五年級“身邊的算法”教學(xué)指南設(shè)計(jì)思路解讀

摘要：五年級“身邊的算法”教學(xué)指南的核心在于通過系統(tǒng)化方法幫助學(xué)生理解和掌握算法的基本概念及其在日常生活中的應(yīng)用。本教學(xué)指南遵循思想性、以學(xué)生為中心、知識體系完整性、實(shí)踐與理論相結(jié)合等設(shè)計(jì)原則，通過貼近學(xué)生生活的實(shí)例和分層教學(xué)策略，強(qiáng)化學(xué)生的動(dòng)手能力和邏輯思維，旨在提升五年級學(xué)生的算法理解力和實(shí)際應(yīng)用能力。關(guān)鍵詞：算法；跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)；項(xiàng)目式學(xué)習(xí)；實(shí)踐操作；信息倫理；數(shù)字素養(yǎng)與技能從20世紀(jì)80年代初期的“計(jì)算機(jī)課程”到今天的“信息科技課程”，我國中小學(xué)信息技術(shù)教育在發(fā)展過程中經(jīng)歷了重大的轉(zhuǎn)變。這不僅是名稱的變化，更是教育理念和技術(shù)內(nèi)涵的跨越。尤其是“信息技術(shù)課程”向“信息科技課程”的轉(zhuǎn)變，意味著該課程首次具有了獨(dú)立的課程標(biāo)準(zhǔn)、由地方課程上升為國家課程。這標(biāo)志著該學(xué)科從綜合實(shí)踐活動(dòng)課程中獨(dú)立出來成為一門正式的科學(xué)課程。這一轉(zhuǎn)型不僅順應(yīng)國家科教興國與人才強(qiáng)國戰(zhàn)略的布局，也是時(shí)代發(fā)展的必然結(jié)果，具有里程碑式的意義。這一變革為中小學(xué)教師帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。課程內(nèi)涵的變化要求教師不僅調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，更要更新教學(xué)觀念，以符合新的課程理念和改革精神。在此背景下，教育部組織編寫的《義務(wù)教育信息科技教學(xué)指南》為教師提供了系統(tǒng)支持。本教學(xué)指南旨在幫助教師深入理解課程標(biāo)準(zhǔn)，并通過具體指導(dǎo)，支持教師構(gòu)建“數(shù)字素養(yǎng)與技能”內(nèi)容體系，是教師教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施的重要資源?！读x務(wù)教育信息科技教學(xué)指南身邊的算法五年級全一冊》（以下簡稱“五年級教學(xué)指南”）專為五年級教師設(shè)計(jì)，在內(nèi)容選擇上堅(jiān)持“以學(xué)生為中心”的原則，注重理論與實(shí)踐相結(jié)合，強(qiáng)調(diào)通過實(shí)踐體驗(yàn)加深學(xué)生對算法的理解。選擇的案例特別考慮到五年級學(xué)生的生活經(jīng)歷、認(rèn)知特點(diǎn)和發(fā)展需求，旨在通過貼近生活的實(shí)例幫助學(xué)生初步了解算法的概念、作用及其應(yīng)用。本教學(xué)指南的設(shè)計(jì)著重培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)思考問題、邏輯推理以及創(chuàng)造性解決問題的能力。這些是在現(xiàn)代社會和日常生活中不可或缺的能力。一、設(shè)計(jì)原則思想性原則：通過算法學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的信息意識，幫助他們認(rèn)識到算法在現(xiàn)代社會中的重要性和影響力。思想性原則貫穿教學(xué)設(shè)計(jì)始終，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)利用算法思維解決問題的能力。以學(xué)生為中心原則：根據(jù)五年級學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，將復(fù)雜問題簡單化，循序漸進(jìn)地引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識算法。知識體系完整性原則：涵蓋算法的基礎(chǔ)知識，包括算法描述、驗(yàn)證與實(shí)現(xiàn)等。實(shí)踐與理論相結(jié)合原則：算法教學(xué)應(yīng)當(dāng)緊密結(jié)合實(shí)踐操作，讓學(xué)生在動(dòng)手過程中理解算法的基本原理及其應(yīng)用場景?？