驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)探析

〔摘" "要〕" 信息科技的快速發(fā)展使小學(xué)信息科技教育備受關(guān)注，其中實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)于提升學(xué)生的信息素養(yǎng)和實(shí)踐能力至關(guān)重要。本文探討了小學(xué)信息科技實(shí)驗(yàn)教學(xué)的價(jià)值，強(qiáng)調(diào)其在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、實(shí)踐能力和解決問題能力方面的作用，并將圍繞“雞兔同籠”問題，以義務(wù)教育信息科技教學(xué)指南五年級(jí)下冊(cè)《窮舉算法的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證》實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，通過系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路、實(shí)施步驟及效果評(píng)估，對(duì)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)施，提升學(xué)生的信息素養(yǎng)和算法思維能力，這項(xiàng)研究為小學(xué)信息科技實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展提供了參考。

〔關(guān)鍵詞〕" 信息科技；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)；信息素養(yǎng)

〔中圖分類號(hào)〕" G424" " " " " " " " 〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕" A" " " " 〔文章編號(hào)〕" 1674-6317" " （2025）21" " 0073-03

隨著《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》的發(fā)布，信息科技課程正式轉(zhuǎn)型，不再僅僅是信息技術(shù)的簡(jiǎn)單應(yīng)用，而是更加注重“科”與“技”的并重，強(qiáng)調(diào)學(xué)生信息素養(yǎng)、創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的培養(yǎng)。2023年《教育部等十八部門關(guān)于加強(qiáng)新時(shí)代中小學(xué)科學(xué)教育工作的意見》頒布，強(qiáng)調(diào)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新能力中的關(guān)鍵作用。實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為一種新型的教育方式，注重學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，符合教育創(chuàng)新的需求。本文以義務(wù)教育信息科技教學(xué)指南五年級(jí)下冊(cè)《窮舉算法的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證》實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，深入探討小學(xué)信息科技實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐研究，對(duì)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)施，旨在揭示實(shí)驗(yàn)教學(xué)在提升學(xué)生信息素養(yǎng)、實(shí)踐能力和問題解決能力方面的獨(dú)特作用，并為小學(xué)信息科技實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計(jì)與實(shí)施提供有益的參考和借鑒。

一、小學(xué)信息科技實(shí)驗(yàn)教學(xué)的價(jià)值分析

小學(xué)信息科技實(shí)驗(yàn)教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生信息素養(yǎng)、提升實(shí)踐能力以及問題解決能力等方面展現(xiàn)出了明顯的價(jià)值。

（一）培養(yǎng)學(xué)生信息素養(yǎng)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)通過讓學(xué)生親手操作、親身體驗(yàn)，加深學(xué)生對(duì)信息科技基本概念和原理的理解，有效提升了學(xué)生的信息素養(yǎng)。例如，在《窮舉算法的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證》實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生通過編程實(shí)現(xiàn)算法，不僅掌握了算法設(shè)計(jì)的基本步驟，還學(xué)會(huì)了調(diào)試程序、分析算法效率等，這些技能對(duì)于未來(lái)在信息科技領(lǐng)域的學(xué)習(xí)和工作都至關(guān)重要。

（二）提升學(xué)生實(shí)踐能力

實(shí)驗(yàn)教學(xué)強(qiáng)調(diào)動(dòng)手操作和實(shí)踐應(yīng)用，使學(xué)生在實(shí)踐中鍛煉了解決問題的能力和創(chuàng)新思維。通過參與實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，學(xué)生能夠?qū)⒗碚撝R(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際技能，如使用編程工具、調(diào)試程序、分析數(shù)據(jù)等。這些實(shí)踐能力的提升，為學(xué)生未來(lái)的學(xué)習(xí)和職業(yè)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（三）培養(yǎng)學(xué)生問題解決能力

實(shí)驗(yàn)教學(xué)通過創(chuàng)設(shè)真實(shí)或模擬的問題情境，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探索、分析問題并提出解決方案。在《窮舉算法的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證》實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生需要面對(duì)算法設(shè)計(jì)、程序調(diào)試、效率分析等多個(gè)問題，通過不斷嘗試和調(diào)整，最終找到解決方案。這一過程不僅鍛煉了學(xué)生的問題解決能力，還培養(yǎng)了他們的耐心和毅力。

