信息科技跨學(xué)科算法教學(xué)研析

貴軼軒 王建成

〔摘? ? 要〕? 《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》提出算法是信息科技課堂內(nèi)容的六條邏輯主線之一，把算法置于重要地位。從信息科技算法教學(xué)目標(biāo)、內(nèi)容、方式、評價四個維度出發(fā)，本研究通過重構(gòu)信息科技跨學(xué)科算法教學(xué)目標(biāo)、設(shè)計信息科技跨學(xué)科算法教學(xué)活動、搭建信息科技跨學(xué)科算法教學(xué)支架、呈現(xiàn)信息科技跨學(xué)科算法教學(xué)評價開展跨學(xué)科算法的實(shí)踐研究，旨在讓學(xué)生形成跨學(xué)科算法意識，提高跨學(xué)科算法能力，提升跨學(xué)科算法思維。

〔關(guān)鍵詞〕? 信息科技；算法教學(xué)；設(shè)計

〔中圖分類號〕? G424? ? ? ? ? ? ? ? 〔文獻(xiàn)標(biāo)識碼〕? A? ? ? ? ?〔文章編號〕? 1674-6317? ? （2024）? 15? ? 094-096

一、問題提出

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》提出，算法是信息科技課堂內(nèi)容的六條邏輯主線之一，把算法置于重要地位。其中在第三學(xué)段圍繞算法設(shè)計了6個單元。

新課標(biāo)、新教材以及“學(xué)算法而不是學(xué)編程”的新理念，為信息科技教師開展算法教學(xué)提供了一些思路，但是在實(shí)際實(shí)施中信息科技算法教學(xué)中還存在如下問題。

（一）信息科技算法教學(xué)目標(biāo)單一，缺乏跨學(xué)科指向的融合

教師在算法教學(xué)中過多關(guān)注對算法知識概念的理解、關(guān)注任務(wù)程序的編寫，教學(xué)目標(biāo)單一、缺乏對其他學(xué)科的整合，從而忽視了算法與學(xué)生實(shí)際生活和經(jīng)驗(yàn)相關(guān)的內(nèi)容。

（二）信息科技算法教學(xué)內(nèi)容固化，缺少跨學(xué)科資源的整合

教學(xué)內(nèi)容固化，僅是圍繞算法本身進(jìn)行課程的設(shè)計與實(shí)施，缺乏與實(shí)際應(yīng)用場景的聯(lián)系、缺少與其他學(xué)科的溝通。純算法教學(xué)導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容過于抽象和理論化，學(xué)生難以將其應(yīng)用到實(shí)際情境中，降低學(xué)生的學(xué)習(xí)動力和實(shí)踐能力。

（三）信息科技算法教學(xué)方式簡單，缺失跨學(xué)科方法的配合

在信息科技算法教學(xué)中，為了幫助學(xué)生分析算法、理解算法，往往過于依賴傳統(tǒng)的講授和演示，缺乏多樣化和互動性。在算法教學(xué)中偶爾也會涉及編寫程序的部分，教師會通過演示模仿的方式進(jìn)行教學(xué)，缺乏學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)支架的支持，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)算法時效率低下。

（四）信息科技算法教學(xué)評價單維，缺少跨學(xué)科展示的綜合

在算法教學(xué)課程評價時，教師往往只注重學(xué)生任務(wù)或程序的最終結(jié)果或答案，忽視了他們的思考過程和解決問題的方法。這樣的評價模式可能會導(dǎo)致學(xué)生只關(guān)注得到正確答案，忽略理解問題、分析和解決問題的能力的培養(yǎng)。

二、信息科技跨學(xué)科算法教學(xué)的實(shí)踐研析

本研究從重構(gòu)信息科技跨學(xué)科算法教學(xué)目標(biāo)、設(shè)計信息科技跨學(xué)科算法教學(xué)活動、搭建信息科技跨學(xué)科算法教學(xué)支架、呈現(xiàn)信息科技跨學(xué)科算法教學(xué)評價四個維度對小學(xué)第三學(xué)段信息科技跨學(xué)科算法教學(xué)的實(shí)踐展開研究。

（一）融通：重構(gòu)信息科技跨學(xué)科算法教學(xué)目標(biāo)

