演示文稿作為小學(xué)生算法學(xué)習(xí)載體的構(gòu)想與實(shí)踐

【中圖分類號】G434【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A【論文編號】1671-7384（2025）06-061-03

算法教學(xué)的現(xiàn)狀與背景

1.人工智能時(shí)代的新要求

在人工智能時(shí)代，尤其是通用大模型（如深度求索、通義千問、ChatGPT、Claude等）的廣泛應(yīng)用下，對學(xué)習(xí)與運(yùn)用者提出了新的能力要求。人類的輸入質(zhì)量直接影響大模型最后輸出效果，模糊、歧義或邏輯混亂的提問會導(dǎo)致模型“答非所問”，因此如何用自然語言清晰、精準(zhǔn)地陳述問題，已經(jīng)成為與大模型交互的核心能力。即便在非人工智能時(shí)代，用自然語言清晰陳述功能需求，都是產(chǎn)業(yè)中極其重要的第一步。學(xué)生需要從“被動接收者”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鲃蛹軜?gòu)者”，在模糊的需求中精準(zhǔn)地使用自然語言定義和梳理，再進(jìn)行邏輯的表達(dá)，同時(shí)還需要能夠獨(dú)立思考，批判驗(yàn)證人工智能所給出的答案。這也意味著人工智能時(shí)代的教育重點(diǎn)不僅僅是算法的學(xué)習(xí)，還有自然語言表達(dá)、邏輯梳理以及解決問題和批判驗(yàn)證等方面的內(nèi)容。

2.算法教學(xué)現(xiàn)狀

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》中明確提出算法作為義務(wù)教育階段信息科技學(xué)科的六大邏輯主線之一，已經(jīng)在小學(xué)階段逐步開展相關(guān)算法教學(xué)。

但是算法教學(xué)在實(shí)踐中遇到了一些困難。

其一，算法的邏輯性非常強(qiáng)，并且較為抽象，小學(xué)階段的學(xué)習(xí)者可能無法理解其執(zhí)行過程1。兒童認(rèn)知的發(fā)展具有階段性和順序性，目前的教學(xué)缺少算法學(xué)習(xí)的前過渡時(shí)期，學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)算法時(shí)并沒有理解算法本質(zhì)，年齡較小的學(xué)習(xí)者更是無法直接通過學(xué)習(xí)編程來培養(yǎng)計(jì)算思維等高階能力。

其二，目前算法教學(xué)更多的模式是“教師講，學(xué)生聽、模仿”，并且教學(xué)內(nèi)容側(cè)重于編程軟件和工具的使用、編程語法以及程序結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等計(jì)算機(jī)語言的掌握，導(dǎo)致學(xué)習(xí)內(nèi)容偏向具體的編程技能，未能充分關(guān)注學(xué)生真實(shí)思維能力的提升和知識結(jié)構(gòu)的有效建構(gòu)，使得學(xué)生在面對新問題時(shí)常常缺乏解決問題的能力[2]。

3.演示文稿設(shè)計(jì)與制作的教學(xué)現(xiàn)狀與困惑

演示文稿設(shè)計(jì)與制作的學(xué)習(xí)按照現(xiàn)行課程標(biāo)準(zhǔn)，安排在小學(xué)二年級學(xué)習(xí)。2022版的國家課程方案中，小學(xué)信息科技課程在3＼～6年級段開設(shè)。這樣實(shí)踐中就存在著：在哪個(gè)年段開設(shè)演示文稿制作的學(xué)習(xí)？這樣無法回避的問題。另一方面，已有的演示文稿設(shè)計(jì)與制作這一教學(xué)內(nèi)容的重心通常都會落在學(xué)生對排版、動畫等這類細(xì)節(jié)技能的掌握上，忽視了學(xué)生在這一教學(xué)內(nèi)容中計(jì)算思維發(fā)展的過程3，沒有使其更好地理解和掌握解決問題的過程和步驟。

近些年，不斷有研究者或一線教師對演示文稿制作的教學(xué)進(jìn)行反思和改進(jìn)。教學(xué)內(nèi)容上，有教師將傳統(tǒng)文化4或疫情防控教育等現(xiàn)實(shí)生活內(nèi)容融入演示文稿的制作中，使得單一枯燥的制作技能講解更加貼合實(shí)際；教學(xué)方法上，融入項(xiàng)目式學(xué)習(xí)等方式，充分確保學(xué)生在課堂中的主體地位，不再只局限于技能的掌握，而是重視學(xué)生的信息技術(shù)能力和各項(xiàng)素養(yǎng)的提升；更有教師以演示文稿為載體，將計(jì)算思維培養(yǎng)作為暗線，引導(dǎo)學(xué)生通過抽象、分解、算法等思維活動來解決實(shí)際問題[7]。

