著眼大概念 優(yōu)化算法模塊教學(xué)

〔摘""要〕"算法模塊作為小學(xué)信息科技課程的重要內(nèi)容，具有培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的獨(dú)特價(jià)值。本文基于大概念視域，探討小學(xué)信息科技學(xué)科算法模塊教學(xué)的必要性，提出優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)的具體思路與實(shí)施策略?！碴P(guān)鍵詞〕"信息科技；大概念；算法模塊教學(xué)；優(yōu)化策略《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱新課標(biāo)）將“算法”作為小學(xué)信息科技教學(xué)的核心內(nèi)容之一，強(qiáng)調(diào)其在培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維和解決問題能力中的重要地位。然而，當(dāng)前算法模塊教學(xué)普遍存在知識(shí)點(diǎn)割裂、實(shí)踐活動(dòng)不足及創(chuàng)新能力培養(yǎng)薄弱等問題，難以滿足新課標(biāo)要求。大概念教學(xué)以主題驅(qū)動(dòng)為主線，通過整合零散知識(shí)點(diǎn)為系統(tǒng)性學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生構(gòu)建整體認(rèn)知，深化對算法的理解與應(yīng)用。本文基于大概念視域，探討小學(xué)信息科技算法模塊的教學(xué)設(shè)計(jì)優(yōu)化策略。一、小學(xué)信息科技算法模塊教學(xué)存在的問題隨著新課標(biāo)的實(shí)施，算法作為培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的重要載體，逐漸成為小學(xué)信息科技教學(xué)關(guān)注的焦點(diǎn)。然而在實(shí)際教學(xué)中，算法模塊仍面臨多方面的挑戰(zhàn)，其核心問題在于教學(xué)設(shè)計(jì)未能以大概念視域?yàn)橹笇?dǎo)進(jìn)行整合，具體表現(xiàn)如下。（一）知識(shí)點(diǎn)割裂，系統(tǒng)性不足當(dāng)前，小學(xué)信息科技教學(xué)多以單課節(jié)為單位展開，側(cè)重知識(shí)點(diǎn)的獨(dú)立講解而忽視模塊內(nèi)部的邏輯關(guān)聯(lián)。例如，對《自然語言描述算法》與《流程圖描述算法》，本應(yīng)圍繞“算法的表示方式”這一主題進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)結(jié)，但在實(shí)際教學(xué)中，它們常被割裂處理。這種教學(xué)方式導(dǎo)致學(xué)生僅停留在對孤立知識(shí)點(diǎn)的記憶上，難以形成對算法模塊的整體認(rèn)知，更無法實(shí)現(xiàn)知識(shí)遷移。（二）實(shí)踐活動(dòng)薄弱，缺乏真實(shí)應(yīng)用實(shí)踐活動(dòng)是算法教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，有助于將抽象概念轉(zhuǎn)化為具體體驗(yàn)，然而在實(shí)際教學(xué)中，實(shí)踐環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)往往流于形式。例如，在學(xué)習(xí)《在線生活中的算法》時(shí)，學(xué)生僅被要求模仿教材案例的算法邏輯，缺乏基于真實(shí)情境的任務(wù)設(shè)計(jì)。這種做法不僅降低了學(xué)生對算法的興趣，還削弱了其感知算法應(yīng)用價(jià)值的能力。（三）任務(wù)設(shè)計(jì)單調(diào)，創(chuàng)新能力培養(yǎng)欠缺在實(shí)際教學(xué)中，任務(wù)設(shè)計(jì)多以固定答案為導(dǎo)向，缺乏開放性和多樣性。例如，在學(xué)習(xí)《算法與問題解決》時(shí)，學(xué)生僅復(fù)現(xiàn)既定算法流程，未能在任務(wù)中嘗試不同方案或優(yōu)化策略。