1.基于課標(biāo)，構(gòu)建信息科技跨學(xué)科算法教學(xué)目標(biāo)體系

課程標(biāo)準(zhǔn)是教師教學(xué)的主要參考依據(jù)，明確規(guī)定了學(xué)生應(yīng)該學(xué)習(xí)和掌握的知識、技能和能力。信息科技算法教學(xué)要從信息科技實(shí)踐應(yīng)用出發(fā)，圍繞算法、數(shù)據(jù)、信息處理、人工智能四大邏輯主線，培養(yǎng)學(xué)生信息意識、計算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會責(zé)任四方面的核心素養(yǎng)，共同促進(jìn)算法思維和能力的提升。

信息科技跨學(xué)科算法教學(xué)中，信息科技實(shí)踐應(yīng)用可以結(jié)合數(shù)學(xué)、科學(xué)、藝術(shù)以及文學(xué)等學(xué)科知識，運(yùn)用多種學(xué)科的方法和觀念學(xué)習(xí)算法、解決問題，通過跨學(xué)科循序漸進(jìn)地形成算法思維。

2.基于教材，梳理信息科技跨學(xué)科算法教學(xué)目標(biāo)要求

課程標(biāo)準(zhǔn)中“學(xué)段目標(biāo)”“內(nèi)容要求”“學(xué)業(yè)要求”為教師提供了教學(xué)指導(dǎo)，幫助教師確定教學(xué)內(nèi)容的范圍和深度。

3.基于學(xué)情，確定信息科技跨學(xué)科算法教學(xué)目標(biāo)定位

據(jù)調(diào)查，某小學(xué)五年級學(xué)生中79.5%未學(xué)過編程并且對算法一無所知，18.6%的學(xué)生學(xué)過可視化編程但是對算法了解不多，僅1.9%的學(xué)生對算法有所了解。

跨學(xué)科算法學(xué)習(xí)中，學(xué)生由于認(rèn)知風(fēng)格、能力水平等的差異，對算法情境問題的理解和解決方式不盡相同。這要求教師應(yīng)預(yù)先分析活動主題下各個學(xué)科內(nèi)容的潛在聯(lián)系，形成跨學(xué)科算法主題目標(biāo)。

（二）聯(lián)合：設(shè)計信息科技跨學(xué)科算法教學(xué)活動

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》提出，要“創(chuàng)新教學(xué)方式，以真實(shí)問題或項(xiàng)目驅(qū)動……注重創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，引入多元化數(shù)字資源，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)參與度”。為解決教學(xué)內(nèi)容固化、缺乏與實(shí)際應(yīng)用場景的聯(lián)系等問題，在實(shí)踐中通過創(chuàng)設(shè)真實(shí)化情境、分而治之、迭代優(yōu)化三步走來設(shè)計跨學(xué)科算法教學(xué)活動。

1.創(chuàng)設(shè)情境：設(shè)置信息科技跨學(xué)科大項(xiàng)目活動

陶行知先生曾提出“生活即教育”，認(rèn)為應(yīng)該使教育與生活、與學(xué)校、與社會密切聯(lián)系，血脈相通。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)理論也曾提出：生活化、情境化的內(nèi)容更有助于學(xué)生的認(rèn)知和理解。信息科技教師在信息科技算法教學(xué)中應(yīng)當(dāng)從真實(shí)問題出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷原理運(yùn)用過程、計算思維過程，建構(gòu)知識、提升問題解決能力。

2.分而治之：分解信息科技跨學(xué)科子項(xiàng)目活動

新課標(biāo)第三學(xué)段要求學(xué)生在解決問題的過程中，能將問題分解成可處理的子問題?！胺侄沃笔撬惴ㄖ幸环N常用的策略，用于解決復(fù)雜問題。要在項(xiàng)目設(shè)計的過程中引導(dǎo)學(xué)生去分步思考，嘗試“分而治之”的算法策略。在“分而治之”的過程中，學(xué)生可以習(xí)得問題分解能力、分析問題能力、歸納概括能力，從而逐步形成算法思維。

