摘要：在新課程改革中，信息科技課程更加強(qiáng)調(diào)學(xué)科的科學(xué)屬性，注重培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用信息科技知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，以及創(chuàng)新思維和科學(xué)精神。信息科技實(shí)驗(yàn)教學(xué)是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的重要手段，同時(shí)，在發(fā)揮信息科技課程獨(dú)特育人價(jià)值方面起到了不可替代的作用。

關(guān)鍵詞：編程教學(xué)；算法；實(shí)驗(yàn)；閱讀；調(diào)試

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 論文編號(hào)：1674-2117（2024）19-0000-03

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”）中的“身邊的算法”模塊的教學(xué)提示“鼓勵(lì)學(xué)生從多個(gè)方面熟悉程序，不要求每個(gè)算法問(wèn)題都由學(xué)生編程實(shí)現(xiàn)，閱讀理解、修改運(yùn)行等也都是有意義的體驗(yàn)?？刹捎妙愃瓶茖W(xué)課程中觀察實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方法，這也是培養(yǎng)數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新的一種實(shí)踐”明確提出了“觀察實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方法”。實(shí)驗(yàn)教學(xué)法注重學(xué)生在實(shí)踐中獲得親身體驗(yàn)、感受，這種體驗(yàn)是建立在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)結(jié)論基礎(chǔ)上的，學(xué)生通過(guò)觀察、思考、調(diào)試、推導(dǎo)、編程驗(yàn)證等活動(dòng)，感受知識(shí)的多維度，促進(jìn)學(xué)習(xí)的真實(shí)發(fā)生。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是落實(shí)信息科技“科學(xué)”屬性的關(guān)鍵手段

實(shí)驗(yàn)法即通過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證結(jié)論的方法，通過(guò)“提出問(wèn)題、猜想與假設(shè)、制訂計(jì)劃設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)收集數(shù)據(jù)、分析論證、評(píng)估、合作交流”等實(shí)驗(yàn)步驟得出科學(xué)理論。信息科技課程強(qiáng)調(diào)學(xué)科的科學(xué)屬性，注重培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用信息科技知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，以及創(chuàng)新思維和科學(xué)精神，而實(shí)驗(yàn)教學(xué)是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的重要手段。實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)基于客觀現(xiàn)實(shí)中的現(xiàn)象，以及學(xué)生進(jìn)行觀測(cè)和測(cè)量的數(shù)據(jù)，以問(wèn)題作為教學(xué)的核心，引導(dǎo)學(xué)生積極探索、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題，并提出合理的假設(shè)。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生將搜集證據(jù)，進(jìn)行邏輯推理，以證實(shí)他們的觀點(diǎn)，從而獲得知識(shí)。

開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不僅能夠幫助學(xué)生構(gòu)建起信息科技與現(xiàn)實(shí)世界之間的聯(lián)系，而且能顯著提升他們應(yīng)用信息科技解決實(shí)際問(wèn)題的能力。在這種教學(xué)模式下，學(xué)生不僅能夠直接感知信息科技的基本原理和廣泛應(yīng)用，還能在探索中培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力以及團(tuán)隊(duì)合作與探究精神。顯然，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在發(fā)揮信息科技課程獨(dú)特的育人功能上具有不可替代的重要作用。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)法在編程教學(xué)中的具體實(shí)施策略

1.基于閱讀感知系統(tǒng)，在猜想假設(shè)中提出問(wèn)題

閱讀程序是“化零為整”編程能力提升的重要策略，它能夠幫助學(xué)生將分散的知識(shí)點(diǎn)整合起來(lái)，形成完整的知識(shí)體系。在編程教學(xué)中，閱讀的作用不亞于寫作中閱讀的作用。寫作需要通過(guò)廣泛閱讀來(lái)拓寬視野、積累素材，編程也依賴于大量的代碼閱讀來(lái)增加知識(shí)儲(chǔ)備，進(jìn)而將所學(xué)知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用。因此，面對(duì)編程中的難題和重點(diǎn)，可以采用逆向思維的方法，通過(guò)閱讀來(lái)理解和掌握，即引導(dǎo)學(xué)生閱讀優(yōu)秀的代碼，讓他們?cè)诔善反a的熏陶下，感受知識(shí)的系統(tǒng)性和連貫性，這樣的思維支架能夠有效促進(jìn)學(xué)生編程能力的提升。閱讀的應(yīng)用應(yīng)該有針對(duì)性，它既可以用來(lái)深入解釋和強(qiáng)調(diào)關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)，也可以用來(lái)幫助學(xué)生感知和理解相對(duì)復(fù)雜的程序。查找算法的內(nèi)容對(duì)于五年級(jí)的學(xué)生來(lái)說(shuō)是有難度的，大部分學(xué)生沒(méi)有親歷過(guò)查找算法的編寫過(guò)程，或者僅親歷過(guò)查找過(guò)程的生活現(xiàn)場(chǎng)。這時(shí)就可以讓他們閱讀程序，猜測(cè)與之匹配的生活現(xiàn)場(chǎng)。例如，在《查找算法的效率》一課中，筆者設(shè)計(jì)了閱讀程序活動(dòng)，讓學(xué)生通過(guò)觀察與猜測(cè)查找小達(dá)人小蜜蜂和查找小達(dá)人小貓的查找方式，感知查找方法的多樣性，而方法不一樣它們的工作效率也不一樣，從而引出算法效率的探究必要性。