（四）發(fā)展學(xué)生創(chuàng)新思維

實(shí)驗(yàn)教學(xué)鼓勵(lì)學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、嘗試新的方法和思路，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生可以充分發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力，提出獨(dú)特的見解和解決方案。這種創(chuàng)新思維的激發(fā)，對(duì)于學(xué)生未來(lái)的學(xué)習(xí)和工作都具有重要的意義。

二、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)及窮舉算法

（一）驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)概述

信息科技課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要途徑。魏雄鷹在文章《加強(qiáng)信息科技實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)揮信息科技育人價(jià)值》中提到：“義務(wù)教育信息科技基本實(shí)驗(yàn)?zāi)夸浐w了驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、探究性實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新應(yīng)用性實(shí)驗(yàn)和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)類型。”驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)是信息科技實(shí)驗(yàn)中最基礎(chǔ)也是最常見的類型之一，其目的是通過實(shí)踐驗(yàn)證或證明特定的現(xiàn)象或理論。它基于已知的科學(xué)原理或理論知識(shí)，通過實(shí)驗(yàn)操作來(lái)驗(yàn)證或證明這些原理或知識(shí)的正確性。學(xué)生可以通過編程實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證算法設(shè)計(jì)的正確性、驗(yàn)證程序代碼運(yùn)行效率、驗(yàn)證過程與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案的可行性、驗(yàn)證物聯(lián)系統(tǒng)中控制與反饋等。這種實(shí)驗(yàn)方法注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和辯證思維能力，幫助學(xué)生鞏固和應(yīng)用所學(xué)的理論知識(shí)。

（二）窮舉算法概述

算法，作為計(jì)算思維的核心要素之一，扮演著至關(guān)重要的角色。它不僅是人工智能得以廣泛應(yīng)用于我們生活各個(gè)領(lǐng)域的三大支柱之一，而且是推動(dòng)科技進(jìn)步和創(chuàng)新的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力。在新課標(biāo)中，針對(duì)五年級(jí)學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容，特別設(shè)計(jì)了“身邊的算法”這一模塊。通過這個(gè)模塊，學(xué)生將能夠接觸到日常生活中的各種算法實(shí)例，從而理解如何利用算法來(lái)解決實(shí)際問題。這不僅有助于學(xué)生掌握求解簡(jiǎn)單問題的基本方法，而且能夠培養(yǎng)他們運(yùn)用算法思維來(lái)思考問題的習(xí)慣。通過一系列的實(shí)踐活動(dòng)，學(xué)生將逐步形成設(shè)計(jì)和分析簡(jiǎn)單算法的能力，為他們未來(lái)在更復(fù)雜問題上的算法應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

窮舉算法，作為一種基礎(chǔ)的算法策略，其核心思想是通過逐一檢查所有可能的選項(xiàng)來(lái)找到問題的解決方案。這種方法雖然在效率上可能不是最優(yōu)的，但它簡(jiǎn)單直觀，易于理解和實(shí)現(xiàn)。在“身邊的算法”模塊中，窮舉算法可以作為教學(xué)的一個(gè)重要工具，幫助學(xué)生理解算法解決問題的基本原理，并且在實(shí)際操作中體驗(yàn)算法的力量。在“雞兔同籠”問題中，學(xué)生可以運(yùn)用窮舉算法，通過列出所有可能的雞和兔的組合，來(lái)計(jì)算出符合題目條件的答案。這種方法不僅能夠加深學(xué)生對(duì)問題的理解，而且能夠鍛煉他們的邏輯思維能力和解決問題的技巧。本文將圍繞“雞兔同籠”問題，通過《窮舉算法的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證》實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施，對(duì)小學(xué)信息科技驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行探索研究，旨在通過實(shí)踐教學(xué)，讓學(xué)生在解決具體問題的過程中，深入理解算法的原理和應(yīng)用，提高信息科技素養(yǎng)。

三、《窮舉算法的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證》實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施

（一）確定實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

本次實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的是讓學(xué)生深入理解窮舉算法的基本原理，掌握使用流程圖描述算法的方法，并通過源碼編輯器編寫程序來(lái)驗(yàn)證算法的正確性。通過該實(shí)驗(yàn)，學(xué)生還能對(duì)比不同輸入數(shù)據(jù)規(guī)模下的算法執(zhí)行次數(shù)，從而分析算法效率，培養(yǎng)計(jì)算思維與科學(xué)探究能力。此外，實(shí)驗(yàn)還旨在提升學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，加深對(duì)算法設(shè)計(jì)和編程實(shí)現(xiàn)的理解。

