問題驅動的“身邊的算法”教學設計與實施

摘要：本文以“猜數(shù)游戲”單元為例，探討了《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》中的“身邊的算法”模塊的校本化實施。作者從課標分析、教學內容、學習對象、育人價值和設計思路五個維度，詳細闡述了如何通過身邊的算法，培養(yǎng)學生的計算思維和問題解決能力。

關鍵詞：問題驅動；身邊的算法；單元教學；猜數(shù)游戲

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2024）19-0000-03

為了落實、落地、落細《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”），筆者研讀新課標，參考各地教材資源，創(chuàng)編單元式課程，按照熊璋教授指出的“課程建設路徑”[1]，不斷迭代課程教學資源，以探究更加有效的數(shù)字素養(yǎng)課程教學。

課標分析

“身邊的算法”是新課標第三學段（5～6年級）中的內容，包括算法的描述、算法的執(zhí)行、算法的效率等。本模塊的“教學提示”指出，從學生的生活體驗或典籍中的適當問題出發(fā)，將算法學習的要點貫穿問題求解的過程，讓學生在不同算法的具體討論中養(yǎng)成算法思維，避免空洞地講授抽象概念。為了形成自然的認知關聯(lián)，筆者從“教學提示”首推的“猜數(shù)字游戲”出發(fā)，設計與實施問題驅動的跨學科主題式單元教學課程。

同時，基于對《義務教育數(shù)學課程標準（2022年版）》的理解，在小學數(shù)學學習中，學生首先學習如何用數(shù)字來表示數(shù)，再隨著年級的升高逐漸理解數(shù)的抽象概念和性質。因此筆者認為，在嚴謹?shù)慕虒W語境中，“猜數(shù)字游戲”更準確地應被稱為“猜數(shù)游戲”。這一單元名稱的調整體現(xiàn)了對兩個學科概念的一致性的精準把握，強化了對既往真言的理解和尊重，是科學精神的體現(xiàn)。

學習對象分析

五年級的學生認知發(fā)展處于從具象思維到抽象思維的過渡時期，且他們已具備二等分、三等分的知識經驗，為本單元的教學做了鋪墊。五年級下冊《數(shù)學廣角——找次品》一課中的思想也與本單元的二分法算法有思維碰撞，屬于認知結構中的同一鏈條，相互具有很高的認知補充與豐富價值。

單元教學內容

本單元共分為四個課時，具體目標如下：①通過身邊的“猜數(shù)游戲”探究二分法，能用自然語言、流程圖等描述。②辨析二分法與三分法，筑牢認知結構鏈條。③通過程序驗證，體驗從算法到程序的過程，培養(yǎng)調試、試錯與觀察等能力。④認識到身邊的猜數(shù)游戲背后的二分法對生活和學習的指導意義。

單元育人價值

本單元主要體現(xiàn)以下三個方面的育人價值：①生活無處不算法，算法無處不優(yōu)化。從生活中常見的“猜數(shù)游戲”入手，讓學生切身感受算法的魅力以及迭代更新與優(yōu)化。②舉一反三。本單元從游戲情境開始，到應用結束，讓學生體驗如何從具體問題轉化到一般性問題，發(fā)展學生的算法思維能力。③開小門，見大山。本單元以二分法探討猜數(shù)游戲，讓學生學會挖掘問題背后的本質，使其從低階的解題技巧跨越到高階的思維方式。

設計思路

如上圖所示，本單元圍繞新課標中的核心素養(yǎng)確定教學目標，根據(jù)場地現(xiàn)實情況，結合學生認知水平，推進以學生為主體的學習方式，注重以“二分法”概念化的計算思維指導實踐應用，強化信息科技學習的認知基礎，注重基本概念和基本原理學習，強調以問題鏈為導向，串聯(lián)課堂，突破教學重難點。在新課標“場景分析—原理認知—應用遷移”教學方式的基礎上，筆者增加了“評價創(chuàng)新”環(huán)節(jié)，從身邊的算法入手，引導學生生成數(shù)據(jù)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律、提出問題，在已有知識基礎上分析、探究現(xiàn)象的原理，學習、理解相應概念和原理，嘗試用所掌握的原理解決問題，將算法的要點貫穿求解過程，在不同算法的具體討論中養(yǎng)成算法思維和概念思維。

教學過程

下面，筆者以為本單元第1課為例談談具體的教學過程。

1.玩一玩，生成有效數(shù)據(jù)

①問題情境：學生兩兩一組，在1～100以內想一個幸運數(shù)，同伴根據(jù)“大了”或“小了”的提示，縮小范圍，直到猜中，并記錄猜的次數(shù)。

②活動過程。

活動1：生生互猜。在1分鐘內猜1～100以內的幸運數(shù)，統(tǒng)計用多少次才能猜中，實時生成統(tǒng)計圖。

活動2：師猜生錄。師猜學生從1～100以內選的隨機幸運數(shù)，學生記錄猜測過程，形成關鍵信息。

設計意圖：由“玩得轉”的猜數(shù)游戲引入本課，將猜數(shù)活動從“可能”變成“一定”，激發(fā)學生對猜數(shù)方法的探究欲望，同時，根據(jù)互動活動，生成有效數(shù)據(jù)，為后續(xù)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的規(guī)律做準備。

