新課標視域下小學信息科技算法模塊教學策略

【摘 要】算法是新課標中六條邏輯主線之一，是培養學生邏輯思維、創新能力和解決問題能力的關鍵。教師需要在重素養育人的環境下探究出屬于算法模塊的教學策略。本文基于新課標的理念和目標，從意義、內容設計和實施策略三個方面，對小學信息科技算法模塊的教學策略進行深入研究。

【關鍵詞】信息科技；身邊算法；素養育人；算法效率

【中圖分類號】G434 【文獻標志碼】A

【論文編號】1671-7384（2024）08-058-03

《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）的發布使信息科技學科實現了從0到1的歷史性變革、從課程理念轉變到教學形式的創新。小學信息科技課程是培養學生計算思維的最主要陣地，而算法是計算思維核心要素，如何有效地將素養培育、育人導向真正落實在小學信息科技課程教學中呢？經過一段時間的研究和實踐，筆者發現可以從算法無處不在入手，通過衣食住行四個方面的真實情境項目展開，并結合算法動畫圖解，可以有效幫助教師在小學信息科技課堂上滲透算法思維，強化算法效率。

身邊算法的意義

新課標把算法列為課程六條邏輯主線之一，可見其在課程中的重要性。新課標中說明，算法是問題的步驟分解，它是生活中的算法，而并非完全是計算機中的算法。新課標中該模塊包括“算法的描述”“算法的執行”“算法的效率”三部分內容，且層層遞進，最終目的是讓學生能夠進行算法效率的對比分析。算法的效率就是需要教師引導學生從算法的時間復雜度和空間復雜度兩方面著手進行效率的對比分析。筆者將新課標中對生活中算法的內容要求進行了整理（表1），將關鍵動詞也就是新課標中要求做到的程度進一步做了分析。

新課標對學生提出的學業要求可以總結為說、踐、用、思四個方面，且是逐層遞進。“說”即為算法的描述，學生能夠用自然語言或者流程圖等方式描述算法，把問題求解的步驟描述出來。“踐”是算法的執行，學生能夠按照步驟方法將問題解決，或者對已有程序進行驗證。其重在執行的過程，學生在執行過程中能夠間接了解問題的規模并感受執行的次數。“用”即算法的效率，也是算法模塊中的終極任務，學生要能夠對算法時間效率和空間效率進行各自維度的對比。這一過程是算法思維的重要體現。“思”是學生通過算法模塊學習后進行的反思，是對算法的優勢與局限進行的思考，包括算法對人工智能、自主可控等方面的意義[1]。

算法的內容設計

生活中的算法，教師可以從衣食住行四個方面展開，以小組為單位讓學生選取方向進行舉例交流體驗，將問題的求解步驟講述出來，用算法“說”出3e1fdf32f0c852b9c18dd5180cc3c64e來。《義務教育勞動課程標準（2022年版）》中烹飪與營養是其中一個任務群，現在學校也在陸續從烹飪開始實施勞動課程。如今天要做一份紅燒肉，怎么做呢？紅燒肉的菜譜就是一個算法，按照菜譜的先后順序，用量多少來進行，這就是一個算法。每位學生做出來的味道肯定不一樣，從一道普通的紅燒肉想辦法做出好吃的紅燒肉，這個過程就變成了算法的優化。算法的“說”還可以通過流程圖進行描述。如教師提問學生：你見過哪些體溫檢測工具？教師順勢引出實時測溫系統的優勢。學生討論分析實時測溫系統的工作流程和計算機接收到數據后所做的工作。在進行分析解決問題時，教師可以要求學生對問題進行梳理，將自然語言轉變成流程圖來描述，然后再進行優化。在這里就用到了算法的分支結構，先判斷體溫是否小于或等于37.3℃，成立，輸出“體溫正常”；不成立，輸出“體溫異常”（圖1）。或者先進行條件判斷，再根據判斷結果進行不同的處理（圖2）。

算法無處不在，教師從衣食住行對學生潛移默化地滲透，算法就會成為學生的另一種“陪伴”。

算法的實施策略

小學高年級學生的認知發展處于從具象思維到抽象思維的過渡時期，教師在進行教學內容設計時，需要注重具象內容和抽象內容的關系與平衡，全面培養學生的遷移力、學習力和創新力。教學應立足于學生的直接經驗和親身經歷[2]。這里選取學生平時離不開的作業本作為算法主角，闡述以算法的效率為主題的教學實施。

1.主題作業本我做主

教師提出問題：老師急著要找到某學生的作業本，想作為優秀作業展示。如何在桌上這摞作業本中找到某同學的作業本呢？課代表能夠快速找到嗎？學生平時會選擇逐本翻找，而逐本翻找等同于算法中的線性查找，教師可以出示線性查找算法動圖幫助理解。