已有中小學(xué)技術(shù)教育往往缺乏整體性關(guān)照，而聚焦在局部的操作細(xì)節(jié)上。演示文稿設(shè)計(jì)與制作這個(gè)非編程學(xué)習(xí)內(nèi)容模塊，若我們注重“幫助我們交流”這個(gè)實(shí)際問題的解決，一方面可以落實(shí)非編程學(xué)習(xí)主題的育人價(jià)值，另一方面還可以解決“在哪個(gè)年段開設(shè)演示文稿設(shè)計(jì)與制作的學(xué)習(xí)”這個(gè)問題。

生活算法、算法與算法策略的概念

1.生活算法

“生活算法”這一概念是2000年前后由武健老師提出的，他認(rèn)為生活算法是研究以人為主體的、問題解決流程、步驟后的規(guī)律與規(guī)則8，它是解決生活中現(xiàn)實(shí)問題的操作步驟或流程，并不局限于計(jì)算任務(wù)，如洗衣機(jī)的操作步驟、快遞分揀的過程等，是與信息技術(shù)課程的范疇聯(lián)系緊密的廣義上算法（圖1）。

2.算法

目前，在計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域，算法通常是指利用數(shù)學(xué)模型和計(jì)算機(jī)邏輯指令求解最優(yōu)方案[9。算法在日常的運(yùn)用中，既包含了指稱一個(gè)類別活動的“算法”用法，也包含了指稱在計(jì)算機(jī)科學(xué)編程領(lǐng)域那些“從實(shí)踐積累下來、解決特定問題且較為穩(wěn)定的辦法”的用法。我們認(rèn)為，在術(shù)語層面“算法”一詞主要指代一個(gè)類別。

3.算法策略

“算法策略”一詞的操作定義主要是指稱在計(jì)算機(jī)科學(xué)編程領(lǐng)域那些“從實(shí)踐積累下來、解決特定問題且較為穩(wěn)定的辦法”。比如“分治算法”“貪心算法”“動態(tài)規(guī)劃算法”“回溯算法”等就是“算法策略”這一操作定義所指代事物的具體實(shí)例。順序結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)等主要是指程序控制結(jié)構(gòu)的形態(tài)特征，并不是標(biāo)準(zhǔn)的“算法”概念。

認(rèn)知心理學(xué)規(guī)律告訴我們，小學(xué)生基本上處于“具體運(yùn)算”的認(rèn)知水平，抽象思維仍需具體事物支持，無法完全脫離實(shí)際情境。所以，中小學(xué)對“算法”概念的學(xué)習(xí)，需要從現(xiàn)實(shí)生活出發(fā)，用自然語言來表征問題解決步驟的“生活算法”，以利于小學(xué)生理解。

演示文稿在算法學(xué)習(xí)中的教學(xué)實(shí)踐

演示文稿的設(shè)計(jì)與制作需要學(xué)習(xí)者能夠以清晰、結(jié)構(gòu)化的邏輯組織信息[10]，并且不同幻燈片之間可以呈現(xiàn)類似程序的三種基本控制結(jié)構(gòu)（順序結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)以及循環(huán)結(jié)構(gòu)），需要學(xué)生對內(nèi)容的呈現(xiàn)順序和邏輯進(jìn)行思考把控。早在2012年就有學(xué)者提出了利用PowerPoint進(jìn)行游戲開發(fā)并給出了三個(gè)哲學(xué)理由來支撐其能夠進(jìn)行游戲開發(fā)：制作的游戲本身是學(xué)生的人工制品；需要學(xué)習(xí)者編寫簡短的內(nèi)容作為游戲故事情節(jié)；學(xué)生需要提供看似合理但又不正確的方案來設(shè)計(jì)游戲時(shí)所需要回答的問題[11]。這也意味著演示文稿設(shè)計(jì)與制作能夠成為算法學(xué)習(xí)的載體，幫助學(xué)習(xí)者學(xué)會問題解決，在正式學(xué)習(xí)編程語言前理解算法的本質(zhì)一一解決問題的一系列過程和步驟，以此更好地培養(yǎng)和應(yīng)用計(jì)算思維等高階能力。

