【真实情境】一等奖小学信息科技论文 | 基于真实问题情境的算法教学设计与应用——以《算法认识与体验》为例

基于真实问题情境的小学算法教学设计与应用

——以《算法认识与体验》为例

摘要：在小学信息科技算法教学中，创设真实问题情境是激发学生学习兴趣、提升主动性及深化算法理解与应用的有效途径。正如陶行知先生所言：“生活即教育。”本文以义教指南五年级《身边的算法》模块中《算法认识与体验》一课的教学设计为例，以“远离小眼镜”为真实主题，通过“统计近视率”“AI创作课间图”等阶梯式任务，构建“生活情境—任务拆解—算法提炼—迁移应用”的教学路径，为小学算法具象化教学提供可复制的实践范式。研究表明，将算法知识融入学生熟悉的现实生活情境，能帮助学生理解算法概念、掌握基本流程，培养其运用算法思维解决实际问题的初步能力，进而提升计算思维素养。

关键词：真实问题情境；小学信息科技；算法教学；计算思维

数字化时代，信息素养成为现代公民的核心能力，小学信息科技教育的基础地位愈发凸显，而算法教学是其中的关键内容。《义务教育课程方案（2022年版）》明确指出：加强知识学习与学生经验、现实生活、社会实践之间的联系，注重真实情境的创设，增强学生认识真实世界、解决真实问题的能力。但传统小学算法教学存在明显局限。传统教学内容脱离生活，侧重抽象知识传授与机械训练；方法以灌输为主，学生被动接受，学习低效。这导致学生缺乏内驱力，对算法本质理解肤浅，难以迁移应用。例如讲解算法时仅停留在理论和例题层面，学生难感知其价值——这与小学生的认知特点直接冲突。小学生正处于具象思维向抽象思维过渡的关键期，更易理解直观事物，如何将抽象算法转化为适合其认知的内容，成为亟待解决的问题。

一、理论基础

（一）建构主义学习理论

建构主义学习理论强调，学习是学习者基于已有经验，在真实或模拟情境中通过交互实践主动建构新意义的过程，而非被动接受信息。这一观点呼应了杜威“教育即生活，学校即社会”的主张——教育需与真实生活紧密结合，让学生在亲身体验中实现发展。同时皮亚杰的认知发展理论也指出，儿童通过与环境的持续互动（同化与顺应），不断调整和完善自身的认知结构，且该阶段儿童的思维发展高度依赖具体经验与操作。在小学算法教学中，教师可通过创设生活化的问题情境（如“统计班级近视率”“设计公园购票算法”“玩猜数游戏”“组织班级投票”），将抽象的算法概念（步骤、流程、条件判断）转化为可操作的任务。学生在设计实际问题解决步骤的过程中，自然建立起抽象算法与具体经验之间的认知关联，从而主动建构对算法的深度理解。

（二）计算思维理论

计算思维作为信息科技学科的核心素养，是指运用计算机科学的基础概念（如分解、抽象、模式识别、算法设计）解决问题、设计系统及理解人类行为的系统性思维方式。在小学算法教学中，真实问题情境的嵌入是培养计算思维的有效途径。其核心要素包括：

分解：将复杂任务拆解为可管理的小步骤。例如“统计班级近视率”任务中，可分解为“收集全班人数→统计近视人数→计算百分比→结果展示”，引导学生分步解决复杂问题。模式识别：观察数据或流程中的规律性。如统计不同群体（男/女生）近视率时，学生可发现通用的计算模式“（某群体近视人数/该群体总人数）×100%”，提炼共性方法。抽象：忽略次要细节（如学生姓名、具体视力值），聚焦核心变量（总人数、近视人数）和通用逻辑（近视率公式），实现问题本质的提炼。算法设计：以清晰步骤描述解决方案。例如规划“输入数据→分类计数→公式计算→输出结果”的流程，形成可复用的操作序列。

通过真实问题（如近视率统计），学生经历“具体问题→抽象模型→通用算法”的思维进阶，既掌握了统计技能，又深化了对计算思维本质的理解——从具体案例中归纳方法论，为复杂算法学习奠定认知基础。这一过程契合问题驱动下，学生通过协作探究逐步内化计算思维的核心能力（如分解、算法设计），最终实现知识迁移与思维升华。

二、真实问题情境在小学算法教学中的应用优势

新课标强调，应通过创设真实问题情境，引导学生在解决实际问题中学习知识、应用知识，培养创新思维和实践能力。在小学算法教学中，采用真实问题情境教学法具有显著优势：

（一）激发学习兴趣与内在动机

当算法学习与学生实际生活紧密相连时，学生能直观感受算法的实用价值，认识到算法并非抽象符号，而是解决身边问题的有效工具，从而极大激发学习兴趣和内在求知欲。陶行知先生指出“教育通过生活产生作用”的理念在此得到体现。例如，“统计班级近视率”是学生关心且与自身健康相关的真实问题，任务的真实性可有效驱动他们投入探究。

（二）提升问题解决能力与实践能力

真实问题情境要求学生将所学算法概念（如步骤、流程）转化为解决实际问题的具体方案。这一过程迫使学生深入思考每个步骤的必要性和可行性，通过动手实践（如收集数据、使用工具计算）验证方案合理性，在“做”中深化理解，提升实践能力和问题解决能力。例如，在“运动会项目排序”任务中，学生运用类似“冒泡排序”的思想（比较相邻项目参赛人数，必要时交换顺序，多次迭代），根据场地和时间约束安排比赛顺序，是对排序算法思想的生动实践。

（三）促进知识深度理解与迁移应用

在真实情境中运用算法知识，能推动学生深入理解知识并实现迁移应用，需经历“具象操作→本质抽象→迁移验证”的认知闭环。例如，在二分法猜数教学中，学生通过对比随机猜（平均25次）与二分法（7次）的效率，结合纸质模拟、Python验证，可抽象出分治思想的核心：通过缩小问题规模高效求解。

三、教学案例设计：《算法认识与体验》

（一）教学背景

本节课选自义务教育信息科技课程五年级《身边的算法》模块第2课时。学生在日常生活中已有“步骤化”解决问题的初步经验，但尚未形成明确的“算法”概念。本课旨在通过贴近学生生活的真实情境，引导学生从经验中提炼算法概念，理解算法基本结构（输入—处理—输出），并用自然语言描述简单步骤。围绕“远离小眼镜”主题设计系列任务，旨在消除学生对算法的陌生感，建立算法与生活的联系，并渗透视力保护教育。

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