茖W(xué)性與先進(jìn)性原則：結(jié)合現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展，介紹前沿的算法應(yīng)用。趣味性原則：通過有趣的游戲、案例激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。靈活性原則：提供多種學(xué)習(xí)活動(dòng)，以便教師根據(jù)實(shí)際情況選擇，靈活調(diào)整教學(xué)計(jì)劃。可持續(xù)性原則：培養(yǎng)學(xué)生的持續(xù)學(xué)習(xí)能力和適應(yīng)信息社會所需的數(shù)字素養(yǎng)與技能。互動(dòng)性原則：注重師生間、生生間的互動(dòng)交流，促進(jìn)共同學(xué)習(xí)。二、內(nèi)容結(jié)構(gòu)五年級教學(xué)指南共30課時(shí)，分為8個(gè)單元，每個(gè)單元包含3～5課時(shí)。本教學(xué)指南的設(shè)計(jì)充分考慮了學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，明確了五年級學(xué)生應(yīng)該掌握的知識和技能，如算法的基本結(jié)構(gòu)（順序、分支、循環(huán)）、描述算法的方法（自然語言、流程圖）、驗(yàn)證算法的過程等，并提出了對學(xué)生解決實(shí)際問題的期望。從內(nèi)容結(jié)構(gòu)角度來看，本教學(xué)指南圍繞“算法”主題，以學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，通過引入身邊的算法案例，利用任務(wù)活動(dòng)循序漸進(jìn)地幫助學(xué)生認(rèn)識和理解算法的基本概念、結(jié)構(gòu)、描述方法，以及應(yīng)用算法解決問題的基本流程等內(nèi)容。五年級教學(xué)指南采用雙線并進(jìn)的方式展開：一條線圍繞學(xué)習(xí)目標(biāo)，以學(xué)習(xí)活動(dòng)的形式展開；另一條線以同步跟進(jìn)的方式指導(dǎo)教師教學(xué)。學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)貼近生活，幫助學(xué)生直觀感受算法在實(shí)際生活中的普遍性和重要性。每個(gè)單元都設(shè)有“算法驗(yàn)證與實(shí)現(xiàn)”環(huán)節(jié)，要求學(xué)生通過運(yùn)行、修改、調(diào)試程序來驗(yàn)證算法。這不僅讓學(xué)生認(rèn)識到程序的價(jià)值，還讓他們通過程序驗(yàn)證自己設(shè)計(jì)的算法，增強(qiáng)學(xué)習(xí)的自信心。本教學(xué)指南各單元依次遞進(jìn)，邏輯上相互銜接，幫助學(xué)生從初步認(rèn)識算法開始，逐步學(xué)習(xí)如何描述算法，并應(yīng)用算法解決簡單問題。隨著學(xué)習(xí)的深入，學(xué)生將接觸到更為復(fù)雜的算法結(jié)構(gòu)，并有機(jī)會通過編程實(shí)踐驗(yàn)證算法的效果（見表1）。最終，學(xué)生不僅能掌握基本的算法知識，還能應(yīng)用算法解決實(shí)際問題，特別是人工智能領(lǐng)域的問題。三、教學(xué)策略（一）基于認(rèn)知特點(diǎn)設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)五年級教學(xué)指南注重學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展特點(diǎn)，通過簡化問題規(guī)模引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識算法，同時(shí)提供分層教學(xué)設(shè)計(jì)，以滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。本教學(xué)指南還強(qiáng)調(diào)了算法驗(yàn)證與實(shí)現(xiàn)的重要性，鼓勵(lì)學(xué)生通過修改程序的關(guān)鍵參數(shù)等方式來驗(yàn)證算法?？紤]到五年級學(xué)生抽象思維能力還有待提高，本教學(xué)指南的教學(xué)設(shè)計(jì)盡量避免復(fù)雜的理論講解，而是通過生活中的實(shí)例讓學(xué)生理解算法的基本原理。例如，在學(xué)習(xí)桶排序算法時(shí)，教師先引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)建桶、確定桶的區(qū)間范圍和數(shù)量，然后將數(shù)據(jù)逐個(gè)放入對應(yīng)的桶中，接著對每個(gè)桶內(nèi)的數(shù)據(jù)排序，最后按照桶的順序把數(shù)據(jù)組合起來。