AI素養(yǎng)提升的小學(xué)信息科技“教與學(xué)”方式創(chuàng)新探索

摘要：本文以《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》第三學(xué)段“身邊的算法”模塊為例，提出了推進(jìn)以學(xué)為中心的教與學(xué)方式創(chuàng)新策略，并以“學(xué)為中心”的視角，展開(kāi)了基于問(wèn)題解決的單元教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生的問(wèn)題解決能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：學(xué)為中心；教與學(xué)方式創(chuàng)新；小學(xué)信息科技

中圖分類號(hào)：G434" 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" 論文編號(hào)：1674-2117（2025）03-0113-04

隨著《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”）的實(shí)施，在六大學(xué)科邏輯主線中，“算法”被視為課程的核心。然而，對(duì)于年齡更小、認(rèn)知能力較弱、缺乏足夠計(jì)算機(jī)學(xué)科背景的小學(xué)五年級(jí)學(xué)生來(lái)說(shuō)，算法教學(xué)難度尤為突出。面對(duì)這一挑戰(zhàn)，如何遵循學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，以學(xué)為中心，改進(jìn)教與學(xué)方法，突破算法學(xué)習(xí)難點(diǎn)，成為教師要思考的問(wèn)題。下面，筆者以“身邊的算法”模塊中的“設(shè)計(jì)校園投票器”單元為例，探討如何創(chuàng)設(shè)有效的教與學(xué)策略，引導(dǎo)學(xué)生從學(xué)科專家的角度思考和實(shí)踐，并運(yùn)用學(xué)科概念和工具解決實(shí)際問(wèn)題。

以學(xué)為中心的“教與學(xué)”方式創(chuàng)新策略

1.核心概念直觀化，轉(zhuǎn)化學(xué)習(xí)內(nèi)容，化解學(xué)習(xí)難點(diǎn)

信息科技課程中的核心概念有著緊密的邏輯性、科學(xué)性，強(qiáng)調(diào)對(duì)關(guān)鍵知識(shí)領(lǐng)域的深入學(xué)習(xí)的必要性，其中包括對(duì)基本概念、理論及原則的深入掌握。

通過(guò)對(duì)核心理念的系統(tǒng)性學(xué)習(xí)，學(xué)生能夠清楚地理解不同概念之間的關(guān)聯(lián)，從根本上把握技術(shù)背后的科學(xué)原理，進(jìn)而培養(yǎng)他們運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的能力。但核心概念往往抽象且難以理解，而五年級(jí)學(xué)生的特點(diǎn)是對(duì)直觀化的學(xué)習(xí)內(nèi)容更能接受。因此，將核心概念直觀化，以視覺(jué)或?qū)嵺`方式呈現(xiàn)，讓學(xué)生在“做中學(xué)”的過(guò)程中理解核心概念，降低了學(xué)生的接受難度，而且直觀形象的內(nèi)容能夠增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)機(jī)。

2.關(guān)鍵問(wèn)題可視化，經(jīng)歷計(jì)算思維過(guò)程，突破學(xué)習(xí)重點(diǎn)

解決問(wèn)題是培養(yǎng)計(jì)算思維的有效途徑，可視化能夠使問(wèn)題的每一個(gè)組成部分都清晰可見(jiàn)，有助于學(xué)生發(fā)現(xiàn)其中的模式、關(guān)聯(lián)和結(jié)構(gòu)，從而識(shí)別出真正的核心問(wèn)題所在。將關(guān)鍵問(wèn)題可視化可以讓學(xué)生清晰地“看見(jiàn)”問(wèn)題的呈現(xiàn)與解決過(guò)程，進(jìn)而極大地提高解決問(wèn)題的效率。

另外，在面對(duì)復(fù)雜問(wèn)題時(shí)，學(xué)生能夠跳出傳統(tǒng)的思維模式，以全新的視角和系統(tǒng)的方法來(lái)探索解決方案。通過(guò)可視化的過(guò)程，學(xué)生可以形成更為系統(tǒng)和清晰的思維框架。

