“科”“技”并重理念下信息科技教學(xué)設(shè)計與實(shí)踐

【摘 要】《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》的頒布，標(biāo)志著信息科技成為獨(dú)立國家課程。在新的課程理念和內(nèi)容的要求下，如何實(shí)現(xiàn)學(xué)科教學(xué)由“技術(shù)”為主向“科”“技”并重轉(zhuǎn)變，成為目前亟待解決的難題。本文以小學(xué)五年級“身邊的算法”模塊中的“探秘循環(huán)結(jié)構(gòu)”一課為例，探究如何將“科”“技”并重落實(shí)到具體的教學(xué)過程中。

【關(guān)鍵詞】“科”“技”并重；算法；循環(huán)結(jié)構(gòu)

【中圖分類號】G434 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

【論文編號】1671-7384（2024）010-055-03

《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)”）定義了信息科技是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的重要組成部分，主要研究以數(shù)字形式表達(dá)的信息及其應(yīng)用中的科學(xué)原理、思維方法、處理過程和工程實(shí)現(xiàn)[1]。信息科技學(xué)科的課程性質(zhì)也發(fā)生了改變，由原來的“技術(shù)”為主變成了“科”“技”并重。熊璋教授指出，信息科技課程應(yīng)該從實(shí)踐應(yīng)用出發(fā)，注重幫助學(xué)生理解基本概念和基本原理，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識信息科技對人類社會的貢獻(xiàn)與挑戰(zhàn)，提升學(xué)生的知識遷移能力和學(xué)科思維水平，體現(xiàn)“科”與“技”并重[2]。在新課標(biāo)的視域下，如何跳出傳統(tǒng)觀念，“科”“技”并重地建構(gòu)小學(xué)信息科技課堂的新樣態(tài)是目前亟待解決的難題。本文聚焦小學(xué)信息科技“身邊的算法”模塊，通過“探秘循環(huán)結(jié)構(gòu)”一課的教學(xué)實(shí)踐，探究如何將“科”“技”并重落實(shí)到具體的教學(xué)過程中。

教學(xué)分析

1.教學(xué)內(nèi)容分析

“探秘循環(huán)結(jié)構(gòu)”一課是新課標(biāo)第三學(xué)段“身邊的算法”模塊下算法的執(zhí)行中的單元教學(xué)內(nèi)容。循環(huán)結(jié)構(gòu)是算法的基本控制結(jié)構(gòu)之一，是計算科學(xué)的重要基礎(chǔ)。課程通過對真實(shí)情境的具體實(shí)例進(jìn)行分析，引導(dǎo)學(xué)生探究蘊(yùn)藏其中的科學(xué)原理，利用圖形化編程進(jìn)行實(shí)踐驗證，使學(xué)生體驗算法的思想在生活中的應(yīng)用，并由此實(shí)例出發(fā)，使學(xué)生從中體會循環(huán)結(jié)構(gòu)的要素，理解循環(huán)結(jié)構(gòu)的概念。教師引導(dǎo)并鼓勵學(xué)生探究算法中的循環(huán)結(jié)構(gòu)，激發(fā)學(xué)生思索循環(huán)結(jié)構(gòu)可使復(fù)雜的算法分解為簡單的、可執(zhí)行的操作步驟。

2.學(xué)情分析

五年級學(xué)生通過前段時間的基礎(chǔ)學(xué)習(xí)，已經(jīng)熟練掌握算法的概念、描述方式，以及順序結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)，知道通過圖形化編程中的程序驗證算法，但是在將生活中的循環(huán)結(jié)構(gòu)情境遷移到程序中并實(shí)現(xiàn)的過程存在困難。學(xué)生處于從具象思維到抽象思維的過渡時期，對于生活中所蘊(yùn)含的循環(huán)結(jié)構(gòu)的思想有一定的直觀感受，但理解上有困難。

