導學生經歷原理運用過程、計算思維過程，建構知識、提升問題解決能力。

2.分而治之：分解信息科技跨學科子項目活動

新課標第三學段要求學生在解決問題的過程中，能將問題分解成可處理的子問題。“分而治之”是算法中一種常用的策略，用于解決復雜問題。要在項目設計的過程中引導學生去分步思考，嘗試“分而治之”的算法策略。在“分而治之”的過程中，學生可以習得問題分解能力、分析問題能力、歸納概括能力，從而逐步形成算法思維。

3.迭代優化：形成信息科技跨學科新項目活動

在每一次項目活動的設計中，教師都需要根據學生的實際情況來增加拓展任務：算法優化大挑戰，形成信息科技跨學科新項目活動。算法優化大挑戰包括確定問題、初始算法設計、迭代優化過程、經驗分享與比較。通過四個步驟引導學生在找出第一種算法時，繼續思考進行算法的迭代優化，從而尋找更優的算法。

從問題解決出發，滲透算法思想，進行跨學科學習活動設計。在教師的活動設計和逐步引導中，學生將在真實情境中通過角色扮演和開放式的任務，初步養成用分而治之和迭代優化的思想來解決實際問題。

（三）協同：搭建信息科技跨學科算法教學支架

在信息科技跨學科算法教學中，為學生搭建圖示支架、跨學科資源支架以及平臺支架，引導學生自主學習，提高主動學習的意愿。

1.圖示支架，表征跨學科算法問題

表征方式是指信息在頭腦中的呈現方式，它是影響問題解決的重要因素。問題表征方式不同，產生的解決方案就不同，直接影響問題的解決程度。第三學段學生認知發展正處于具象思維到抽象思維的過渡過程。在學習支架的選擇中，教師應該注重具象內容和抽象內容的關系與平衡，因此流程圖、思維導圖、表格是幫助學生學習算法的良好工具，便于理解問題、表征問題、形成問題空間。

2.資源支架，明確跨學科算法問題

基于多元智能理論，信息科技跨學科算法教學要為學生提供多模態的資源以滿足學生的個性化需求，促進學生全面發展。根據不同的智能領域，可以利用多模態的教學資源，以滿足學生不同的感知方式和學習風格。在算法教學中，學生可以根據需要選擇教師提供的文字、自然語言算法、流程圖算法、可視化編程代碼、python編程代碼、算法知識學習小微課、講解動畫等。

3.平臺支架，解決跨學科算法項目

為學生選擇開放式平臺支架，幫助解決跨學科算法問題。資源平臺，如百度的文心一言等。學生在解決跨學科算法大項目時，會遇到多種的問題，通過與百度AI對話問答可以及時給學生提供解決項目的思路。交流平臺，如Noodle和UMU等，可以有效推進學生在在線平臺上分享和交流編程經驗。

（四）綜示：呈現信息科技跨學科算法教學評價

在信息科技跨學科算法教學中，形成性評價可以提供及時反饋，有助于教師及時發現并解答學生在算法學習中的困難和誤解，還可以鼓勵學生積極參與學習過程，進行反思和自我監控，發揮主觀能動性，提高自主學習能力。

本文通過學習清單、學習日志以及KWL量表等方式呈現信息科技跨學科算法教學形成性評價。學習清單幫助學生明確學習目標和任務，培養自主學習能力；學習日志記錄學生的學習過程和思考，幫助學生反思和改進學習方法；KWL量表評估學生的知識掌握和學習成果。

1.制定學習清單，明確跨學科算法項目目標

在信息科技跨學科算法教學中，教師與學生一起制定學習清單，明確學習目標和任務，并定期檢查學生的完成情況。學習清單還可以幫助學生制訂學習計劃，培養時間管理和自主學習能力。

2.記錄學習日志，反思跨學科算法項目過程

在信息科技跨學科算法教學中，指導學生使用學習日志記錄他們在學習過程中的收獲、困惑和思考。學習日志可以幫助學生反思自己的學習進展，發現問題和改進方法。

3.迭代KWL量表，評估跨學科算法項目成果

引導學生用KWL量表貫穿整個項目活動過程，K：關于算法你知道什么？W：關于算法你想學什么？L：關于算法你已經學會什么？在項目活動前填寫KWL量表，了解自己的知識基礎和學習興趣點；在項目活動中再次填寫KWL量表，明確改進的方向和需要新學習的知識；在項目活動后再次填寫KWL量表，總結項目活動學到的知識與技能，思考還可以用學會的知識解決什么問題。

信息科技跨學科算法教學借助學習日志、學習清單、KWL量表等形成性評價手段，結合多元智能理論對學生進行多元評價。例如在交流分享環節評價語言智能；在算法的優化迭代過程中評價邏輯—數學智能；通過數形結合、空間想象、模型設計環節評價空間智能等。

三、研究成效

（一）讓學生逐漸形成信息科技跨學科算法意識

通過體驗真實情境下的信息科技跨學科大項目活動，讓學生學會運用多個學科的方法和觀念來學習算法、解決問題，逐漸形成信息科技跨學科算法意識。

（二）讓學生逐漸提高信息科技跨學科算法能力

通過真實性、體驗性的信息科技跨學科大項目活動，借助信息科技跨學科算法教學支架、迭代優化的信息科技跨學科新項目活動，讓學生逐漸提高描述、分析、應用算法的能力。

（三）讓學生逐漸提升信息科技跨學科算法思維

魏雄鷹教授指出“中小學生學習算法，開展編程教育，不是為了培養‘碼農，而是為了發展學生計算思維，提升全體學生的數字素養。”本研究通過體驗算法分析設計過程、實踐問題應用解決過程，使學生循序漸進地形成信息科技跨學科算法思維。跨學科算法的學習方式旨在培養學生能夠像計算機專家一樣思考問題，運用算法分析真實問題、解決真實問題，從而助推學生計算思維的實踐與發展，最終提升全體學生的數字素養。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.義務教育信息科技課程標準[M].北京：北京師范大學出版社，2022.

[2]王榮良，魏雄鷹，梁祥，等.挑戰與策略：義務教育信息科技算法教學實施眾人談[J].中國信息技術教育，2023（5）：12-17.