行為體驗：身邊的算法大單元生活設計

摘要：本文基于《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》進行算法行為學習的大單元分析，并結合“身邊的算法”單元設計“菜博會”大單元情境下的三個項目，展示如何引導學生通過抽象、分解、建模、迭代來解決問題，加深學生對算法的理解，落實學生核心素養(yǎng)。

關鍵詞：大單元；算法；行為體驗

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2024）13-0024-03

人工智能時代下的小學信息科技課程，不僅需要培養(yǎng)學生對基本概念、基本原理的理解和認識，而且要引導學生將知識遷移運用到實際生活中，關注學生生活行為體驗，使其真正做到“學以致用”。在真實情境中解決問題往往涉及多種算法的綜合運用，而以課時為單位的教學會人為將知識割裂。為了有效解決這一問題，筆者以“身邊的算法”單元為例，從學科單元視角出發(fā)設置大情境，旨在探討如何在小學信息科技課程中將學生日常生活與算法緊密結合，培養(yǎng)學生的計算思維。

算法行為學習的大單元內容分析

《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）中提出：具備計算思維的學生，能對問題進行抽象、分解、建模，并通過設計算法形成解決方案；能嘗試模擬、仿真、驗證解決問題的過程，反思、優(yōu)化解決問題的方案，并將其遷移運用于解決其他問題。泰山版信息科技六年級中的“身邊的算法”大單元學習目標緊密貼合新課標的要求：一是理解算法概念，從生活具體場景中抽象出算法過程；二是將計算思維應用到現實中以解決具體問題。筆者根據本單元學習目標，以壽光菜博會為大情境設計了三個微項目：微項目1“購買門票方案擇優(yōu)”、微項目2“規(guī)劃最優(yōu)游覽路線”、微項目3“交通算法迭代改進”。三個微項目都是真實情境下的真實問題，有助于從學生生活行為體驗出發(fā)，培養(yǎng)計算思維。六年級學生認知水平處于從具象思維向抽象思維過渡的時期，他們具備一定的生活經驗，在五年級學習算法相關知識的基礎上，初步具備歸納抽象算法的能力，本單元側重于算法的應用實踐。基于此，筆者繪制了三個微項目的思維導圖（如下頁圖）。

算法行為學習的大單元項目設計

1.情境創(chuàng)設

對于本市的學生來說，菜博會作為文化符號已經融入生活。因此，筆者將菜博會納入課程設計的大情境，以增強與學生日常生活的相關性。通過將算法學習與菜博會的實際運營相結合，來深化學生對算法原理的理解，并激發(fā)他們對經濟事件的興趣。

2.項目設計

微項目1：購買門票方案擇優(yōu)

為拓展學生視野，學校計劃組織五年級3班的學生和教師參觀菜博會，共有25名學生和3名教師自愿參加。門票分為三種：成人票每張50元，學生票每張35元，10人及以上團體票每人40元。需要計算不同的購票組合及其總成本。

任務一：枚舉購票方案。

教師活動：出示要求，要求學生小組討論并制訂購票方案，枚舉出所有可能的方案。

學生活動：小組討論、分析所有可能的方案。方案一：為所有學生和教師分別購買學生票和成人票。方案二：為所有人購買團體票。方案三：結合學生票、成人票和團體票，嘗試找到成本最低的組合。

菜博會購票可采用枚舉算法，把所有可能的解決方案一一列出。對于較小的問題規(guī)模，這種方法是可行的。

任務二：分解問題，優(yōu)化算法。

教師活動：請學生思考三種方案中的20種組合哪種組合花費最低，并出示已經填好的表格讓學生觀察，要求討論方案三中總金額與學生票數之間有什么關系，說出規(guī)律，設計求解方案三中最小總金額的算法。

學生活動：小組觀察表格并探究總金額與學生票數之間的關系，根據教師提示得出求解方案三中最小金額的算法。

本環(huán)節(jié)旨在利用學生對枚舉算法的了解，通過方案三的最小總金額問題，引導他們發(fā)現并利用數值規(guī)律；通過構建問題鏈，指導學生得出更高效的解題策略，從而深刻體驗算法優(yōu)化和迭代過程的實用性與趣味性。