3.教學(xué)目標(biāo)分析

基于以上分析，教師將本課的教學(xué)目標(biāo)設(shè)置如下：（1）了解生活情境中蘊(yùn)含的循環(huán)結(jié)構(gòu)思想，能夠初步識別循環(huán)體和循環(huán)條件，能夠運(yùn)用圖形化編程環(huán)境驗證循環(huán)結(jié)構(gòu)算法解決問題的過程，體會計算機(jī)運(yùn)用循環(huán)結(jié)構(gòu)快速解決問題的便捷；（2）能夠結(jié)合剪紙來理解循環(huán)結(jié)構(gòu)，在運(yùn)用編程完成電子剪紙花的過程中，既感受了數(shù)字應(yīng)用的便捷高效，又感悟了剪紙文化中蘊(yùn)藏著的智慧；（3）通過了解現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)利用“循環(huán)結(jié)構(gòu)思想”解決問題的應(yīng)用場景，進(jìn)一步感受我國科學(xué)創(chuàng)新領(lǐng)域的發(fā)展。其中，教學(xué)重點(diǎn)是讓學(xué)生初步識別循環(huán)體和循環(huán)條件，了解循環(huán)結(jié)構(gòu)，感受其優(yōu)點(diǎn)；教學(xué)難點(diǎn)是運(yùn)用圖形化編程環(huán)境驗證循環(huán)結(jié)構(gòu)算法解決問題的過程。

教學(xué)設(shè)計與實(shí)施

小學(xué)信息科技課程在傳統(tǒng)的教學(xué)方式中，往往過于注重理論知識的傳授（即“科”），而忽視了技能的培養(yǎng)（即“技”），這使學(xué)生難以深入理解循環(huán)結(jié)構(gòu)，更難以將其靈活運(yùn)用到解決生活中的實(shí)際問題。為了打破這一局限，本課的教學(xué)設(shè)計將秉持“科”“技”并重的原則，通過操作與實(shí)踐、抽象與直觀、實(shí)踐與創(chuàng)新相結(jié)合的方式，實(shí)施教學(xué)實(shí)踐。

1.立足“循環(huán)”字義，激發(fā)科學(xué)求知

新課標(biāo)倡導(dǎo)創(chuàng)新教學(xué)方式，注重信息科技與多學(xué)科的融合，鼓勵教師將信息科技創(chuàng)新教育理念落實(shí)于學(xué)生的學(xué)習(xí)活動和操作實(shí)踐之中，從而進(jìn)一步改變信息科技學(xué)科的教學(xué)方式、學(xué)生的學(xué)習(xí)方式。本課從科學(xué)角度出發(fā)，提出“循環(huán)”的科學(xué)字義解釋是什么，激發(fā)學(xué)生求知，再揭示新華字典中對“循環(huán)”的定義，在學(xué)生對定義有了一定的了解后，讓學(xué)生依據(jù)“循環(huán)”的字義解釋列舉生活中的循環(huán)，如每天太陽東升西落。通過列舉生活中的循環(huán)，以及體驗古代先賢“二十四節(jié)氣”中的循環(huán)，讓學(xué)生體會到循環(huán)在生活中無處不在。教師進(jìn)而拋出問題：生活中的循環(huán)和我們算法中要探究的循環(huán)是一回事嗎？以層層遞進(jìn)的問題形式不斷激發(fā)學(xué)生的科學(xué)求知。

2.真實(shí)情境支撐，辨析科學(xué)結(jié)構(gòu)

新課標(biāo)倡導(dǎo)真實(shí)性學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生在過程中鍛煉計算思維，提高問題解決能力。本課依托于學(xué)生熟悉的真實(shí)情境——學(xué)校開設(shè)的剪紙社團(tuán)，以一段剪紙視頻導(dǎo)入的形式，將現(xiàn)實(shí)中熟悉的情景展現(xiàn)給學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)剪紙中的折紙循環(huán)步驟，進(jìn)而明晰循環(huán)結(jié)構(gòu)的要素，即循環(huán)體和循環(huán)條件。為了使學(xué)生更加直觀地理解循環(huán)的定義，在這個視頻中，教師展示一個簡單的剪紙過程，如重復(fù)剪切一個圖案以創(chuàng)建一排相同的圖形。教師會特別強(qiáng)調(diào)每一次剪切都是一個重復(fù)的動作，形成一個循環(huán)的過程。通過這個視頻，學(xué)生不僅可以直觀地看到循環(huán)在實(shí)際操作中的應(yīng)用，加深對循環(huán)科學(xué)定義的理解，還進(jìn)一步了解現(xiàn)實(shí)生活情境中蘊(yùn)含的循環(huán)結(jié)構(gòu)思想，辨析生活中的循環(huán)現(xiàn)象和循環(huán)結(jié)構(gòu)，激發(fā)計算思維。這一環(huán)節(jié)的設(shè)置不僅讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)了知識的內(nèi)化，還讓他們感受到了中華民族傳統(tǒng)文化的魅力。