3.迭代優(yōu)化：形成信息科技跨學(xué)科新項(xiàng)目活動

在每一次項(xiàng)目活動的設(shè)計中，教師都需要根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況來增加拓展任務(wù)：算法優(yōu)化大挑戰(zhàn)，形成信息科技跨學(xué)科新項(xiàng)目活動。算法優(yōu)化大挑戰(zhàn)包括確定問題、初始算法設(shè)計、迭代優(yōu)化過程、經(jīng)驗(yàn)分享與比較。通過四個步驟引導(dǎo)學(xué)生在找出第一種算法時，繼續(xù)思考進(jìn)行算法的迭代優(yōu)化，從而尋找更優(yōu)的算法。

從問題解決出發(fā)，滲透算法思想，進(jìn)行跨學(xué)科學(xué)習(xí)活動設(shè)計。在教師的活動設(shè)計和逐步引導(dǎo)中，學(xué)生將在真實(shí)情境中通過角色扮演和開放式的任務(wù)，初步養(yǎng)成用分而治之和迭代優(yōu)化的思想來解決實(shí)際問題。

（三）協(xié)同：搭建信息科技跨學(xué)科算法教學(xué)支架

在信息科技跨學(xué)科算法教學(xué)中，為學(xué)生搭建圖示支架、跨學(xué)科資源支架以及平臺支架，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，提高主動學(xué)習(xí)的意愿。

1.圖示支架，表征跨學(xué)科算法問題

表征方式是指信息在頭腦中的呈現(xiàn)方式，它是影響問題解決的重要因素。問題表征方式不同，產(chǎn)生的解決方案就不同，直接影響問題的解決程度。第三學(xué)段學(xué)生認(rèn)知發(fā)展正處于具象思維到抽象思維的過渡過程。在學(xué)習(xí)支架的選擇中，教師應(yīng)該注重具象內(nèi)容和抽象內(nèi)容的關(guān)系與平衡，因此流程圖、思維導(dǎo)圖、表格是幫助學(xué)生學(xué)習(xí)算法的良好工具，便于理解問題、表征問題、形成問題空間。

2.資源支架，明確跨學(xué)科算法問題

基于多元智能理論，信息科技跨學(xué)科算法教學(xué)要為學(xué)生提供多模態(tài)的資源以滿足學(xué)生的個性化需求，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。根據(jù)不同的智能領(lǐng)域，可以利用多模態(tài)的教學(xué)資源，以滿足學(xué)生不同的感知方式和學(xué)習(xí)風(fēng)格。在算法教學(xué)中，學(xué)生可以根據(jù)需要選擇教師提供的文字、自然語言算法、流程圖算法、可視化編程代碼、python編程代碼、算法知識學(xué)習(xí)小微課、講解動畫等。

3.平臺支架，解決跨學(xué)科算法項(xiàng)目

為學(xué)生選擇開放式平臺支架，幫助解決跨學(xué)科算法問題。資源平臺，如百度的文心一言等。學(xué)生在解決跨學(xué)科算法大項(xiàng)目時，會遇到多種的問題，通過與百度AI對話問答可以及時給學(xué)生提供解決項(xiàng)目的思路。交流平臺，如Noodle和UMU等，可以有效推進(jìn)學(xué)生在在線平臺上分享和交流編程經(jīng)驗(yàn)。

（四）綜示：呈現(xiàn)信息科技跨學(xué)科算法教學(xué)評價

在信息科技跨學(xué)科算法教學(xué)中，形成性評價可以提供及時反饋，有助于教師及時發(fā)現(xiàn)并解答學(xué)生在算法學(xué)習(xí)中的困難和誤解，還可以鼓勵學(xué)生積極參與學(xué)習(xí)過程，進(jìn)行反思和自我監(jiān)控，發(fā)揮主觀能動性，提高自主學(xué)習(xí)能力。

本文通過學(xué)習(xí)清單、學(xué)習(xí)日志以及KWL量表等方式呈現(xiàn)信息科技跨學(xué)科算法教學(xué)形成性評價。學(xué)習(xí)清單幫助學(xué)生明確學(xué)習(xí)目標(biāo)和任務(wù)，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力；學(xué)習(xí)日志記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和思考，幫助學(xué)生反思和改進(jìn)學(xué)習(xí)方法；KWL量表評估學(xué)生的知識掌握和學(xué)習(xí)成果。

