指向真實問題解決的小學高年段信息科技學科編程教學實踐

信息技術的快速發展使編程成為現代社會的一項基本技能。在數字化、智能化的趨勢下，編程語言和計算思維已成為人們解決問題、創新實踐的重要工具。在信息技術迅猛發展的時代背景下，編程教育正逐漸成為培養未來社會人才不可或缺的一環。特別是對于小學高年段學生而言，編程教育的引入不僅順應了時代潮流，還是對學生認知發展、創新能力培養的重要支撐。而且小學高年段學生正處于邏輯思維和創新能力發展的關鍵時期，借助編程教育，可有效培養學生的邏輯思維、創新思維以及問題解決能力。

一、真實問題解決與編程教學的結合點

在編程教育領域，真實問題解決與編程教學的結合點體現在多個層面。編程，作為一種強大的工具，其核心價值在于能夠解決實際問題。通過系統的編程教學，學生不僅能夠掌握編程語言和技術，還能夠培養運用這些技術解決實際問題的能力。這種以實際問題為驅動的教學方法使學習過程更具針對性和實效性，學生能夠直觀地看到編程技術的實際應用，從而加深對編程的理解和興趣。

再者，真實問題的解決往往需要跨越學科的界限。編程教學在此過程中展現出其獨特的跨學科融合潛力。通過與數學、物理、藝術等學科的結合，編程教學能夠幫助學生建立更為全面的知識體系，培養學生在面對復雜問題時的綜合素養。這種跨學科的教學模式，不僅豐富了編程教學的內容，還為學生提供了更廣闊的視野和思維空間。

需要注意的是，真實問題的解決過程往往需要學生發揮創新思維。編程教學通過引導學生自主探索、嘗試和調試，能夠激發學生的創新思維，培養學生的創新能力和解決問題的能力。這種以創新為導向的教學方式，不僅有助于提升學生的編程技能，還能夠培養學生的終身學習能力和適應未來社會變革的能力。

真實問題解決與編程教學的結合是編程教育領域的重要發展趨勢，這種結合不僅能夠提升學生的編程技能，還能夠培養學生的綜合素養和創新能力，為學生未來的發展奠定堅實的基礎。

二、小學高年段信息科技編程教學實踐策略

（一）明確教學目標與內容選擇

在小學高年段的信息科技編程教學中，首要且至關重要的是明確并細化教學目標。這一階段的教學目標不僅包括提升學生的信息素養，使其具備基本的計算機操作能力和信息技術應用能力，還要注重培養學生的邏輯思維能力和問題解決能力。學生應當通過編程學習，學會如何系統地分析問題、提出解決方案，并運用計算機語言實現算法設計，從而鍛煉自身的邏輯推理能力和創新思維。

在教學內容的選擇上，教師應注重實踐性和應用性，讓學生學習變量、循環、條件判斷等基本概念，并通過完成小項目來加深理解。教師可以結合學生日常生活場景和社會科技熱點問題，設計既富有趣味性又能激發學生探索欲望的編程項目。例如，Python和Scratch等編程語言，具有簡單易懂、易于學習等特點，非常適合初學者入門。同時結合圖形化編程工具，可以幫助學生更直觀地理解編程語言的概念，提高學習興趣和效率。在學習過程中，學生可以逐步掌握編程語言的基礎知識，如變量、數據類型、控制結構、函數等概念，并通過實踐操作，熟悉編程語言的語法規則和用法。

（二）創新教學方法與手段運用

1.項目式學習

項目式學習（PBL）是一種以學生為中心的教學模式，它強調在真實的問題情境中，學生通過團隊合作的方式，從項目的需求分析、系統設計、編程實現到性能測試等一系列環節，全程參與并主導學習過程。這種方法不僅能夠讓學生深入理解計算機科學的基礎知識，還能鍛煉學生的實際操作能力和解決問題的能力。在項目式學習中，學生需要在實際的項目實踐中學習和掌握編程技能，這有助于學生更好地理解編程在實際應用中的價值和作用。同時，項目式學習還強調團隊合作和項目管理能力的培養，讓學生學會如何與他人協作、如何規劃項目進度、如何進行質量控制等，這些對于提升學生的綜合素質和職業發展能力具有重要意義。

2.情境教學

情境教學則是一種通過創設貼近學生生活實際的教學情境，將抽象的編程知識寓于具體的生活場景之中，以幫助學生更好地理解和掌握的教學方法。例如，教師可以創設模擬超市收銀系統、在線游戲開發等情境，讓學生在解決實際問題的過程中學習編程知識，這不僅能夠有效激發學生的學習興趣和積極性，還能培養學生的邏輯思維能力和創新能力。