（二）了解實(shí)驗(yàn)原理

該實(shí)驗(yàn)原理主要包括窮舉算法的基本原理和算法效率分析。窮舉算法是一種通過遍歷所有可能的解來(lái)驗(yàn)證是否滿足條件的算法，它在解決某些特定問題時(shí)非常有效。在“雞兔同籠”問題中，窮舉算法通過遍歷所有可能的雞和兔的數(shù)量組合，找到滿足總頭數(shù)和總腳數(shù)條件的解。算法效率分析則通過記錄程序執(zhí)行次數(shù)，理解輸入數(shù)據(jù)規(guī)模對(duì)算法執(zhí)行時(shí)間的影響，從而評(píng)估算法在實(shí)際應(yīng)用中的可行性。

（三）準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料和設(shè)備

本次實(shí)驗(yàn)所需的材料和設(shè)備包括軟件工具（如源碼編輯器，支持變量、循環(huán)和分支結(jié)構(gòu)模塊）、輔助材料（如導(dǎo)學(xué)案、流程圖模板、實(shí)驗(yàn)任務(wù)單、微課視頻教程）以及硬件設(shè)備（如計(jì)算機(jī)，需安裝源碼編輯器及實(shí)驗(yàn)程序）。這些材料和設(shè)備為學(xué)生提供了必要的實(shí)驗(yàn)條件，確保實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蝽樌M(jìn)行。

（四）實(shí)施實(shí)驗(yàn)過程

1.填寫流程圖，理清算法邏輯

步驟描述：首先，教師引導(dǎo)學(xué)生回顧“雞兔同籠”問題的數(shù)學(xué)解法，然后介紹窮舉算法的基本概念。接著，學(xué)生根據(jù)導(dǎo)學(xué)案中的列表法示例（如頭數(shù)8，腳數(shù)26），使用流程圖模板補(bǔ)全窮舉算法流程圖。

教學(xué)過程：教師通過提問和討論的方式，幫助學(xué)生理解流程圖中的每個(gè)步驟和邏輯關(guān)系。例如，詢問學(xué)生“為什么我們需要初始化雞數(shù)為0？”或“循環(huán)終止條件是什么？”等問題，以引導(dǎo)學(xué)生深入思考。

2.編寫程序，驗(yàn)證算法正確性

步驟描述：在源碼編輯器中，學(xué)生根據(jù)流程圖編寫程序，實(shí)現(xiàn)窮舉算法。學(xué)生編寫程序時(shí)，需要設(shè)置雞和兔的總頭數(shù)和總腳數(shù)作為輸入?yún)?shù)，然后使用循環(huán)結(jié)構(gòu)遍歷所有可能的雞和兔的數(shù)量組合。程序應(yīng)包含變量聲明、循環(huán)結(jié)構(gòu)、條件判斷、輸出結(jié)果等部分。編寫完成后，學(xué)生運(yùn)行程序驗(yàn)證輸入數(shù)據(jù)的正確性，并調(diào)試程序以確保其正常運(yùn)行。

教學(xué)過程：教師提供示例代碼或代碼片段，幫助學(xué)生快速上手。同時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生分組合作，相互討論和解決問題。在調(diào)試過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生使用斷點(diǎn)調(diào)試、逐步執(zhí)行等方法，幫助學(xué)生找到并修正程序中的錯(cuò)誤。

3.分析算法效率

步驟描述：學(xué)生修改程序，添加執(zhí)行次數(shù)變量，記錄不同輸入數(shù)據(jù)規(guī)模下的執(zhí)行次數(shù)。通過對(duì)比數(shù)據(jù)，分析算法效率與數(shù)據(jù)規(guī)模的關(guān)系，得出算法效率的相關(guān)結(jié)論。

教學(xué)過程：教師引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)不同的輸入數(shù)據(jù)規(guī)模，運(yùn)行程序并記錄執(zhí)行次數(shù)。隨后，學(xué)生使用圖表或表格等形式展示數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析和討論。通過分析不同輸入數(shù)據(jù)規(guī)模下的執(zhí)行次數(shù)，學(xué)生可以發(fā)現(xiàn)算法效率與數(shù)據(jù)規(guī)模之間存在一定的關(guān)系。例如，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)規(guī)模較小時(shí)，算法執(zhí)行次數(shù)較少；而當(dāng)輸入數(shù)據(jù)規(guī)模較大時(shí)，算法執(zhí)行次數(shù)顯著增加。這有助于學(xué)生理解算法效率的重要性，并激發(fā)他們探索優(yōu)化算法的興趣。