3.方案驗(yàn)證智能化，巧借AI助手，促進(jìn)學(xué)習(xí)方法轉(zhuǎn)變

隨著人工智能技術(shù)的不斷進(jìn)步和迭代發(fā)展，智能技術(shù)支持下的編程環(huán)境變得越來(lái)越豐富，其智能化程度也在不斷提高。編程環(huán)境不僅能夠提供編寫(xiě)與執(zhí)行程序的功能，還具備了程序跟蹤和語(yǔ)法檢查等高級(jí)功能。通過(guò)這些智能編程環(huán)境的運(yùn)用，可以大大減輕學(xué)生學(xué)習(xí)編程技能的負(fù)擔(dān)，從而可以讓學(xué)生將更多的時(shí)間和精力投入到設(shè)計(jì)問(wèn)題解決方案、優(yōu)化創(chuàng)新過(guò)程以及完善創(chuàng)新成果等方面。因此，在算法教學(xué)中應(yīng)該充分利用智能化編程環(huán)境的優(yōu)勢(shì)，提升程序編寫(xiě)的效率，從而促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變。

基于問(wèn)題解決的單元教學(xué)實(shí)踐過(guò)程

1.確定主題情境，制訂單元教學(xué)目標(biāo)

單元主題的選擇除了要體現(xiàn)學(xué)科的核心知識(shí)和思想方法，還需要和學(xué)生的生活密切相關(guān)。在選擇過(guò)程中，應(yīng)充分考慮學(xué)情，基于學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)知基礎(chǔ)，選取單元情境、確定主題、設(shè)計(jì)核心問(wèn)題。“設(shè)計(jì)校園投票器”這一主題情境是教師通過(guò)征集“學(xué)生在校園生活中經(jīng)常遇到的困難”的方式獲得的，并以校園生活中的“投票難”為單元主題情境設(shè)計(jì)了本單元的教學(xué)目標(biāo)。單元教學(xué)目標(biāo)為：①通過(guò)分析問(wèn)題，能將單元問(wèn)題進(jìn)行分解，對(duì)投票器進(jìn)行功能設(shè)計(jì)。②能根據(jù)投票器功能，遷移生活經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)算法描述問(wèn)題的解決過(guò)程，知道解決同一子問(wèn)題存在多種方法，這些方法存在時(shí)間效率上的差別。③能借助智慧筆和生成式人工智能AI協(xié)助編程實(shí)現(xiàn)問(wèn)題的解決。④結(jié)合生活實(shí)例，了解排序算法在生活中的應(yīng)用，認(rèn)識(shí)到算法對(duì)解決生活和學(xué)習(xí)中的問(wèn)題的重要性。

2.建構(gòu)單元知識(shí)結(jié)構(gòu)，厘清核心概念

本單元整合了“身邊的算法”模塊中的“算法的執(zhí)行”和“算法的效率”兩部分內(nèi)容。

本單元要解決的核心問(wèn)題是：如何設(shè)計(jì)一款小程序，解決校園活動(dòng)中遇到的統(tǒng)計(jì)、投票、排序等問(wèn)題。如圖1所示，教師在建構(gòu)單元知識(shí)結(jié)構(gòu)的同時(shí)，可以厘清核心概念，從而確定單元概念學(xué)習(xí)路徑。

3.立足問(wèn)題解決，建構(gòu)單元設(shè)計(jì)路線

教師根據(jù)單元情境，首先提出單元問(wèn)題：如何設(shè)計(jì)校園投票器小程序？再把單元問(wèn)題分解成六個(gè)子問(wèn)題：投票器具備哪些功能？如何設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)這些功能的算法？如何借助AI助手將算法轉(zhuǎn)化成程序？計(jì)算機(jī)是如何實(shí)現(xiàn)排序的？影響排序效率的因素有哪些？投票器的使用效果如何？六個(gè)子問(wèn)題形成了單元問(wèn)題鏈，指向新課標(biāo)中“身邊的算法”模塊的重點(diǎn)和難點(diǎn)的要求：在實(shí)踐探索中形成設(shè)計(jì)與分析簡(jiǎn)單算法的能力，即：抽象問(wèn)題—探索算法—描述算法—程序?qū)崿F(xiàn)—原理探究—迭代優(yōu)化。