3.翻轉課堂

翻轉課堂是一種新型的教學模式，它能充分利用課前視頻、微課等數字化資源，讓學生在課前自主學習基礎知識。在課堂上，教師主要負責組織討論、引導學生進行實踐操作和解決問題，從而實現了教學效率的最大化。通過翻轉課堂模式，學生可以在課前自主安排學習進度，課堂上則有更多的時間進行深入交流和實際操作，這有助于培養學生的批判性思維能力和創新能力。

4.跨學科融合

跨學科融合是當前教育改革的重要趨勢之一。在編程教學中，跨學科融合意味著將編程與其他學科（如數學、科學、藝術等）相結合，設計跨學科的項目和課程，這種教學模式有助于促進不同學科之間的相互滲透和融合，培養學生的綜合素質和創新能力。通過跨學科融合的教學模式，學生可以在學習編程的同時，拓寬視野、提高跨學科素養。

（三）完善評價體系與反饋機制

1.多元化評價

在編程教育領域，實施多元化評價體系至關重要。該體系應整合形成性評價和終結性評價兩種模式，以實現對學生的全面評估。形成性評價側重于對學生學習過程的表現進行持續跟蹤和評價，如課堂參與度、項目完成進度、技能掌握程度以及創新思維的發展等;而終結性評價則關注學生階段性學習成果的考核，如編程項目的最終呈現、代碼質量的審核、解決問題能力的測試等，通過項目展示、代碼審查、同伴評價、自我評價等多種方式進行。

2.即時反饋

利用現代編程平臺和工具中內置的實時反饋機制，教師可以有效提高學生的編程效率和錯誤排查能力。在學生編寫代碼的過程中即時識別出潛在的錯誤、不規范的寫法以及可能存在的邏輯問題，并及時給出提示和建議，幫助學生立即修正錯誤，調整思路，從而避免在后續階段出現更大的困擾。教師應在學生遇到困難時給予正面、具體的反饋，鼓勵學生繼續前進，幫助學生建立自信并明確改進方向。

3.個性化指導

在編程教學中，教師應考慮不同學生的個體差異和學習需求，實施個性化的指導策略。對于基礎較為薄弱的學生，應提供基礎性的輔導，幫助學生建立扎實的編程基礎;而對于具備較強學習能力和興趣的學生，可以設計更具挑戰性的任務和項目，鼓勵學生探索前沿技術，提升編程技能和創新思維能力。

三、指向真實問題解決的具體案例分析

案例一：智能垃圾分類器設計項目

1.學情分析

小學高年段的學生已經具備了一定的邏輯思維能力和初步的信息技術基礎，對編程有一定的興趣，但缺乏實踐經驗。學生喜歡動手操作，對新鮮事物充滿好奇，渴望通過自己的努力解決實際問題。