3.科學(xué)知識內(nèi)化，力促技術(shù)實(shí)現(xiàn)

科學(xué)知識是基礎(chǔ)，而技術(shù)則是應(yīng)用科學(xué)知識的工具。流程圖這一可視化工具能夠清晰地用圖形化的方法展示出程序的執(zhí)行流程，幫助學(xué)生理解循環(huán)結(jié)構(gòu)的運(yùn)行原理。在學(xué)生初步理解循環(huán)結(jié)構(gòu)要素的基礎(chǔ)上，教師結(jié)合流程圖進(jìn)行理論講解，先引導(dǎo)學(xué)生分清循環(huán)的兩種類型：先循環(huán)再判斷，還是先判斷再循環(huán)（圖1）。通過對比和分析這兩種循環(huán)結(jié)構(gòu)，學(xué)生能夠更深入地理解它們的區(qū)別和適用場景，從而在編程實(shí)踐中做出更合理的選擇。教師通過兩種流程圖的對比，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)循環(huán)結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，知道利用循環(huán)結(jié)構(gòu)可以幫助人們解決問題，尤其是在計算機(jī)中利用循環(huán)結(jié)構(gòu)來解決問題的時候，它可以大大提高效率。通過這一教學(xué)設(shè)計，教師旨在引導(dǎo)學(xué)生將科學(xué)知識與技術(shù)應(yīng)用相結(jié)合，提高他們的編程能力和解決問題的能力。同時，教師也希望學(xué)生能夠意識到科學(xué)與技術(shù)之間的緊密聯(lián)系，從而在未來的學(xué)習(xí)和工作中更加注重兩者的結(jié)合。

圖1 循環(huán)判斷結(jié)構(gòu)示意圖

4.“科”“技”有效結(jié)合，實(shí)踐助力驗證

當(dāng)學(xué)生已經(jīng)對循環(huán)結(jié)構(gòu)的理論知識有了深入的理解和扎實(shí)的掌握后，教師應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步激發(fā)他們的實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維。此時，教師引導(dǎo)學(xué)生利用圖形化編程軟件對所學(xué)的理論知識進(jìn)行實(shí)踐驗證，這不僅是對他們學(xué)習(xí)成果的一種檢驗，更是培養(yǎng)他們將理論知識轉(zhuǎn)化為實(shí)際操作能力的重要步驟。圖形化編程軟件以其直觀、易懂的界面和豐富的功能，為學(xué)生提供了一個理想的實(shí)踐平臺。在這個平臺上，學(xué)生可以將自己對于循環(huán)的理解，通過拖拽圖形化的指令塊，構(gòu)建出真實(shí)的程序邏輯。通過不斷地調(diào)試和修改，學(xué)生可以直觀地看到程序運(yùn)行的結(jié)果，從而驗證自己的理論知識是否正確。這種實(shí)踐驗證的過程，不僅讓學(xué)生更加深入地理解了循環(huán)的概念和原理，還讓他們體驗到了編程的樂趣和成就感。