為了讓單元核心問(wèn)題更清晰地融入到單元實(shí)踐活動(dòng)，將本單元分成三大板塊：實(shí)踐探索板塊（定義問(wèn)題-設(shè)計(jì)算法-AI編程）、原理探究板塊（查找算法-排序算法-算法效率）和遷移應(yīng)用（產(chǎn)品測(cè)試與效果反饋）。如下頁(yè)圖2所示，教師建立問(wèn)題探索路徑，引導(dǎo)學(xué)生帶著單元核心問(wèn)題進(jìn)行實(shí)踐探索，激發(fā)其主動(dòng)探索欲望，提高學(xué)習(xí)興趣。

4.聚焦學(xué)生思維，設(shè)計(jì)單課教學(xué)內(nèi)容

原理探究類教學(xué)普遍存在的問(wèn)題是內(nèi)容抽象難懂、學(xué)生參與度低、重在知識(shí)培養(yǎng)忽略能力和素養(yǎng)的培養(yǎng)等。例如，在原理探究部分的《探秘排序算法》一課中，教師可以通過(guò)問(wèn)題鏈—任務(wù)鏈—學(xué)習(xí)支架（如圖3），依據(jù)學(xué)生的思維層次，設(shè)計(jì)有梯度的直觀的思維體驗(yàn)活動(dòng)，在解決問(wèn)題的過(guò)程中不斷地去抽象、規(guī)范解決問(wèn)題的思路和方法，最終形成計(jì)算思維并理解其背后的科學(xué)原理。

本節(jié)課，筆者以學(xué)生借助AI助手制作的“讀書(shū)節(jié)好書(shū)推薦排行榜”為情境，當(dāng)點(diǎn)擊“排行榜”按鈕時(shí)，圖書(shū)就會(huì)按照投票數(shù)由高到低排列，于是問(wèn)題就產(chǎn)生了：計(jì)算機(jī)是如何對(duì)投票結(jié)果進(jìn)行從大到小排序的？使用什么算法實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能呢？接著，教師再引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行如下的原理探究過(guò)程。

（1）核心概念直觀化，思維過(guò)程“真”突破

排序問(wèn)題在生活中十分常見(jiàn)，學(xué)生的思維起點(diǎn)是對(duì)生活中排序的遷移，是靠直覺(jué)描述排序的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程略微有點(diǎn)混亂。那么，如何把排序過(guò)程直觀地呈現(xiàn)出來(lái)，將排序這一抽象問(wèn)題轉(zhuǎn)化為具體問(wèn)題，在解決問(wèn)題中呈現(xiàn)其思維過(guò)程呢？學(xué)生對(duì)28個(gè)數(shù)排序比較困難，因此，教師可以引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)數(shù)字卡片對(duì)2個(gè)數(shù)、3個(gè)數(shù)、4個(gè)數(shù)……逐次排序，從中發(fā)現(xiàn)規(guī)律：找出未排序中的最大值與未排序中的第一個(gè)數(shù)交換，直到所有數(shù)字排序完成，這個(gè)過(guò)程就是從具象到抽象的過(guò)程。

在找到規(guī)律后，再用這樣的方法對(duì)6個(gè)數(shù)進(jìn)行排序，這樣又從抽象走到具象，抽象具象不斷地交互回歸。學(xué)生從用自然語(yǔ)言的表達(dá)方式，到逐漸地用術(shù)語(yǔ)規(guī)范出來(lái)，再逐漸地在規(guī)范的過(guò)程中，貼近于用計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題的方式去描述。在完成排序的過(guò)程中，學(xué)生的思維更加精準(zhǔn)，學(xué)生的表達(dá)更加規(guī)范，這既是學(xué)生共同參與表達(dá)的過(guò)程，也是計(jì)算思維的培養(yǎng)過(guò)程。