這種任務(wù)單一的設(shè)計(jì)限制了學(xué)生自主探索的空間，抑制了創(chuàng)造性思維的發(fā)展。二、著眼大概念優(yōu)化算法模塊教學(xué)的必要性算法模塊的教學(xué)目標(biāo)不僅在于讓學(xué)生學(xué)習(xí)具體的算法知識(shí)，更在于培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。針對算法模塊教學(xué)中存在的整體性不足、實(shí)踐活動(dòng)薄弱和創(chuàng)新性缺失等問題，大概念教學(xué)以主題驅(qū)動(dòng)、情境化實(shí)踐和開放性任務(wù)為核心，為教學(xué)優(yōu)化提供了有效路徑。以下從三個(gè)方面論述開展大概念教學(xué)的必要性。（一）聚焦主題核心，構(gòu)建整體化知識(shí)框架大概念教學(xué)強(qiáng)調(diào)圍繞核心主題整合教學(xué)內(nèi)容，幫助學(xué)生從整體上把握知識(shí)結(jié)構(gòu)。在浙教版信息科技六年級上冊第一單元“算法的實(shí)現(xiàn)”中，圍繞“算法是一組明確定義且可執(zhí)行的操作，用于描述解決問題的方法及其步驟”這一大概念，可整合《抽象與建?！贰端惴ㄔO(shè)計(jì)》《算法的程序體驗(yàn)》和《算法的執(zhí)行》等課程內(nèi)容，系統(tǒng)串聯(lián)算法從抽象建模到算法驗(yàn)證的完整過程。（二）注重實(shí)踐與情境化，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣實(shí)踐活動(dòng)是將抽象概念轉(zhuǎn)化為具體體驗(yàn)的重要手段。大概念教學(xué)強(qiáng)調(diào)在真實(shí)情境中設(shè)計(jì)任務(wù)，幫助學(xué)生將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于解決實(shí)際問題中。例如，在教學(xué)《算法的驗(yàn)證》一課時(shí)，教師可以設(shè)計(jì)任務(wù)“驗(yàn)證猜數(shù)字算法的實(shí)現(xiàn)”，讓學(xué)生通過對不同輸入條件的實(shí)驗(yàn)測試，掌握算法正確性和有效性的驗(yàn)證方法。此外，情境化任務(wù)能夠幫助學(xué)生在實(shí)踐中感知算法的應(yīng)用價(jià)值。例如，通過設(shè)計(jì)任務(wù)“優(yōu)化班級活動(dòng)安排”，學(xué)生可以分析不同安排方案在時(shí)間分配上的效率，并以流程圖的形式優(yōu)化活動(dòng)流程。這樣，學(xué)生能夠通過親身體驗(yàn)深入理解算法在解決實(shí)際問題中的作用，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和探索動(dòng)力。（三）倡導(dǎo)開放性設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力與高階思維大概念教學(xué)注重設(shè)計(jì)開放性任務(wù)，打破固定答案的限制，引導(dǎo)學(xué)生嘗試多種解決方案，逐步培養(yǎng)其創(chuàng)新能力與高階思維。例如，在“韓信點(diǎn)兵”問題中，學(xué)生通過比較不同算法的優(yōu)劣，自主優(yōu)化策略并提出改進(jìn)創(chuàng)想，不僅能體驗(yàn)算法優(yōu)化的多樣性，還能提出富有創(chuàng)造性的解決問題的方案。與此類似，在學(xué)習(xí)《算法的多樣性》時(shí)，教師可以設(shè)計(jì)任務(wù)“規(guī)劃家庭用電優(yōu)化方案”，鼓勵(lì)學(xué)生分析家電的使用特點(diǎn)并設(shè)計(jì)算法優(yōu)化方案，幫助學(xué)生在解決復(fù)雜問題中形成算法優(yōu)化的深刻認(rèn)識(shí)。大概念教學(xué)在算法模塊中的應(yīng)用，是解決傳統(tǒng)教學(xué)問題、提升教學(xué)效果的重要途徑。通過主題驅(qū)動(dòng)的整體設(shè)計(jì)、情境化實(shí)踐活動(dòng)和開放性任務(wù)，教師能夠幫助學(xué)生構(gòu)建完整的知識(shí)框架，深化對算法本質(zhì)的理解，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，并培養(yǎng)高階思維與創(chuàng)新能力。