2.比一比，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，引出“取半”

①問題情境：探究電子白板實時記錄的猜數(shù)過程，發(fā)現(xiàn)其中的規(guī)律。

②活動過程：

師：仔細觀察老師的猜數(shù)過程，每一次的回答有規(guī)律嗎？

生：每一次回答都是在“猜中間數(shù)”。

師：為什么每一次都要猜中間數(shù)？

生：淘汰一半，留取一半。

師：每一次猜中間數(shù)都將搜索范圍一分為二，去掉一半，留取一半，這個過程，就叫做取半。這種方法，就叫做二分法（或取半法）。

設計意圖：引導學生發(fā)現(xiàn)猜數(shù)過程的數(shù)據(jù)之間的規(guī)律，發(fā)現(xiàn)每一次的回答都是在猜“中間數(shù)”，再借由問題“為什么猜中間數(shù)”引出淘汰一半、留取一半的關鍵信息，進而引出本課關鍵概念“取半”，引出課題 “二分法”

3.說一說，用自然語言描述二分法

①問題情境：以小組為單位，再探猜數(shù)活動，總結用二分法猜數(shù)的過程。

②活動過程：

師：用二分法猜神秘數(shù)，看是不是能在7次以內猜中？

小組猜數(shù)：信封中藏著一個神秘數(shù)（27或97）。

分工合作：一人站起來猜數(shù)（嚴禁偷看），記錄員記錄猜數(shù)過程，其余學生用“大了”或“小了”進行提示。

師：你能自己的語言說一說用二分法猜數(shù)的過程嗎？

教師從學生的回答中及時捕捉關鍵信息“大了、小了、一半、判斷”并板書。之后，基于板書，引導學生自己總結出猜數(shù)過程：先取半，再判斷，若對了，則退了；大了取小，小的一半，小了取大，大的一半。

設計意圖：本環(huán)節(jié)通過小組再次體驗猜數(shù)游戲，與上述無方法亂猜時的次數(shù)形成對比，直觀感受到用二分法猜數(shù)正確率明顯提升，通過說一說，提取學生回答中的關鍵信息，形成順口溜，完成第一次抽象與建模，有利于小學生理解二分法的實質。

4.畫一畫，在流程圖中深化二分法

①問題情境：以小組為單位，自然語言總結的二分法用直觀的流程圖又該怎么表達？

②活動過程：

師：你能在兩種流程圖中選擇一種完成嗎？

小組活動：從兩種流程圖中自主選擇一種完成。先觀察思考選用合適的結構，再描述，一人填寫。

師：你們能分享交流小組共同的智慧嗎？你們能對其他小組的流程圖進行評析嗎？

設計意圖：本環(huán)節(jié)為學生搭建學習支架，發(fā)散思維，提供兩種流程圖，學生根據(jù)自己的情況選擇完成。在交流展示環(huán)節(jié)，生生互評，讓學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，在多種流程圖的對比中發(fā)現(xiàn)判斷條件的位置多種多樣，但二分法的思想是高度一致的，進而完成第二次抽象與建模。

5.用一用，在生活中體驗二分法

①問題情境：你知道二分法在生活中哪些地方能用到嗎？

②活動過程：

師：猜一猜，老師的生肖是什么？你打算用什么方法猜？

生：用二分法猜。

師：幫一幫，用什么方法可以幫助小明提高效率？

小練習：找出沒有消磁的書。從書店出來時，小明的手里抱著一堆書，其中有一本沒有消磁，警報響了。他一本一本拿出來靠近警報檢查到底是哪一本。同學們，你們怎么幫助他提高效率，更快找到？

生：先將書分成兩半，看哪一半響了，將響了的部分繼續(xù)分成兩半，不斷重復這個過程，直到找到那本書。

設計意圖：第一題猜生肖，讓學生從猜數(shù)游戲中跳脫出來，意識到不是只有大與小可以分成兩半，生活中的左和右等都可以用二分法；第二題借助生dtdq3wROJxEviuyMrKxKOA==活情境，讓學生應用二分法來解決實際問題，感受到用二分法能提高效率，從猜中間數(shù)過渡到“猜中間數(shù)”是為了分成“兩半”，將“取半”和“二分”統(tǒng)一思想。

6.想一想，拓展二分法

①問題情境：教師播放“小劉的故事”視頻。

②活動過程：

師：帶著問題看視頻，想一想小劉是怎么被騙了？

互動討論：分析騙局背后的騙術。

設計意圖：通過案例剖析，讓學生知道學習算法不僅僅是為了解決問題，更重要的是提升思維能力，能用算法武裝頭腦，在面對詐騙、傳銷時能識破騙局，在面對現(xiàn)實情況時能利用所學知識理性分析，做出正確的判斷。

參考文獻：

[1]熊璋，李正福.義務教育階段信息科技課程建設路徑研究[J].中國電化教育，2023（01）：127-132.

[2]史澤齊.第一步轉譯：從實境體驗到自然語言描述——以“學校放學智慧疏散系統(tǒng)”項目為例[J].中國信息技術教育，2023（16）：5-6.