（2）關(guān)鍵問(wèn)題可視化，學(xué)習(xí)難度“真”化解

在排序過(guò)程中，有一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：如何找出最大值？學(xué)生根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)自然反應(yīng)是：用眼睛觀察后再比較。如果把這些數(shù)按次序裝進(jìn)了盲盒里，看不見(jiàn)了該如何找出最大值呢？這個(gè)問(wèn)題引發(fā)了學(xué)生的思考。于是，教師要求開(kāi)展“尋找最重盲盒的實(shí)驗(yàn)”，借助天平，通過(guò)實(shí)驗(yàn)稱出“最重盲盒”的過(guò)程，提煉“求最大值”的算法步驟。

這種直觀的方法讓學(xué)生有了很多直接的體驗(yàn)，有了更多直接的經(jīng)驗(yàn)。

（3）方案驗(yàn)證智能化，學(xué)習(xí)方式“真”轉(zhuǎn)變

通過(guò)歸納描述實(shí)驗(yàn)探索的過(guò)程，學(xué)生完整地描述了用自然語(yǔ)言描述的選擇排序算法，那么，如何將其轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可執(zhí)行的程序語(yǔ)言來(lái)驗(yàn)證算法的正確性？教師可以借助生成式人工智能——AI助手，將自然語(yǔ)言描述的算法轉(zhuǎn)化為AI提示詞，通過(guò)AI助手生成選擇排序程序與自然語(yǔ)言描述的算法進(jìn)行對(duì)應(yīng)，建立算法與程序的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

5.以學(xué)習(xí)支架和平臺(tái)，支撐完善學(xué)習(xí)過(guò)程

在整個(gè)教學(xué)探索的過(guò)程中，筆者注重學(xué)習(xí)支架的設(shè)計(jì)和在線學(xué)習(xí)平臺(tái)使用。

例如，在算法描述階段，學(xué)生剛接觸算法，而流程圖的繪制是算法學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，于是筆者借助“填空”的方式幫助學(xué)生降低學(xué)習(xí)難度；在算法應(yīng)用階段，要求學(xué)生使用算法思維解決問(wèn)題，重點(diǎn)在于算法的設(shè)計(jì)，需要學(xué)生能夠自主分解問(wèn)題、厘清數(shù)量關(guān)系、建立模型，所以需自主繪制算法流程圖；再進(jìn)一步，在學(xué)習(xí)具體經(jīng)典算法的過(guò)程中，為了降低對(duì)算法模型的理解難度，需要通過(guò)思維可視化方式將算法模型可視化，程序驗(yàn)證也只需要能閱讀程序即可；在設(shè)計(jì)算法解決真實(shí)問(wèn)題階段，面對(duì)復(fù)雜的程序設(shè)計(jì)，可借助AI助手，將算法轉(zhuǎn)變?yōu)锳I提示詞，通過(guò)人機(jī)協(xié)作來(lái)解決問(wèn)題。

在學(xué)習(xí)平臺(tái)的選擇上，一方面要關(guān)注與學(xué)生數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力的匹配。另一方面要關(guān)注學(xué)習(xí)內(nèi)容與學(xué)習(xí)平臺(tái)的適配度。