這種教學(xué)方式契合新課標(biāo)核心素養(yǎng)的要求，為學(xué)生的信息科技學(xué)習(xí)與實(shí)踐能力提升奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。三、著眼大概念優(yōu)化算法模塊教學(xué)的思路基于大概念教學(xué)理念，小學(xué)信息科技算法模塊的設(shè)計(jì)應(yīng)從整體化目標(biāo)設(shè)定、教學(xué)內(nèi)容的整合與規(guī)劃以及教學(xué)方法的創(chuàng)新等方面進(jìn)行優(yōu)化，幫助學(xué)生在系統(tǒng)學(xué)習(xí)中深刻理解算法的本質(zhì)與應(yīng)用價(jià)值。（一）基于學(xué)生大概念學(xué)習(xí)需求，制定單元教學(xué)目標(biāo)在大概念視域下，教師要摒棄傳統(tǒng)的單章節(jié)教學(xué)模式，從全局出發(fā)，以大概念為核心，構(gòu)建單元整體教學(xué)目標(biāo)，貫通多個(gè)知識(shí)點(diǎn)并與實(shí)踐應(yīng)用緊密結(jié)合。以浙教版信息科技六年級上冊第二單元“算法的效率”為例，教師在制定教學(xué)目標(biāo)前需對教材內(nèi)容及新課標(biāo)要求進(jìn)行深刻解析，從而設(shè)計(jì)出能夠體現(xiàn)大概念思想的單元目標(biāo)：在典型的信息技術(shù)應(yīng)用場景中，嘗試采用不同方法解決同一問題，能夠使用自然語言、流程圖和程序等方式基于算法的順序、分支和循環(huán)三種基本控制結(jié)構(gòu)，正確描述并實(shí)現(xiàn)問題求解的算法；熟悉經(jīng)典算法的執(zhí)行過程，并能夠針對不同的輸入數(shù)據(jù)規(guī)模，分析解決同一問題的不同算法在時(shí)間效率上的優(yōu)劣。通過制定上述單元目標(biāo)，學(xué)生不僅能夠掌握具體的算法知識(shí)，還能夠從整體上理解算法效率的概念與內(nèi)涵。（二）基于單元目標(biāo)整合單元內(nèi)容，提出驅(qū)動(dòng)性問題在確認(rèn)單元目標(biāo)后，應(yīng)以單元主題為核心，整合教材內(nèi)容并設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)性問題，使學(xué)生在問題探究中深度學(xué)習(xí)，形成系統(tǒng)化認(rèn)知。以“算法的效率”單元為例，主題圍繞經(jīng)典問題“韓信點(diǎn)兵”展開：韓信帶領(lǐng)一隊(duì)士兵，3個(gè)3個(gè)數(shù)，余2個(gè)；5個(gè)5個(gè)數(shù)，余3個(gè)；7個(gè)7個(gè)數(shù)，余2個(gè)，一共有多少人？教材介紹了枚舉法、篩選法和同余法三種解決策略。教學(xué)的重點(diǎn)不應(yīng)是讓學(xué)生機(jī)械學(xué)習(xí)這三種算法，而是通過比較多種算法，引導(dǎo)學(xué)生理解算法的多樣性和效率的差異性。因此，教師在教學(xué)時(shí)可整合整個(gè)單元進(jìn)行整體教學(xué)，提出驅(qū)動(dòng)性任務(wù)：“用什么方法解決‘韓信點(diǎn)兵’問題效率更高？”并引導(dǎo)學(xué)生探索：有哪些算法可以解決問題？這些算法的效率有什么不同？通過這種方式，學(xué)生的關(guān)注點(diǎn)從具體算法轉(zhuǎn)向?qū)Α八惴ㄐ省边@一大概念的深刻理解。（三）基于單元內(nèi)容合理劃分課時(shí)，形成問題鏈大概念單元教學(xué)模式將單元內(nèi)容視為一個(gè)整體，通過合理劃分課時(shí)，逐步引導(dǎo)學(xué)生聚焦核心問題，完成從知識(shí)點(diǎn)到大概念的遷移與深化。以“算法的效率”單元為例，教師對教材進(jìn)行重組后，要根據(jù)各板塊教學(xué)內(nèi)容的多少、教學(xué)內(nèi)容中知識(shí)之間的連接，將驅(qū)動(dòng)性問題分解為子問題形成問題鏈，同時(shí)合理劃分課時(shí)，借助合理的課時(shí)規(guī)劃完成教學(xué)任務(wù)，優(yōu)化學(xué)生學(xué)習(xí)體驗(yàn)，提升學(xué)生學(xué)習(xí)有效性。