基于真實問題解決的信息科技實驗教學進階設計與研究

摘要：本文以《算法的時間效率》一課為例，以現實生活的案例為探究對象，探討了小學信息科技實驗教學的具體實施策略，并從培養學生計算思維能力出發，讓學生在“真實的學習經歷”中進行算法效率驗證，培養學生的計算思維，最終實現學科育人的目的。

關鍵詞：真實問題解決；小學信息科技；實驗教學；計算思維

中圖分類號：G434" 文獻標識碼：A" 論文編號：1674-2117（2025）07-0000-03

《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》倡導真實性學習，強調實施核心素養理念下的小學信息科技教學，意在創設“真實性學習”情境，培養學生的學科觀念和思維方式。因此，教師應梳理教材內容，明確核心問題和教學目標，調動學生學習的積極性，讓學生在解決實際問題的過程中提升能力。

《算法的時間效率》一課的內容選自《中小學實驗教學基本目錄（2023年版）》中小學信息科技實驗教學“身邊的算法”主題中的“算法的效率”，要求通過真實案例，知道算法步驟的執行次數與問題的規模有關，觀察并體驗采用不同算法解決同一問題在時間效率上的差別。筆者以現實生活中的案例為探究對象，基于真實問題解決，探討了小學信息科技實驗教學的具體實施策略，即從培養學生計算思維能力出發，通過真情境引出真問題、真問題引出真任務、真任務實現真體驗、真體驗成就真收獲，讓學生在“真實的學習經歷”中進行算法效率驗證，培養學生的計算思維，最終實現學科育人的目的。

真實情境導入：“現實版的誰是臥底”，構建算法應用的教學場景

在信息科技實驗教學中，創設真實的教學情境是激發學生探究欲望和創新精神的關鍵。教師可以通過觀察生活、了解社會熱點等方式，挖掘與學生生活密切相關的真實情境，并將其引入實驗教學中。

本課以案例“現實版的誰是臥底”切入，引導學生思考如何通過算法在不引起臥底注意的情況下找到臥底。

現實版的誰是臥底：一位明星，經常會將自己的私人生活發布到只有朋友能夠看到的朋友圈中，可是這些只有朋友能知道的信息被一本八卦周刊報道，且每次都有，她懷疑自己的朋友圈里有八卦周刊的臥底，因此她利用一個方法，通過幾個月時間，在幾百個朋友中成功找到了臥底，并且掌握到了證據將臥底起訴，你們猜她是用了什么方法找到臥底的？用枚舉法可以嗎？

在真實情境的基礎上，教師引導學生發現并提出真問題。在提出問題的過程中，學生發現有的方法可以解決當前問題，但是沒有實際操作的可能，這就是真情境帶來的真問題。針對“現實版的誰是臥底”這一真實的情境，枚舉法不可行。

學生自己發現問題：枚舉法能解決問題，但是時間太長了，而且太頻繁地分享，很容易讓臥底察覺。

這時就有學生提出：可不可以分批進行。

學生自主生成一個需要測試驗證的真問題：如何分批進行？并且學生對生成的真問題尤為感興趣。通過真情境引出真問題，能夠激發學生的探究興趣和思考能力。

任務真體驗：“揪出臥底我能行”，推演算法的時間效率影響因子

真問題如何引出符合課堂教學實施的真任務呢？筆者認為，針對提出的真問題，應設計具有實踐性和可操作性的真任務。真任務應與學生的生活經驗和認知水平相符，能夠讓學生在解決問題的過程中提升信息素養和創新能力。根據前面生成的真實問題，緊接著提出任務。

任務一：討論與測試——最多發布8次朋友圈，揪出臥底。請猜測怎么發送朋友圈。

在此任務中，學生先分小組在自己的學習單上進行討論與測試，然后各小組上臺嘗試揪出臥底。

在這個過程中，有學生嘗試一開始發送一列，10人，結果嘗試超過8次，失敗了。這時教師建議，是否可以取一個中間值試試，學生緊接著嘗試，發現有操作的可能，然后上臺進行操作。