6.以終為始，實(shí)現(xiàn)“教-學(xué)-評(píng)”一致性

“以終為始”的素養(yǎng)評(píng)價(jià)，是以核心素養(yǎng)框架為引領(lǐng)，以表現(xiàn)性任務(wù)為主要抓手，以數(shù)字化學(xué)習(xí)平臺(tái)和精準(zhǔn)教學(xué)支持系統(tǒng)（閔智平臺(tái)+智慧筆）為保障。在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，教師應(yīng)首先明確學(xué)生完成學(xué)習(xí)活動(dòng)后預(yù)期達(dá)到的學(xué)習(xí)結(jié)果，再選擇能判斷學(xué)生達(dá)到預(yù)期結(jié)果的證據(jù)，然后基于評(píng)價(jià)證據(jù)組織教學(xué)內(nèi)容和課堂活動(dòng)。為體現(xiàn)“教-學(xué)-評(píng)”一致性，筆者將核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)轉(zhuǎn)化為表現(xiàn)性任務(wù)，讓學(xué)生在完成任務(wù)的同時(shí)在平臺(tái)上留下學(xué)習(xí)軌跡，形成評(píng)價(jià)的“證據(jù)鏈”，使評(píng)價(jià)過(guò)程貫穿整個(gè)教學(xué)與學(xué)習(xí)活動(dòng)。

立足育人方向，反思素養(yǎng)達(dá)成

1.教學(xué)方式創(chuàng)新：直觀化、可視化與智能化的應(yīng)用

通過(guò)本案例的探索，將核心概念直觀化、關(guān)鍵問(wèn)題可視化及方案驗(yàn)證智能化教學(xué)策略運(yùn)用于原理探究類課程，不僅幫助學(xué)生克服了算法學(xué)習(xí)的難度，而且通過(guò)實(shí)際操作和視覺(jué)呈現(xiàn)，極大地增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)學(xué)科核心概念的理解和興趣，學(xué)生能在解決具體問(wèn)題的過(guò)程中自然而然地掌握算法的原理和應(yīng)用，

2.學(xué)習(xí)方式創(chuàng)新：從知識(shí)、能力到素養(yǎng)的跨越

通過(guò)對(duì)學(xué)生校園生活中的真實(shí)問(wèn)題的解決，與真實(shí)生活建立連接，學(xué)生不僅理解了學(xué)科核心概念和原理，更通過(guò)問(wèn)題解決的方式鍛煉了自己的計(jì)算思維和問(wèn)題分析能力，激發(fā)了學(xué)習(xí)的價(jià)值感和學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，同時(shí)在項(xiàng)目實(shí)施的過(guò)程中促進(jìn)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、批判性思維、創(chuàng)造性思維及自主學(xué)習(xí)能力的發(fā)展。

3.前沿技術(shù)的深度融合：推動(dòng)教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵

智能化教學(xué)工具的引入，為學(xué)習(xí)方式帶來(lái)了新的轉(zhuǎn)變。這些工具不僅減少了學(xué)生在編程學(xué)習(xí)過(guò)程中的技術(shù)障礙，還通過(guò)提供實(shí)時(shí)反饋和修改建議，極大地提升了學(xué)習(xí)的效率和質(zhì)量。

4.基于證據(jù)的單元教學(xué)設(shè)計(jì)：打開(kāi)課堂的“黑箱”

基于證據(jù)的教學(xué)更好地解決教學(xué)實(shí)踐中的難題，促使教學(xué)過(guò)程的理性化、規(guī)范化、科學(xué)化和可視化。教師在使用數(shù)字平臺(tái)時(shí)，可以通過(guò)學(xué)生賬戶動(dòng)態(tài)全方位地關(guān)注學(xué)生、了解學(xué)生，從而設(shè)計(jì)個(gè)性化的教學(xué)方案，也可以更客觀地進(jìn)行引導(dǎo)和評(píng)價(jià)。學(xué)生通過(guò)數(shù)字化平臺(tái)基于證據(jù)的學(xué)習(xí)，不但建立對(duì)數(shù)字身份的認(rèn)識(shí)和合理使用的意識(shí)，還可以在學(xué)習(xí)過(guò)程中提高證據(jù)和數(shù)據(jù)意識(shí)，促進(jìn)數(shù)字素養(yǎng)的提升。

作者簡(jiǎn)介：白巧變，高級(jí)教師，區(qū)信息科技骨干教師，區(qū)信息科技名師基地學(xué)員，區(qū)第六期優(yōu)秀教師培育工程學(xué)員，區(qū)第一屆優(yōu)秀教師科研培訓(xùn)班學(xué)員。