在本教學(xué)環(huán)節(jié)，首先，教師引導(dǎo)學(xué)生再回到社團(tuán)剪紙課的教學(xué)中，啟發(fā)學(xué)生，可以利用圖形化編程軟件來模擬剪紙過程。在開始之前，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分析：團(tuán)花中的圖案是重復(fù)的，意味著整個團(tuán)花圖案可以由單個圖案通過旋轉(zhuǎn)、復(fù)制實(shí)現(xiàn)，這也是一種循環(huán)結(jié)構(gòu)。其次，在分析的基礎(chǔ)上，學(xué)生通過完成作業(yè)單的流程圖，思考隱藏其中的循環(huán)結(jié)構(gòu)的循環(huán)體和循環(huán)條件。學(xué)生參照流程圖在圖形化編程軟件中搭建出程序腳本，完成后進(jìn)行交流展示（圖2），教師組織學(xué)生對學(xué)生作品進(jìn)行評價。最后，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行小結(jié)，分析探秘循環(huán)結(jié)構(gòu)條件和循環(huán)體，體會利用循環(huán)的便攜性，體會由繁到簡的奧秘。本教學(xué)環(huán)節(jié)通過分析實(shí)際問題、繪制程序流程圖和編寫程序代碼三個環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生深入理解循環(huán)結(jié)構(gòu)的概念和應(yīng)用方法，并培養(yǎng)他們的邏輯思維能力、問題分析能力以及編程實(shí)踐能力。

圖2 學(xué)生編程實(shí)踐成果

5.強(qiáng)化評價反饋，著力拓展延伸

教師通過總結(jié)，再次讓學(xué)生理解循環(huán)結(jié)構(gòu)在編程中的重要作用，體會使用循_{FIogXgYzxDIJ+a9n2gzseg==}環(huán)結(jié)構(gòu)解決問題的高效與便捷。同時，讓學(xué)生意識到循環(huán)結(jié)構(gòu)不僅僅是一種編程技術(shù)，更是一種解決問題的思維方式。無論是在編程還是日常生活中，我們都可以運(yùn)用循環(huán)的思想來簡化問題、提高效率。這種思維方式的培養(yǎng)不僅有助于學(xué)生更好地掌握計算機(jī)編程技能，也將對他們未來的學(xué)習(xí)和工作產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

結(jié) 語

在本節(jié)課的教學(xué)實(shí)踐中，循環(huán)結(jié)構(gòu)的教學(xué)不僅為學(xué)生揭示了算法的奧秘，更在無形中強(qiáng)調(diào)了科學(xué)與技術(shù)并重的重要性。通過生動有趣的示例和直觀易懂的流程圖，教師引導(dǎo)學(xué)生逐步理解了循環(huán)體、循環(huán)條件等核心概念，并讓他們在實(shí)踐中體會了循環(huán)結(jié)構(gòu)的便捷性和高效性。在教學(xué)過程中，教師注重將科學(xué)知識與技術(shù)應(yīng)用相結(jié)合，使學(xué)生在學(xué)習(xí)科學(xué)理論知識的同時，也能夠掌握實(shí)際的操作技能。同時，這種教學(xué)方式讓學(xué)生深刻體會到了科學(xué)與技術(shù)之間的緊密聯(lián)系。科學(xué)為技術(shù)提供了堅實(shí)的理論基礎(chǔ)，而技術(shù)則是應(yīng)用科學(xué)知識的有力工具。只有掌握了科學(xué)知識，并善于運(yùn)用技術(shù)手段，我們才能夠更好地探索未知、解決問題，推動社會的進(jìn)步和發(fā)展。這不僅為學(xué)生今后的學(xué)習(xí)和職業(yè)發(fā)展打下了堅實(shí)的基礎(chǔ)，也為他們樹立了正確的科學(xué)觀和技術(shù)觀，使他們在未來的道路上更加自信、從容地面對各種挑戰(zhàn)。

注：本文系江蘇省教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃課題“‘雙減’視域下小學(xué)圖形化編程項目化活動行動研究”（課題編號：D/2021/02/134）研究成果之一

參考文獻(xiàn)

中華人民共和國教育部. 義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）[S]. 北京：北京師范大學(xué)出版社，2022： 2.

熊璋.“科”“技”并重： 義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)解讀：訪義教信息科技課標(biāo)組組長熊璋教授[J]. 中國信息技術(shù)教育，2022（9）： 4-7.