1.學(xué)習(xí)單元教學(xué)設(shè)計(jì)框架與教學(xué)實(shí)踐

設(shè)計(jì)與制作演示文稿的過程就是一個(gè)問題解決的過程，需要學(xué)習(xí)者厘清主題，將主題要求轉(zhuǎn)換為自己能夠理解的自然語言，隨后構(gòu)思設(shè)計(jì)和制作，再收集整理資料與制作。而該過程與柳棟老師及其團(tuán)隊(duì)提出的三步轉(zhuǎn)譯編程教學(xué)法有契合之處，其中三步轉(zhuǎn)譯是讓學(xué)生從真實(shí)問題出發(fā)、經(jīng)歷自然語言、邏輯圖示到代碼實(shí)現(xiàn)的問題解決實(shí)踐過程，符合皮亞杰認(rèn)知發(fā)生論所揭示的學(xué)習(xí)者認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，它是解決問題的一般辦法在信息科技領(lǐng)域中的映射[12]，是計(jì)算機(jī)算法向生活算法的擴(kuò)展，充分在生活中展開計(jì)算思維的學(xué)習(xí)，呈現(xiàn)信息科技對于生活的作用。

三步轉(zhuǎn)譯在演示文稿制作的教學(xué)中的應(yīng)用如圖2所示。

第二步轉(zhuǎn)譯：將自然語言轉(zhuǎn)換為邏輯圖示1

主題：你 完成演示 素材收集 將內(nèi)容邏輯 整體優(yōu)化

游目的地 喜歡的旅 分析把握 主題 文稿內(nèi)容 邏輯圖示 具體的頁面 圖示轉(zhuǎn)化為第一步轉(zhuǎn)譯： 第三步轉(zhuǎn)譯：情境中澄清需求， 將邏輯圖示轉(zhuǎn)換為把握主題 具休演示文稿頁面

我們的教學(xué)探索面向四年級學(xué)生，總共四個(gè)課時(shí)。在正式實(shí)施教學(xué)前，對學(xué)生的計(jì)算思維初始水平進(jìn)行前測，在教學(xué)過程中利用學(xué)習(xí)單，讓學(xué)生將思考和學(xué)習(xí)過程落在筆頭，同時(shí)讓學(xué)生綜合應(yīng)用先前學(xué)習(xí)到的在線搜索、資料處理等知識為演示文稿的制作做鋪墊。在完成學(xué)習(xí)后對學(xué)生的計(jì)算思維水平進(jìn)行后測，對比學(xué)生的計(jì)算思維能力是否有所提升。

2.初步的成效分析

參考土耳其學(xué)者Korkmaz等人設(shè)計(jì)開發(fā)的計(jì)算思維評價(jià)量表（CTS）[13]，結(jié)合張屹、莫尉等人為我國小學(xué)生設(shè)計(jì)的計(jì)算思維量表[14]以及實(shí)際教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改編，形成了我們的計(jì)算思維測評表，該表共分為創(chuàng)造力、算法思維、合作能力、批判思維、問題解決五個(gè)方面。經(jīng)過教學(xué)實(shí)踐后，通過分析學(xué)生計(jì)算思維各個(gè)維度的前后測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在創(chuàng)造力、算法思維、合作能力和問題解決四個(gè)維度的顯著性均小于0.05，表明實(shí)驗(yàn)班學(xué)生經(jīng)過教學(xué)實(shí)踐后計(jì)算思維在這四個(gè)維度前后測之間存在顯著性差異。同時(shí)，采用了學(xué)習(xí)任務(wù)單評價(jià)表對學(xué)生學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)與制作演示文稿進(jìn)行評價(jià)。

數(shù)據(jù)分析顯示： 70% 以上的學(xué)生能夠?qū)W(xué)習(xí)任務(wù)單按要求填寫完成，并具有一定的邏輯性，并且能夠?qū)ρ菔疚母逯谱饔幸欢ǖ膸椭?；其中?31% 左右的學(xué)生還能夠有創(chuàng)造性地完成其學(xué)習(xí)任務(wù)單，并且能夠使用自己的學(xué)習(xí)任務(wù)單指導(dǎo)后期演示文稿的制作。同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)學(xué)生繪制的邏輯圖示風(fēng)格迥異，并未拘泥于嚴(yán)格的流程圖繪制，而是采用了方便自己看懂、能夠體現(xiàn)自己思維的方式簡單繪制了流程圖示。

結(jié)語

自然語言陳述問題與問題解決的具體辦法，可能是信息科技領(lǐng)域問題解決能力的重要基礎(chǔ)。各類具體的技術(shù)手段靈活而有效的運(yùn)用，離不開對具體問題情境的辨識。中小學(xué)技術(shù)類課程的學(xué)習(xí)，不能夠拘泥于細(xì)節(jié)技術(shù)手段，而是要在整體的視野中來關(guān)照問題解決與特定工具的使用。

就現(xiàn)有的小學(xué)信息科技課程教材來說，只要我們把握了“算法”的本質(zhì)，非編程學(xué)習(xí)內(nèi)容也同樣能夠很好地發(fā)展學(xué)生的編程能力和信息素養(yǎng)。

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作者單位：上海師范大學(xué)教育技術(shù)系上海市虹口區(qū)教育學(xué)院

編輯：王曉波