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(píng)價(jià)四個(gè)維度出發(fā)，本研究通過(guò)重構(gòu)信息科技跨學(xué)科算法教學(xué)目標(biāo)、設(shè)計(jì)信息科技跨學(xué)科算法教學(xué)活動(dòng)、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(píng)價(jià)開(kāi)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(shí)，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(jì)

〔中圖分類(lèi)號(hào)〕? G424? ? ? ? ? ? ? ? 〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕? A? ? ? ? ?〔文章編號(hào)〕? 1674-6317? ? （2024）? 15? ? 094-096

一、問(wèn)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(jì)了6個(gè)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(kāi)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(wèn)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(guò)多關(guān)注對(duì)算法知識(shí)概念的理解、關(guān)注任務(wù)程序的編寫(xiě)，教學(xué)目標(biāo)單一、缺乏對(duì)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(jì)與實(shí)施，缺乏與實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)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(guò)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(dòng)力和實(shí)踐能力。

（三）信息科技算法教學(xué)方式簡(jiǎn)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(guò)于依賴(lài)傳統(tǒng)的講授和演示，缺乏多樣化和互動(dòng)性。在算法教學(xué)中偶爾也會(huì)涉及編寫(xiě)程序的部分，教師會(huì)通過(guò)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(shí)效率低下。

（四）信息科技算法教學(xué)評(píng)價(jià)單維，缺少跨學(xué)科展示的綜合

在算法教學(xué)課程評(píng)價(jià)時(shí)，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(guò)程和解決問(wèn)題的方法。這樣的評(píng)價(jià)模式可能會(huì)導(dǎo)致學(xué)生只關(guān)注得到正確答案，忽略理解問(wèn)題、分析和解決問(wèn)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(jì)信息科技跨學(xué)科算法教學(xué)活動(dòng)、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(píng)價(jià)四個(gè)維度對(duì)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(kāi)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(shí)、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(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)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(shí)，運(yùn)用多種學(xué)科的方法和觀念學(xué)習(xí)算法、解決問(wèn)題，通過(guò)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(jí)學(xué)生中79.5%未學(xué)過(guò)編程并且對(duì)算法一無(wú)所知，18.6%的學(xué)生學(xué)過(guò)可視化編程但是對(duì)算法了解不多，僅1.9%的學(xué)生對(duì)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(duì)算法情境問(wèn)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(dòng)主題下各個(gè)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(jì)信息科技跨學(xué)科算法教學(xué)活動(dòng)

《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(wèn)題或項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)……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(chǎng)景的聯(lián)系等問(wèn)題，在實(shí)踐中通過(guò)創(chuàng)設(shè)真實(shí)化情境、分而治之、迭代優(yōu)化三步走來(lái)設(shè)計(jì)跨學(xué)科算法教學(xué)活動(dòng)。

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

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(huì)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(wèn)題出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷原理運(yùn)用過(guò)程、計(jì)算思維過(guò)程，建構(gòu)知識(shí)、提升問(wèn)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(dòng)

新課標(biāo)第三學(xué)段要求學(xué)生在解決問(wèn)題的過(guò)程中，能將問(wèn)題分解成可處理的子問(wèn)題?！胺侄沃笔撬惴ㄖ幸环N常用的策略，用于解決復(fù)雜問(wèn)題。要在項(xiàng)目設(shè)計(jì)的過(guò)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(guò)程中，學(xué)生可以習(xí)得問(wèn)題分解能力、分析問(wèn)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(dòng)

在每一次項(xiàng)目活動(dòng)的設(shè)計(jì)中，教師都需要根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況來(lái)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(dòng)。算法優(yōu)化大挑戰(zhàn)包括確定問(wèn)題、初始算法設(shè)計(jì)、迭代優(yōu)化過(guò)程、經(jīng)驗(yàn)分享與比較。通過(guò)四個(gè)步驟引導(dǎo)學(xué)生在找出第一種算法時(shí)，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(wèn)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(dòng)設(shè)計(jì)。在教師的活動(dòng)設(shè)計(jì)和逐步引導(dǎo)中，學(xué)生將在真實(shí)情境中通過(guò)角色扮演和開(kāi)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(lái)解決實(shí)際問(wèn)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(tái)支架，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，提高主動(dòng)學(xué)習(xí)的意愿。