2.教學內容與資源

編程語言：Scratch或Python（根據學生基礎和學校條件選擇）。

硬件資源：微型電腦（如Raspberry Pi）、攝像頭傳感器、顏色傳感器、舵機、LED指示燈等。

軟件資源：Scratch軟件或Python IDE（如PyCharm、IDLE）、圖像處理庫（如OpenCV，若使用Python）。

教學材料：垃圾分類知識手冊、項目設計模板、編程教程視頻等。

3.教學活動設計

（1）導入階段（1課時）

活動一：環保小課堂

內容：介紹垃圾分類的重要性和現狀，引發學生對環保問題的關注。

形式：觀看環保紀錄片片段，小組討論分享感想。

活動二：項目介紹

內容：介紹智能垃圾分類器的概念、功能和應用前景。

形式：教師展示PPT，激發學生的興趣和好奇心。

（2）需求分析與設計階段（2課時）

活動一：需求調研

內容：學生分組進行社區或學校垃圾分類現狀調研，收集用戶需求。

形式：問卷調查、訪談、實地考察等。

活動二：設計討論

內容：根據調研結果，討論并確定智能垃圾分類器的設計方案，包括功能模塊、外觀造型等。

形式：小組討論、思維導圖繪制、PPT匯報等。

（3）編程與硬件EnnL+0Ztw2v6BQST4z3BiA==搭建階段（4課時）

活動一：編程基礎培訓

內容：教授Scratch或Python編程基礎，包括變量、條件判斷、循環等基本語法。

形式：教師講解、學生操作練習。

活動二：傳感器原理學習

內容：講解攝像頭傳感器、顏色傳感器等的工作原理和應用方法。

形式：觀看教學視頻、實驗操作演示。

活動三：編程實現

內容：學生分組編寫程序，控制傳感器識別垃圾類型，并根據識別結果控制舵機分類投放或LED指示燈顯示。

形式：小組協作、編程實踐、教師指導。

活動四：硬件搭建

內容：將編程模塊與硬件模塊相結合，完成智能垃圾分類器的實體搭建。

形式：小組合作、動手實踐、教師輔助。

（4）測試與優化階段（2課時）

活動一：初步測試

內容：在實驗室環境下測試智能垃圾分類器的功能，記錄測試數據和問題。

形式：小組分工合作、數據記錄與分析。

活動二：問題反饋與優化

內容：根據測試結果反饋問題，討論并提出優化方案，進行改進。

形式：小組討論、代碼修改、硬件調整。

活動三：最終測試

內容：在更接近實際應用的環境中（如校園一角）進行最終測試，確保智能垃圾分類器的穩定性和準確性。

形式：全校展示、師生體驗、建議收集。

（5）總結與展示階段（1課時）

活動一：項目總結

內容：各小組總結項目過程中的收獲與不足，分享經驗與教訓。

形式：小組匯報、PPT展示。

活動二：成果展示

內容：展示智能垃圾分類器的實物和操作演示，邀請師生參觀體驗。

形式：現場展示、互動體驗、媒體報道（可選）。

4.教學評價

過程評價：觀察學生在各個活動環節中的表現，包括參與度、合作精神、問題解決能力等。

作品評價：從設計創意、編程質量、硬件搭建、功能實現等方面評價智能垃圾分類器的最終成果。

自我反思：鼓勵學生進行項目自我反思，總結個人成長和收獲。

案例二：校園導航系統開發項目

1.知識準備與預習

●知識準備

編程基礎：了解至少一種編程語言（如Scratch、Python）的基本語法和編程思想。

地理信息系統基礎：簡要了解GIS（地理信息系統）的基本概念和應用場景。

界面設計：了解基本的UI（用戶界面）設計原則和方法。

●預習任務

學生需提前學習并熟悉所選編程語言的基礎知識。

閱讀關于校園導航系統的相關資料，了解系統的基本功能和實現方式。

思考并提出自己對校園導航系統的需求和改進建議。

2.問題分析

●問題分析會議

組織學生進行小組討論，收集師生對校園導航系統的具體問題。

問題包括：地圖顯示、地點搜索、路徑規劃、實時定位、導航提示等。

繪制用戶故事圖或問題列表，明確每個功能的詳細要求和優先級。

●問題整理與評審

將收集到的問題進行整理，去除冗余和不合理部分。

邀請教師或專家對需求進行評審，確保需求的合理性和可行性。

3.技術選型與設計

●技術選型

編程語言：根據學生基礎和教學資源選擇Scratch或Python作為開發語言。

開發平臺：確定使用Web開發（HTML/CSS/JavaScript）還是移動應用開發（如Android、iOS）技術。

地圖服務：選擇合適的地圖API（如百度地圖、高德地圖）提供地圖顯示和路徑規劃功能。

●系統設計

架構設計：設計系統的整體架構，包括前端展示層、后端邏輯處理層和數據存儲層。

界面設計：根據用戶需求設計簡潔明了的用戶界面，確保用戶體驗良好。

數據庫設計：設計存儲地點信息和用戶數據的數據庫結構。

4.編程實現

●分工與合作

將學生分為若干小組，每個小組負責系統的一個或多個功能模塊。

小組內部進行任務分配，確保每個學生都能參與到項目中來。

●編程實踐

學生根據系統設計文檔開始編程實現各個功能模塊。

教師定期檢查項目進度，提供必要的指導和幫助。

教師鼓勵學生使用版本控制工具（如Git）管理代碼，促進團隊協作。

5.測試與優化

●單元測試

每個功能模塊完成后進行單元測試，確保功能正確無誤。

編寫測試用例，覆蓋所有可能的輸入情況和邊界條件。

●集成測試

將各個功能模塊集成到系統中，進行整體測試。

解決集成過程中出現的兼容性和性能問題。

●用戶體驗測試

邀請師生進行實際使用測試，收集反饋意見。

根據用戶反饋對系統進行優化和改進。

四、總結

在小學高年段的信息科技編程教學領域，指向真實問題解決的教學模式展現了其獨特且強大的教育價值與實踐效果。這種教學模式下，教師不再僅僅局限于教授基本的編程語言知識和技能，而是將學生置于真實的、具有挑戰性的問題情境之中，鼓勵學生運用所學編程知識去分析、設計并解決實際問題。因此，在小學高年段的信息科技編程教學中，教師應積極引入并實踐指向真實問題解決的教學模式。

編輯：曾彥慧