1.制定學(xué)習(xí)清單，明確跨學(xué)科算法項(xiàng)目目標(biāo)

在信息科技跨學(xué)科算法教學(xué)中，教師與學(xué)生一起制定學(xué)習(xí)清單，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)和任務(wù)，并定期檢查學(xué)生的完成情況。學(xué)習(xí)清單還可以幫助學(xué)生制訂學(xué)習(xí)計劃，培養(yǎng)時間管理和自主學(xué)習(xí)能力。

2.記錄學(xué)習(xí)日志，反思跨學(xué)科算法項(xiàng)目過程

在信息科技跨學(xué)科算法教學(xué)中，指導(dǎo)學(xué)生使用學(xué)習(xí)日志記錄他們在學(xué)習(xí)過程中的收獲、困惑和思考。學(xué)習(xí)日志可以幫助學(xué)生反思自己的學(xué)習(xí)進(jìn)展，發(fā)現(xiàn)問題和改進(jìn)方法。

3.迭代KWL量表，評估跨學(xué)科算法項(xiàng)目成果

引導(dǎo)學(xué)生用KWL量表貫穿整個項(xiàng)目活動過程，K：關(guān)于算法你知道什么？W：關(guān)于算法你想學(xué)什么？L：關(guān)于算法你已經(jīng)學(xué)會什么？在項(xiàng)目活動前填寫KWL量表，了解自己的知識基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)興趣點(diǎn)；在項(xiàng)目活動中再次填寫KWL量表，明確改進(jìn)的方向和需要新學(xué)習(xí)的知識；在項(xiàng)目活動后再次填寫KWL量表，總結(jié)項(xiàng)目活動學(xué)到的知識與技能，思考還可以用學(xué)會的知識解決什么問題。

信息科技跨學(xué)科算法教學(xué)借助學(xué)習(xí)日志、學(xué)習(xí)清單、KWL量表等形成性評價手段，結(jié)合多元智能理論對學(xué)生進(jìn)行多元評價。例如在交流分享環(huán)節(jié)評價語言智能；在算法的優(yōu)化迭代過程中評價邏輯—數(shù)學(xué)智能；通過數(shù)形結(jié)合、空間想象、模型設(shè)計環(huán)節(jié)評價空間智能等。

三、研究成效

（一）讓學(xué)生逐漸形成信息科技跨學(xué)科算法意識

通過體驗(yàn)真實(shí)情境下的信息科技跨學(xué)科大項(xiàng)目活動，讓學(xué)生學(xué)會運(yùn)用多個學(xué)科的方法和觀念來學(xué)習(xí)算法、解決問題，逐漸形成信息科技跨學(xué)科算法意識。

（二）讓學(xué)生逐漸提高信息科技跨學(xué)科算法能力

通過真實(shí)性、體驗(yàn)性的信息科技跨學(xué)科大項(xiàng)目活動，借助信息科技跨學(xué)科算法教學(xué)支架、迭代優(yōu)化的信息科技跨學(xué)科新項(xiàng)目活動，讓學(xué)生逐漸提高描述、分析、應(yīng)用算法的能力。

（三）讓學(xué)生逐漸提升信息科技跨學(xué)科算法思維

魏雄鷹教授指出“中小學(xué)生學(xué)習(xí)算法，開展編程教育，不是為了培養(yǎng)‘碼農(nóng)，而是為了發(fā)展學(xué)生計算思維，提升全體學(xué)生的數(shù)字素養(yǎng)?！北狙芯客ㄟ^體驗(yàn)算法分析設(shè)計過程、實(shí)踐問題應(yīng)用解決過程，使學(xué)生循序漸進(jìn)地形成信息科技跨學(xué)科算法思維?？鐚W(xué)科算法的學(xué)習(xí)方式旨在培養(yǎng)學(xué)生能夠像計算機(jī)專家一樣思考問題，運(yùn)用算法分析真實(shí)問題、解決真實(shí)問題，從而助推學(xué)生計算思維的實(shí)踐與發(fā)展，最終提升全體學(xué)生的數(shù)字素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

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