2.借助調(diào)試關(guān)注細(xì)節(jié)，在現(xiàn)象歸因中得出結(jié)論

代碼編寫和程序調(diào)試是編程學(xué)習(xí)的“兩條腿”，在實(shí)際教學(xué)中，代碼編寫是編程過(guò)程中常用的教學(xué)策略，但調(diào)試卻常常被忽略。在軟件系統(tǒng)的開發(fā)過(guò)程中，常常存在很多的錯(cuò)誤，調(diào)試可以正向跟蹤或者反向追溯，是定位錯(cuò)誤點(diǎn)最直接、有效的辦法。調(diào)試不光是代碼編寫過(guò)程中的自檢手段，同時(shí)也能更好地觀測(cè)程序的運(yùn)行過(guò)程與執(zhí)行效率。通過(guò)參數(shù)的修改以及功能項(xiàng)目的體驗(yàn)，學(xué)生能夠逐步熟悉程序的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行機(jī)制。這種由實(shí)踐引導(dǎo)的理解過(guò)程有助于深化學(xué)生對(duì)編程邏輯的認(rèn)識(shí)，逆向強(qiáng)化對(duì)程序本質(zhì)的洞察，在學(xué)生學(xué)習(xí)其他功能系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)時(shí)可以產(chǎn)生促進(jìn)作用。通過(guò)觀察功能實(shí)現(xiàn)、程序編譯、數(shù)據(jù)流向的全過(guò)程，學(xué)生的思維也跟隨著程序的運(yùn)行而流動(dòng)與生發(fā)，進(jìn)而有效促進(jìn)高階思維的培養(yǎng)。

例如，在《查找算法的效率》一課中，在學(xué)生閱讀猜測(cè)程序的功能和效率后，筆者設(shè)計(jì)了調(diào)試程序觀察執(zhí)行過(guò)程的環(huán)節(jié)。鏈表在查找到某個(gè)數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)出現(xiàn)閃爍的提示，學(xué)生通過(guò)觀察不難發(fā)現(xiàn)：查找小達(dá)人小蜜蜂的工作方式鏈表數(shù)據(jù)單元是按順序閃爍的，直到找到查找值；查找小達(dá)人小貓的工作方式鏈表數(shù)據(jù)單元是跳躍閃爍的。這個(gè)閃爍其實(shí)就是在查找這個(gè)數(shù)據(jù)單元的表現(xiàn)，小蜜蜂查找算法的方法叫做順序查找，小貓查找算法的方法叫做二分查找。筆者讓學(xué)生思考兩種查找算法有什么不同，小蜜蜂和小貓工作效率是否一樣，并數(shù)一數(shù)它們的查找次數(shù)。學(xué)生再次調(diào)試后發(fā)現(xiàn)，小蜜蜂查找次數(shù)多，小貓查找次數(shù)少，從而得出二分查找法效率更高的結(jié)論。

3.探索原理追根溯源，在分析推導(dǎo)中論證結(jié)論

新課標(biāo)旨在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和探究態(tài)度，不僅讓學(xué)生熟練使用現(xiàn)有的科技產(chǎn)品，更是要讓他們深入掌握這些產(chǎn)品背后的科學(xué)原理和運(yùn)作機(jī)制。通過(guò)探索這些原理，學(xué)生能夠更加透徹地理解信息科技的實(shí)質(zhì)，進(jìn)而激發(fā)創(chuàng)新意識(shí)并增強(qiáng)解決問(wèn)題的能力。在探究原理的過(guò)程中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生依托問(wèn)題鏈和學(xué)習(xí)單支架，正向推導(dǎo)算法的執(zhí)行過(guò)程。這種方法不僅有助于學(xué)生深入理解理論知識(shí)，還能夠讓他們意識(shí)到算法源于生活，且在生活中有廣泛的應(yīng)用。只有通過(guò)深刻的理解和認(rèn)知，才能在真實(shí)的生活情境中更加自如地將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中。

例如，在《查找算法的效率》一課中，筆者借助實(shí)驗(yàn)單搭建了一個(gè)學(xué)習(xí)支架。學(xué)生通過(guò)猜數(shù)字游戲映射的順序查找與二分查找算法可以知道，每個(gè)算法都源于解決生活中的問(wèn)題，算法的效率也源于高效地解決問(wèn)題的生活需求。那么，算法的效率為什么高？高效的算法是怎么執(zhí)行的？此時(shí)可以基于學(xué)習(xí)單支架，讓學(xué)生在填寫推導(dǎo)表格的同時(shí)代入算法的執(zhí)行過(guò)程，感受二分算法查找高效的奧秘。通過(guò)對(duì)原理的探究，學(xué)生可以從表面的事實(shí)和技能學(xué)習(xí)中跳脫出來(lái)，進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，從而形成更加深刻和全面的知識(shí)結(jié)構(gòu)，推動(dòng)思維的拔節(jié)生長(zhǎng)。