單元課時(shí)規(guī)劃如下。這種結(jié)構(gòu)化的課時(shí)安排能夠通過“問題鏈”逐步深化學(xué)生對單元主題的理解，并有效連接前后知識(shí)內(nèi)容。（四）通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提升學(xué)生科學(xué)實(shí)踐能力算法模塊教學(xué)應(yīng)避免單純地編程技能訓(xùn)練，也不能停留于理論知識(shí)的講解。新課標(biāo)倡導(dǎo)通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)、借助科學(xué)的實(shí)驗(yàn)過程提升學(xué)生的科學(xué)認(rèn)知與實(shí)踐能力。在算法模塊中，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是將抽象算法概念具體化的重要手段。通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)任務(wù)，學(xué)生能夠直觀感受算法的運(yùn)行機(jī)制，理解其效率優(yōu)化的意義，同時(shí)在實(shí)踐中提高分析問題和解決問題的能力。以《韓信點(diǎn)兵篩選法的實(shí)現(xiàn)》為例，由于本課聚焦的是對“算法的效率”的理解，而不是具體地學(xué)習(xí)篩選法，學(xué)生圍繞“如何合理安排三次篩選”開展了實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)1：運(yùn)行范例程序?qū)ふ襵除以3余2的數(shù)，將結(jié)果記錄到表格中。實(shí)驗(yàn)2：修改范例程序，尋找1000～1100之間除以5余數(shù)為3的數(shù)，運(yùn)行程序并將結(jié)果記錄到表格中。實(shí)驗(yàn)3：修改程序，尋找1000～1100之間除以7余數(shù)為2的數(shù)，運(yùn)行程序并將結(jié)果記錄到表格中。在完成以上單一篩選實(shí)驗(yàn)后，教師可以引導(dǎo)學(xué)生將篩選順序按照“效率優(yōu)先”原則重新排序，探討最優(yōu)執(zhí)行方案，并解釋優(yōu)化原因。學(xué)生通過分析結(jié)果可以得出結(jié)論，同樣是篩選法，使用不同的算法設(shè)計(jì)，效率不同，并設(shè)計(jì)最優(yōu)算法如下：用a存儲(chǔ)1000～1100范圍內(nèi)的數(shù)；在a中刪除不滿足“x"除以7余數(shù)為2”條件的數(shù)；在a中刪除不滿足“x"除以5余數(shù)為3”條件的數(shù)；在a中刪除不滿足“x"除以3余數(shù)為2”條件的數(shù)；找出a中剩下的數(shù)。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)可圍繞篩選法與枚舉法的效率對比展開。例如，通過測量條件檢查次數(shù)和程序運(yùn)行時(shí)間，讓學(xué)生通過數(shù)據(jù)驗(yàn)證篩選法在效率上的優(yōu)勢。實(shí)驗(yàn)4：計(jì)算枚舉法和篩選法中條件檢查的次數(shù)。實(shí)驗(yàn)5：利用time（""）函數(shù)修改教師提供的基于兩個(gè)算法編寫的程序，計(jì)算程序運(yùn)行時(shí)間。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)示例：學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論：解決韓信點(diǎn)兵問題時(shí)，使用篩選法設(shè)計(jì)的算法效率會(huì)優(yōu)于使用枚舉法設(shè)計(jì)的算法。通過實(shí)驗(yàn)探究，學(xué)生不僅能夠驗(yàn)證篩選法的優(yōu)越性，還能理解“算法的效率”這一核心概念。（五）構(gòu)建完善的評價(jià)體系教學(xué)評價(jià)是信息科技算法模塊單元教學(xué)模式中的重要組成部分。教師在相關(guān)教學(xué)中應(yīng)有意識(shí)地構(gòu)建完善的評價(jià)體系，如，可嘗試構(gòu)建過程性評價(jià)+結(jié)果性