1.圖示支架，表征跨學(xué)科算法問(wèn)題

表征方式是指信息在頭腦中的呈現(xiàn)方式，它是影響問(wèn)題解決的重要因素。問(wèn)題表征方式不同，產(chǎn)生的解決方案就不同，直接影響問(wèn)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(guò)渡過(guò)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(wèn)題、表征問(wèn)題、形成問(wèn)題空間。

2.資源支架，明確跨學(xué)科算法問(wèn)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(mǎn)足學(xué)生的個(gè)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(mǎn)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(yǔ)言算法、流程圖算法、可視化編程代碼、python編程代碼、算法知識(shí)學(xué)習(xí)小微課、講解動(dòng)畫(huà)等。

3.平臺(tái)支架，解決跨學(xué)科算法項(xiàng)目

為學(xué)生選擇開(kāi)放式平臺(tái)支架，幫助解決跨學(xué)科算法問(wèn)題。資源平臺(tái)，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(shí)，會(huì)遇到多種的問(wèn)題，通過(guò)與百度AI對(duì)話問(wèn)答可以及時(shí)給學(xué)生提供解決項(xiàng)目的思路。交流平臺(tái)，如Noodle和UMU等，可以有效推進(jìn)學(xué)生在在線平臺(tái)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(píng)價(jià)

在信息科技跨學(xué)科算法教學(xué)中，形成性評(píng)價(jià)可以提供及時(shí)反饋，有助于教師及時(shí)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(lì)學(xué)生積極參與學(xué)習(xí)過(guò)程，進(jìn)行反思和自我監(jiān)控，發(fā)揮主觀能動(dòng)性，提高自主學(xué)習(xí)能力。

本文通過(guò)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(píng)價(jià)。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(guò)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(píng)估學(xué)生的知識(shí)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(jì)劃，培養(yǎng)時(shí)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(guò)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?cè)趯W(xué)習(xí)過(guò)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(wèn)題和改進(jìn)方法。

3.迭代KWL量表，評(píng)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(gè)項(xiàng)目活動(dòng)過(guò)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(huì)什么？在項(xiàng)目活動(dòng)前填寫(xiě)KWL量表，了解自己的知識(shí)基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)興趣點(diǎn)；在項(xiàng)目活動(dòng)中再次填寫(xiě)KWL量表，明確改進(jìn)的方向和需要新學(xué)習(xí)的知識(shí)；在項(xiàng)目活動(dòng)后再次填寫(xiě)KWL量表，總結(jié)項(xiàng)目活動(dòng)學(xué)到的知識(shí)與技能，思考還可以用學(xué)會(huì)的知識(shí)解決什么問(wèn)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(píng)價(jià)手段，結(jié)合多元智能理論對(duì)學(xué)生進(jìn)行多元評(píng)價(jià)。例如在交流分享環(huán)節(jié)評(píng)價(jià)語(yǔ)言智能；在算法的優(yōu)化迭代過(guò)程中評(píng)價(jià)邏輯—數(shù)學(xué)智能；通過(guò)數(shù)形結(jié)合、空間想象、模型設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)評(píng)價(jià)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(shí)

通過(guò)體驗(yàn)真實(shí)情境下的信息科技跨學(xué)科大項(xiàng)目活動(dòng)，讓學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用多個(gè)學(xué)科的方法和觀念來(lái)學(xué)習(xí)算法、解決問(wèn)題，逐漸形成信息科技跨學(xué)科算法意識(shí)。

（二）讓學(xué)生逐漸提高信息科技跨學(xué)科算法能力

通過(guò)真實(shí)性、體驗(yàn)性的信息科技跨學(xué)科大項(xiàng)目活動(dòng)，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(dòng)，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(kāi)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(jì)算思維，提升全體學(xué)生的數(shù)字素養(yǎng)?！北狙芯客ㄟ^(guò)體驗(yàn)算法分析設(shè)計(jì)過(guò)程、實(shí)踐問(wèn)題應(yīng)用解決過(guò)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(jì)算機(jī)專(zhuān)家一樣思考問(wèn)題，運(yùn)用算法分析真實(shí)問(wèn)題、解決真實(shí)問(wèn)題，從而助推學(xué)生計(jì)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)。

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