學生上臺繪制朋友圈發送范圍：可以先發送給一半的朋友。

師：八卦周刊并未報道相關信息。

生：可以確定臥底在另外一半人里面，那就在另一半里再分一半發送信息。

師：八卦周刊報道相關信息。

生：已經明確臥底就在這一半里面，那就再分一半進行發送。

師：八卦周刊報道相關信息。現在臥底在哪呢？

生：就在剩下的9個人里面，我再分一半發送。

師：八卦周刊并未報道相關信息。

生：就在剩下的4個人里面，再來。

師：八卦周刊并未報道相關信息。

生：就在另外的2個人里面，隨便選一個。

師：八卦周刊并未報道相關信息。

生：臥底是另外一人。

經過測試發現有些方案失敗了，但是在大家通力合作下，任務挑戰成功。在測試過程中，教師不斷地引導學生明確發送的范圍是多少，學生在多次嘗試中發現，每次測試一半，速度會比較快。最后，教師介紹二分法，利用二分法，將原本需要驗證39次，甚至更多次的猜測，直接降成8次以下，大大提高了算法的時間效率。

在前面的體驗中，學生初步感受了枚舉法和二分法的差異，緊接著教師提問學生：是什么原因讓枚舉法和二分法的時間效率不同？學生根據實際情況進行猜測，多數學生猜測與人數有關，也就是與查找的規模有關。再進行任務二，對猜測進行測試與驗證，實現教學的閉環。

任務二：測試與驗證——（3人一小組）1人體驗“枚舉法”，1人體驗“二分法”，1人在學習單上記錄。驗證范圍在1～200之間（如下頁圖1）。

學生發現：用枚舉法測試，驗證數值越小，驗證次數越少，運行時間越短；用二分法操作，無論驗證數值是多少，驗證次數基本不變，運行時間基本不變。經過任務二，學生發現算法的時間效率和算法步驟的執行次數與問題的規模有關。

在學習過程中，教師要注重學生在探究解決問題過程中的合作方式，在設置任務的時候，對分工進行合理的安排與建議，讓學生明確自己在任務中承擔的角色，這樣就讓每個學生都能夠參與進來，從而使得小組合作更加高效，學生學習體驗感更好。

真實情境拓展：“外賣的生死時速”，理解合理使用算法的時間效率

經過學習，學生已經對算法的時間效率有了一定的認識，教師提出問題“如今，算法的時間效率已經成為衡量算法優劣的標準之一，那么，是不是算法的時間效率越高越好呢？”，并展示兩個真實案例（如圖2），布置任務三。

任務三：思考與展望——是不是算法的時間效率越高越好？

學生發表觀點：我覺得應根據實際情況來考慮，就像案例二里的外賣，可以適當放寬送餐時間，保證送餐的安全。不能什么都聽算法的，還要考慮實際情況。

通過兩個真實案例，讓學生感受算法是為了服務生活，而不是盲目地追求算法的時間效率，因此應該合理地去利用它。這樣，通過正反舉例算法時間效率的應用，讓學生在感受算法給生活帶來便捷的同時，明白應合理使用算法的時間效率，不然會適得其反。

基于真實問題解決的教學設計思考

在信息科技實驗教學中，教師應結合學生的生活實際和認知特點，創設真實的教學情境。例如，通過“誰是臥底”的真實案例，引導學生發現枚舉法在生活中的局限性，促使學生發散思維，嘗試思考不同的解決方法。通過不斷地探索，從多分法到二分法，發現解決問題的效率在不斷提高，從而引出算法的時間效率。經過“誰是臥底”實例的學習，學生對算法的時間效率已經有初步的認識。在此基礎上，教師再讓學生對比枚舉法和二分法，在小組合作的基礎上，通過程序測算，填寫表格，發現影響算法時間效率的因素，從而深入了解算法的時間效率與步驟的執行次數和問題的規模有關。需要注意的是，教師要根據學生的實際情況和教學目標，設計具有層次性和遞進性的任務。任務應從簡單到復雜、從基礎到高級逐步推進，讓學生在完成任務的過程中逐步提升能力。

參考文獻：

[1]馬云飛，肖龍海，董洪丹.核心素養導向下學科教學“真問題”的設計：意蘊、形態與尋解[J].中國電化教育，2022（09）：122-129.

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