4.依托編程優(yōu)化算法，在學(xué)以致用中提升效率

編程不僅是一種技能，更是一種促進(jìn)高效、創(chuàng)新問(wèn)題解決的思維習(xí)慣。通過(guò)自動(dòng)化程序處理任務(wù)，能夠減少對(duì)人力資源的依賴，實(shí)現(xiàn)問(wèn)題解決的精準(zhǔn)和效率的雙重提升。通過(guò)多樣化的視角來(lái)分析問(wèn)題并尋找解決方案，能夠促進(jìn)不同知識(shí)點(diǎn)之間的相互聯(lián)系，幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)的融會(huì)貫通，促進(jìn)學(xué)生在比較和分析多種解題方法中發(fā)現(xiàn)最有效的解決方案，拓寬思維視野，從而培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散思維與創(chuàng)新思維。在算法效率探究實(shí)驗(yàn)中，其表象是比較算法，其本質(zhì)是優(yōu)化算法，編程是一種解決問(wèn)題的策略，同樣也是一種優(yōu)化人為解決問(wèn)題的方式，它的精準(zhǔn)與高效相比人為統(tǒng)計(jì)更具優(yōu)勢(shì)。因此，在《查找算法的效率》一課的實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程中，筆者讓學(xué)生通過(guò)調(diào)試跟蹤的方法統(tǒng)計(jì)兩種查找算法的查找次數(shù)，并通過(guò)查找次數(shù)的多與少比較算法的效率。這種方法使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)觀察的過(guò)程中提高了查找算法的效率，在手動(dòng)統(tǒng)計(jì)的過(guò)程中深挖了算法的原理。手動(dòng)統(tǒng)計(jì)依靠人的計(jì)算，效率較低，而且學(xué)生的水平不一，得出的結(jié)果也存在一定的誤差，因此，可以讓學(xué)生思考有沒(méi)有更高效的辦法來(lái)比較算法的效率。學(xué)生會(huì)想到計(jì)時(shí)的辦法，即用計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)。這時(shí)教師可以引出用編程優(yōu)化統(tǒng)計(jì)算法，實(shí)現(xiàn)算法效率比較的實(shí)踐操作。學(xué)生在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)研究中體驗(yàn)到了解決問(wèn)題的不同策略，感悟到了編程這種自動(dòng)化解決問(wèn)題的優(yōu)勢(shì)，再結(jié)合本課的查找算法效率比較，進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到自動(dòng)化算法也有效率。從認(rèn)可編程到編程的優(yōu)化意識(shí)，學(xué)生的數(shù)字素養(yǎng)也在實(shí)踐中迭代上升。

結(jié)束語(yǔ)

在破解編程教學(xué)的重難點(diǎn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)法展現(xiàn)出其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。首先，學(xué)生通過(guò)仔細(xì)閱讀程序，在初步的運(yùn)行和模糊構(gòu)思中萌生了疑問(wèn)和猜想，為深入學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。其次，學(xué)生通過(guò)緩慢執(zhí)行并跟蹤調(diào)試，細(xì)致觀察了數(shù)據(jù)變化，這一步是理解程序邏輯的關(guān)鍵。再次，學(xué)生基于實(shí)驗(yàn)記錄進(jìn)行深入的數(shù)據(jù)分析，為最終得出結(jié)論提供實(shí)證基礎(chǔ)。最后，學(xué)生對(duì)程序進(jìn)行優(yōu)化，以此來(lái)驗(yàn)證結(jié)論的正確性，這一過(guò)程既鞏固了知識(shí)，也提升了學(xué)生的問(wèn)題解決能力。實(shí)驗(yàn)法在教學(xué)中的應(yīng)用，強(qiáng)調(diào)了理論與實(shí)踐的完美結(jié)合。它不僅要求學(xué)生親自操作，更強(qiáng)調(diào)他們?cè)趯?shí)驗(yàn)中反思，從而深入理解科學(xué)原理，形成對(duì)客觀規(guī)律的基本認(rèn)知。這種方法能有效促進(jìn)學(xué)生批判性思維的發(fā)展，培養(yǎng)他們解決復(fù)雜問(wèn)題的能力，為他們的未來(lái)學(xué)習(xí)和技術(shù)應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)為在數(shù)字時(shí)代背景下落實(shí)和發(fā)展既注重科學(xué)知識(shí)又強(qiáng)調(diào)技術(shù)技能的信息科技課程開辟了新的教學(xué)路徑。

參考文獻(xiàn)：

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(zhǎng)熊璋教授[J].中國(guó)信息技術(shù)教育，2022（09）：4-7.