始于模擬，觸達身邊算法

摘要：本文從模擬事物、建構項目、分解問題、抽象建模、創新優化、量規評價六個方面論述“模擬身邊事物”教學法在“身邊的算法”模塊中實施的有效性，并結合課例闡述了具體的實施策略。

關鍵詞：模擬事物；算法教學；計算思維

中圖分類號：G434" 文獻標識碼：A" 論文編號：1674-2117（2025）07-0000-03

算法作為《義務教育信息科技課程標準（2022版）》（以下簡稱“新課標”）中的六大邏輯主線之一，貫穿整個課程體系。在小學階段，算法教學的目標是“初步了解算法的基本概念，掌握簡單的算法思想，并能夠運用算法解決實際問題”。因此，筆者根據自己的教學實踐，提出利用“模擬身邊事物”教學法來實施“身邊的算法”模塊的教學，讓學生利用算法來解決生活中真實且有趣的問題，進而提升計算思維。

模擬事物，提煉算法實例

模擬身邊事物，是指用程序設計的方式來模擬身邊的事物，從而讓學生圍繞真實問題設計算法、實現功能、創新表達。身邊的事物蘊含著人類生活的智慧，這樣的探究易于激發學生的好奇心，有利于實現深度學習。那么，如何選取適合的事物開展模擬事物教學？筆者認為既要考慮學生的學情，又要關注事物中蘊含的算法價值。例如，時鐘對學生來說很常見，學生熟悉時針、分針、秒針的運動規律。因此，如何通過設計時鐘指針的運動算法，實現模擬時鐘這一任務，對學生而言既熟悉又富有挑戰性。又如，現在大多數餐廳都引入了電子點單系統，可以讓學生設計電子點單算法，探究計算機關于數據“增、刪、查、改”的邏輯，進而促進其計算思維的發展。

建構項目，探秘科技之道

教師在設計探究項目時，應挑選既具有實踐操作性，又能體現信息科技科學性的主題。這樣的項目不僅能激發學生對程序設計的熱情，還能加深他們對信息科技原理的理解，這也是信息科技實驗教學所倡導的。通過模擬身邊的事物，學生可以在動手實踐中了解信息科技的基礎原理，培養問題解決和創新思維能力。這種教學方法旨在通過實際操作讓學生深刻體會信息科技的學科魅力，落實“科”與“技”并重，提升核心素養。

以“不同類型的信息是如何通過編碼在計算機中存儲”的探究主題為例，筆者設計了兩個寓教于樂的項目——“模擬點陣屏”和“模擬鋼琴”。這兩個項目不僅讓學生在實踐中學習編碼的基本概念，還幫助他們理解計算機存儲信息的基本原理。在“模擬點陣屏”項目中，筆者首先引導學生使用圖形化編程工具中的克隆功能，創建一個10×10的虛擬像素點陣屏。隨后，提出了一個挑戰性的問題：如何保存這些精心設計的像素畫？通過引導學生思考，師生共同制訂了將每個像素點的亮暗狀態用二進制數字1和0來表示的編碼方案。學生利用列表數據結構將這些二進制數存儲起來，從而直觀地體驗了計算機中位圖存儲的原理。在“模擬鋼琴”項目中，學生也遇到了如何存儲彈奏歌曲的問題，通過類比學習，學生將彈奏的音符通過編碼的方式存儲在列表中，順利解決了問題，這一過程不僅實現了模擬鋼琴的錄音功能，還讓學生體會到了聲音信息的數字化存儲原理。這兩個項目通過動手實踐的方式，讓學生在樂趣中學習編碼，同時深入理解了計算機數字化存儲。

分解問題，驅動算法設計

在利用計算機模擬身邊事物的過程中，學生不可避免地會面臨一系列復雜問題。在課堂教學中，教師要注重引導學生將大問題分解為小問題，這是驅動學生算法設計的關鍵。每個問題的引出都需要有真實情境使其富有探究意義，每個問題的解決都需要有學科內容使其更具探究深度。具體來說，教師需要深入理解計算機科學的核心內容，精準把握教學中的重點與難點。將問題拆解絕不是單一的拆分，而應從學科視角出發，理清問題之間的邏輯關系，構建起一條清晰的問題鏈。學生在解決問題的過程中，不僅能夠逐步掌握計算機科學的基本原理和應用技能，還能了解信息學科的思維方式，為未來的學習和創新打下堅實的基礎。