任務三：補全流程，驗證程序。

教師活動：請學生思考三種方案中哪種方案花費最少并用程序驗證。提供資源包，要求學生補全流程圖，并使用“支架”程序，拼接驗證。

學生活動：根據要求補全流程圖，完善程序。

本環(huán)節(jié)旨在簡化問題，利用流程圖輔助，降低問題復雜度，幫助學生更清晰地把握算法邏輯，確保程序驗證能順暢執(zhí)行。

微項目2：規(guī)劃最優(yōu)游覽路線

菜博會每年都舉行，作為熱愛家鄉(xiāng)的小學生，應力所能及地為菜博會貢獻力量。教師展示菜博會招聘公告，組委會正面向全市六年級學生招聘“綠色小導游”。

任務一：熱身活動，做好知識鋪墊。

教師活動：扮演組委會，出示面試題。

學生活動：根據要求，在任務單中填寫內容，回答提問。

此環(huán)節(jié)識圖辨方向融合五年級數學《方向和位置》，為讀懂地圖做好知識鋪墊。

任務二：規(guī)劃參觀，選擇最優(yōu)線路。

教師活動：明確規(guī)則，要求學生以導游身份規(guī)劃一條不重復參觀四個場館的路線，并在地圖上標示出最佳游覽路線。

學生活動：在任務單上標記三條不重復的游覽路線，并在地圖上標注。通過小組合作，用自然語言交流各自的算法思路。

本任務旨在培養(yǎng)學生通過實踐探索和比較，自主確定最優(yōu)游覽路線，以深化對計算思維的理解和應用。

任務三：迭代算法，模擬救援。

教師活動：（出示模擬救援任務）二號廳到入口道路臨時封閉，導致老奶奶迷路無法返回，此時距離發(fā)車還有15分鐘，規(guī)劃最優(yōu)線路快速找到老奶奶，安全送回。注意，地圖中每移動一格，需要1分鐘。請同學們討論營救方案，并把流程圖補充完整，根據流程圖制作程序。

學生活動：小組討論，制訂營救方案，找到最優(yōu)解。

此環(huán)節(jié)旨在通過模擬緊急情境，讓學生實踐優(yōu)化算法。學生需在限定時間內找到救援路線，體會算法選擇對問題解決的重要性，從而鍛煉解決實際復雜問題的能力。

微項目3：交通算法迭代改進

針對菜博會日益增長的游客量而產生的擁堵問題，請學生分析擁堵原因，并運用算法提出改善人流管理的策略，如調整入場時機、行進速度和游客分布，以優(yōu)化游覽體驗。

任務一：從生活出發(fā)，發(fā)現問題。

教師活動：出示問題，在規(guī)劃游覽線路時，在三條可選的場館游覽路徑中，大部分學生選擇路徑最近的兩條。通過播放菜博會現場視頻可以看出，由于這兩條路徑選擇的人數較多，它們反而成了最擁堵的線路，嚴重影響參觀體驗。請學生從路線選擇角度，分配合理路線解決擁堵問題。

參觀規(guī)定：每個導游一次只帶一個團出發(fā)，每個場館只能參觀一次，一條線路的參觀時間限定為20分鐘。

學生活動：合作探究，討論緩解擁堵的方法，并從選線路角度給出合理化建議。

本任務旨在通過實際的擁堵問題激發(fā)學生的認知沖突，使其體驗解決現實問題的復雜性。

任務二：設計算法，解決問題。

教師活動：通過視頻展示銀行和醫(yī)院使用的叫號系統，啟發(fā)學生思考如何設計一個類似的“叫號”程序來分散菜博會的客流壓力。該程序的目標是通過分時段引導團隊入場，緩解擁堵。為加深對算法執(zhí)行的理解，引導學生進行角色扮演，xjrN2XM5nVZ4tubNi9BbWQ==模擬程序運作：一名學生代表叫號系統，其他學生代表導游，教師模擬計時器。在模擬中，每20秒代表20分鐘的等待時間，叫號系統依次為導游分配線路，直至出現等待情況。

學生活動：在教師的指導下，參與討論并明確軟件的基本需求。首先，程序應能自動識別并分配空閑線路中編號最小的一條；其次，當所有線路繁忙時，應顯示“場館擁堵，請等待20分鐘”的信息；最后，設定每條線路的游覽時間為20分鐘，并在時間結束后將其更新為空閑狀態(tài)。

本環(huán)節(jié)采用演示法來加深學生的認識。在程序設計階段，通過設置問題鏈引導學生逐步攻克算法難題。

教師活動：出示算法演示動畫，請同桌用語言互相描述算法流程。

學生活動：根據要求完成具體任務，小組合作探究，自然語言描述算法。

將身邊的算法通過演繹、轉化逐步抽象為數學問題，注重學生行為體驗研究。

任務三：設計程序，完成算法驗證。

教師活動：提供“叫號”程序半成品，要求學生完善程序，解決擁堵問題。

學生活動：根據任務要求，完成程序拼接。

結束語

雖然課堂內模擬真實情境存在局限，但大單元教學模式通過將算法與生活實踐相結合，提供了新的學習視角。大單元教學模式下的算法教學是對傳統教學的有效補充，它不僅提高了學生的信息科技素養(yǎng)，更在全面提升學生綜合素養(yǎng)方面發(fā)揮了重要作用。

參考文獻：

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