學生了解線性查找后開始思考有沒有更好的方法快速找到。學生會根據經驗給出問題求解方法，如先排序后找，按學號或者按姓名字母等。因此，自然引出排序的問題。如冒泡排序、選擇排序，都是算法的體現。排序后的查找就會讓學生更加明白，以往每次找作業本的方式就是算法的實踐，而實踐的結果也是算法效率的反饋。排序后的查找可以根據學生選擇的方法不同出示相應的算法動圖來幫助學生理解，如二分查找法。教師可以將此環節進行進階，提醒學生被找到的作業本使用完后該如何準確放回它所在的位置。這一問題也是對上述問題的完善和對學生做事完整性的一個有效提示。

2.主題作業本重新插入

問題求解的過程再一次產生，如查找到的是學號為23號的同學的作業，如何將該同學作業放回到她學號所在的正確位置（總人數為50）？大部分學生會先通過數學方式計算找到中間數25，再按照從小到大或從大到小的順序找到24，最后將23號作業放到它的前面或后面。而這一過程正是對前面二分法的再次檢驗。

素養的培養貫穿教學的整個過程，教師不僅培養學生的良好習慣，同時讓學生意識到生活要有秩序，良好的秩序就是算法的效率體現。學生將找出的本子再有序放回，此時放回方式也存在很多種，學生選擇什么樣的方式，這也將是算法思維的再應用，又一次讓學生認識到算法效率的重要性。以上就是算法效率中的時間復雜度，也可以說成算法的時間效率。那算法的空間復雜度該如何在教學中滲透呢？

3.作業本的空間復雜度

教師提出問題：因作業本中作文本是長方形大本，作業本為正方形小本。假設平均一本厚度為3cm，班級50人，如何放置能把全班的作業本和作文本全部放進桌洞里（桌洞的長寬高可以給出，也可以未知）？

學生需要分析問題，將問題分解，計算作文本和普通作業本的總高度，然后測量桌洞的長寬高，再經過計算和實際操作來解決問題。最終學生通過分析、實踐得出放置的先后順序以及放置方式。這便是算法空間復雜度的應用，也是計算思維最好的提升。作業本的案例是學生教室生活不可或缺的一部分，教師可以繼續沿著這條主線走，從教室走向校園中其他的生活場景。如打掃衛生，如何分配任務才能讓班級衛生更高效；排隊去操場升旗，如何才能不是最后一個到達操場的隊伍；到食堂打飯如何更快速地吃上飯等。又如學生放學回到家，走進廚房，看著母親行云流水般的操作，不管做飯流程怎樣，每次都能準時地吃上晚飯，而這多種做飯流程帶來的不同效率，也是學生掌握流程優化的思路與方法。

在每一個真實案例實施過程中，教師應注意觀察學生實際的操作及思維過程，注意發現學生實踐中的問題并及時提示、糾正、總結、歸納，促進學生的認知從零散的經驗到系統知識的轉化，形成利用信息科技解決問題的能力。教學活動貴在以問題為載體，問題引領教學模式的核心是問題設計，問題設計需要形成前后緊密關聯。教學的核心內容以問題鏈的形式呈現，既有利于知識的結構化、系統化，形成嚴謹、縝密的思維，也有利于激發學生對知識的探究欲望，培養他們追求真理的執著精神。課堂上，教師要注意問題的分層，在內容、難度上形成不同的層次，以滿足不同學習基礎學生的需求[3]。

結 語

課堂教學要求以學生的親手操作、親歷情境、親身體驗為基礎，強調學生的全員參與和全程參與。每位學習者通過觀察、調查、設計、制作、試驗等活動獲得豐富的操作體驗，進而獲得情感、態度、價值觀以及技術能力的發展[4]。

新課標下的信息科技課堂，探索“場景分析（真實情境）、原理認知、應用遷移”的教學，從生活中的信息科技場景入手，引導學生發現問題、提出問題，在已有知識基礎上分析、探究現象的機理，學習、理解相應科學原理，嘗試用所掌握的原理解釋相關現象，解決相關問題[5]。信息科技課程中的算法教學，更是核心素養的重要體現。通過尋找算法、認識算法、了解算法、感悟算法、應用算法、傳遞算法、比較算法，層層遞進，螺旋上升，為學生學習力、創新力和遷移力的培養充當助燃劑。生活中的算法來自生活，自然應當回歸到生活。

參考文獻

姚英. 基于計算思維的高中算法與程序設計的教學策略[J]. 現代教學，2022（5）： 78-79.

汪玥輝. 新課標背景下的信息科技課堂之變[J]. 上海教育，2019（Z1）：108-109.

[4] 王振強. 中小學信息科技課程設計與實施[J]. 中小學信息技術教育，2022（7）： 14-16.

李鋒. 信息科技課程：從信息素養到數字素養與技能[J].中小學信息技術教育，2022（7）： 8-10.

編 輯：馮艷艷