在“模擬電子點單”項目中，學生結合自己的生活經驗能夠說出電子點單的基本功能，但并不能從數據存取的學科角度來理解。因此，筆者通過顧客點單、顧客點錯單、顧客買單的情境線引出了存儲點單數據、刪除錯誤數據、讀取數據并計算的問題（如下圖），讓學生從情境中發現點單功能急需解決的問題，引導學生從數據角度思考問題，逐個突破難點，從而提升學生的計算思維。在整個課堂教學中，學生在問題鏈的驅動下自主設計算法，制作出了模擬點單程序，在解決問題的過程中領略了學科魅力。

抽象建模，設計模擬算法

模擬身邊的事物的關鍵在于算法的設計，而設計模擬算法需要有抽象建模的能力，這也是計算思維培養的重要內容。抽象的模型應從具體的實例中提煉、總結而來。在實際的教學中，教師不應直接將現有的抽象模型灌輸給學生，而應當給予學生充分的時間去探究、去類比，讓學生在觀察類比中發現規律，利用規律提煉出抽象模型，進而形成算法的設計思路。

在“模擬時鐘”項目中，為了讓學生建立秒針旋轉的算法模型，筆者讓學生觀察圖形化編程中“面向方向指令”與“秒針旋轉角度”之間的關系，當學生發現兩者的一致性后，進一步引導學生思考秒數與角度的數學規律。在這樣的過程中，大部分學生逐步構建出秒針同步旋轉的抽象模型，對秒針旋轉算法的設計與實現也就水到渠成。此外，一旦學生掌握了秒針旋轉算法，筆者便可讓其類比設計分針、時針的算法程序，達到舉一反三的教學效果。

優化創新，深化素養達成

模擬身邊的事物有較強的拓展性，模擬事物教學的最終目的不是要學生模擬出作品本身，而是培養學生的素養。隨著學生計算思維的不斷提升，教師應該關注學生的創新素養。筆者通常會采用三個層次的標準：首先是“形似”，即學生能夠準確捕捉并模擬出對象的基本特征；其次是“神似”，學生不僅模擬出對象的基本特征，還能對細節進行優化，使作品更加生動和精細；最后是“超越”，學生在模擬的基礎上加入自己的創新元素，從而超越了單純的模仿，展現出獨特的創意和個性。在實際的教學過程中，筆者鼓勵學生不斷挑戰自我，追求更高層次的創作。通過這樣的過程，學生的探究欲望和創作熱情被不斷激發，計算思維和創新素養也隨之提升。

在“模擬時鐘”項目中，學生能夠模擬出顯示當前時分秒的時鐘即為“形似”；能夠解決時針、分針的整點跳動問題，優化細節實現時針、分針的連續轉動則為“神似”；在模擬時鐘的基礎上，創造性制作個性化時鐘、實用性功能則為“超越”。在實際的課堂教學中，大多數學生都成功達到了“神似”，他們不僅模擬出了時鐘的基本功能，還在細節上做了優化。

量規評價，實現學評一體

模擬身邊的事物是學生探索編程和算法的有效途徑，它能夠培養學生解決問題的能力，激發創造力。然而，學生的作品并不是衡量學習成效的唯一尺度。在教學中，教師既要有重視學生作品的完成度，也要重視學生的學習過程。通過制訂一份全面的評價量表，教師可以更準確地捕捉學生在項目中的學習進展，從而提供及時的反饋和指導。

基于模擬身邊事物的教學方法，筆者從“作品達成度”“算法應用”“過程性評價”三個維度設計了評價量規，如上表所示。“作品達成度”關注作品模擬的效果，“算法應用”聚焦計算思維的評價，“過程性評價”強調學生的學習過程與方式。通過這三個維度的評價引導學生自評與互評，幫助學生及時了解自己與其他學生的學習狀況，調整學習方式方法，進而有效落地學科核心素養。

結束語

模擬身邊的事物是一種理論聯系實際的教學方法，這種方法將抽象的算法知識轉化為具體、直觀的實例，使學生能夠從生活的角度去理解算法的原理。學生模擬事物的過程就是用學科知識建構數字作品的過程，他們會經歷發現問題、分析問題、解決問題的全過程，在這個過程中計算思維能得以深化。這種教學方法能夠啟發學生運用計算科學去發現和探索生活中的真實且有趣的問題，引導學生用計算思維去嘗試解決問題，激發學生用創新思維去改造身邊的事物。學生通過模擬到超越模擬的過程，能體會科學與技術的價值，并為未來在信息科技領域的探索和創新奠定堅實的基礎。

參考文獻：

謝勝斌.初中信息科技實驗探究教學實踐與思考[J].中國信息技術教育，2024（13）：59-61.