四、《窮舉算法的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證》實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果評(píng)估

（一）學(xué)生表現(xiàn)與反饋

在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生總體表現(xiàn)出較高的參與度和學(xué)習(xí)熱情，大多數(shù)學(xué)生能夠積極投入實(shí)驗(yàn)討論和操作中，對(duì)窮舉算法產(chǎn)生濃厚的興趣。通過實(shí)驗(yàn)，學(xué)生有效掌握了窮舉算法的基本原理和應(yīng)用方法，對(duì)變量、循環(huán)和分支結(jié)構(gòu)的使用有了更深入的理解，并學(xué)會(huì)了調(diào)試程序和糾正錯(cuò)誤。同時(shí)，學(xué)生在團(tuán)隊(duì)合作中展現(xiàn)出了良好的溝通能力和協(xié)作精神。

（二）實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

算法正確性驗(yàn)證。在實(shí)驗(yàn)過程中，所有學(xué)生編寫的程序均能夠正確驗(yàn)證“雞兔同籠”問題的解。通過對(duì)比不同輸入數(shù)據(jù)下的輸出結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)程序結(jié)果與預(yù)期結(jié)果完全一致。

算法效率分析。數(shù)據(jù)分析：通過分析不同輸入數(shù)據(jù)規(guī)模下的執(zhí)行次數(shù)，我們發(fā)現(xiàn)算法執(zhí)行次數(shù)與輸入數(shù)據(jù)規(guī)模成正比關(guān)系。例如，當(dāng)輸入頭數(shù)為5時(shí)，平均執(zhí)行次數(shù)為10次；而當(dāng)輸入頭數(shù)為50時(shí)，平均執(zhí)行次數(shù)則增加到了250次。這一結(jié)果驗(yàn)證了算法效率與數(shù)據(jù)規(guī)模之間的直接關(guān)聯(lián)。

（三）教學(xué)效果總結(jié)

本次實(shí)驗(yàn)教學(xué)取得了顯著成效，不僅成功實(shí)現(xiàn)了教學(xué)目標(biāo)，幫助學(xué)生深入理解了窮舉算法的原理和應(yīng)用，還培養(yǎng)了學(xué)生的計(jì)算思維和科學(xué)探究能力。任務(wù)驅(qū)動(dòng)法、小組合作法和微課輔助法等教學(xué)方法和策略的有效運(yùn)用，極大地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，提高了他們的自主學(xué)習(xí)和合作能力。

本文對(duì)小學(xué)信息科技驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了實(shí)踐研究，通過《窮舉算法的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證》實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計(jì)與實(shí)施，詳細(xì)介紹了驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計(jì)思路、實(shí)施步驟及效果評(píng)估，驗(yàn)證了其在培養(yǎng)學(xué)生信息素養(yǎng)、實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維方面的獨(dú)特價(jià)值。未來(lái)，我們將繼續(xù)深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，加強(qiáng)跨學(xué)科融合，探索更多創(chuàng)新性的教學(xué)模式和方法，以進(jìn)一步提升學(xué)生的信息科技素養(yǎng)和綜合能力，為培養(yǎng)新時(shí)代創(chuàng)新人才貢獻(xiàn)力量。

【本文系2025年深圳市寶安區(qū)教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2024年度立項(xiàng)課題“基于核心素養(yǎng)的小學(xué)信息科技實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程的探索與實(shí)踐研究”的研究成果，課題編號(hào)：BAKG2024024】

參考文獻(xiàn)

[1]教育部，中央宣傳部，中央網(wǎng)信辦等18部門.關(guān)于加強(qiáng)新時(shí)代中小學(xué)科學(xué)教育工作的意見[S].北京：教監(jiān)管〔2023〕2號(hào)，2023.

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

[3]魏雄鷹.加強(qiáng)信息科技實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)揮信息科技育人價(jià)值[J].教育與裝備研究，2024（2）：12-15.

[4]吳良輝，彭燕.基于信息科技新課標(biāo)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究[J].中國(guó)信息技術(shù)教育，2024（2）：21-23.

[5]郝曉娟.基于關(guān)鍵能力培養(yǎng)的初中信息科技實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐研究：以《互聯(lián)網(wǎng)基本原理與功能》實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目學(xué)習(xí)為例[J].中國(guó)信息技術(shù)教育，2024（9）：16-19.