經(jīng)歷了這個(gè)過程，學(xué)生不僅學(xué)會了桶排序算法的具體步驟，還理解了分治思想，并能夠在面對實(shí)際問題時(shí)應(yīng)用這種算法。例如，學(xué)校組織活動(dòng)時(shí)，學(xué)生可以借用桶排序的思想來分配不同年級的車輛和座位，使資源配置更加合理。這一案例不僅符合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，也充分體現(xiàn)了思想性原則和實(shí)踐與理論相結(jié)合原則。（二）重視分層教學(xué)與彈性學(xué)習(xí)活動(dòng)五年級教學(xué)指南提供多個(gè)學(xué)習(xí)活動(dòng)選項(xiàng)，教師可根據(jù)課時(shí)和學(xué)生情況選擇適合的教學(xué)內(nèi)容。這種靈活性設(shè)計(jì)有助于滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，確保每名學(xué)生都能在適合自己的水平上取得進(jìn)步。如在進(jìn)行“算法驗(yàn)證與實(shí)現(xiàn)”時(shí)，教師可以根據(jù)能力水平將學(xué)生分為三個(gè)層級進(jìn)行指導(dǎo)。對于初學(xué)者，教師可以讓學(xué)生運(yùn)行簡單的算法程序，讓他們體驗(yàn)到成功的喜悅。對于有一定基礎(chǔ)的學(xué)生，教師可以提供大部分代碼，讓學(xué)生理解算法的整體框架，并要求他們完善部分細(xì)節(jié)。對于進(jìn)階學(xué)生，教師可以提供較為復(fù)雜的算法程序，指導(dǎo)學(xué)生通過修改關(guān)鍵語句或調(diào)整參數(shù)來觀察算法的不同表現(xiàn)。這樣既能滿足不同層次學(xué)生的需求，又能確保每名學(xué)生都在適合自己的水平上逐步提高，體現(xiàn)了以學(xué)生為中心的原則。（三）強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)和項(xiàng)目式學(xué)習(xí)算法學(xué)習(xí)與數(shù)學(xué)、物理等其他學(xué)科內(nèi)容的結(jié)合，可以讓學(xué)生認(rèn)識到算法不僅是信息技術(shù)領(lǐng)域的知識，而且是一種普遍適用的問題解決工具。五年級教學(xué)指南在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了將信息科技與其他學(xué)科內(nèi)容結(jié)合，以達(dá)到提升學(xué)生綜合應(yīng)用能力的目的。其設(shè)計(jì)思路主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。1.緊密聯(lián)系學(xué)生的日常生活設(shè)計(jì)內(nèi)容，如交通出行、在線購物等，讓學(xué)生意識到信息科技就在身邊，并理解算法是如何在日常生活中發(fā)揮作用的。2.融合多學(xué)科知識設(shè)計(jì)項(xiàng)目，不僅包括信息科技的內(nèi)容，還涉及了數(shù)學(xué)、物理、音樂、美術(shù)等多個(gè)學(xué)科。例如，交通信號燈控制算法可與數(shù)學(xué)中的數(shù)據(jù)分析融合，圖像識別技術(shù)可與藝術(shù)創(chuàng)作中的算法應(yīng)用融合。3.強(qiáng)化實(shí)踐操作。通過編程驗(yàn)證算法等實(shí)踐操作，學(xué)生可親身體驗(yàn)運(yùn)用算法解決問題的過程，加深對算法原理的理解。例如，第一章“無處不在的算法”第26頁的案例通過介紹數(shù)字地圖中的導(dǎo)航功能，解釋了算法如何幫助人們分析交通狀況、距離和預(yù)計(jì)時(shí)間，從而提供最優(yōu)路徑建議。此案例融合了地理知識和數(shù)學(xué)中的優(yōu)化理論，幫助學(xué)生理解算法在解決實(shí)際問題中的作用。再如，同一章第27頁的案例展示了圖像識別技術(shù)在刷臉進(jìn)校園、車牌識別等多個(gè)場景中的應(yīng)用。通過這些案例，學(xué)生不僅學(xué)到了計(jì)算機(jī)視覺的基礎(chǔ)知識，還了解了算法在提高社會安全方面的作用。這些案例都表明，本教學(xué)指南重視信息科技與其他學(xué)科知識的融合，以期幫助學(xué)生建立跨學(xué)科的知識聯(lián)系，提升他們解決實(shí)際問題的能力。（四）重視實(shí)踐操作與驗(yàn)證五年級教學(xué)指南設(shè)計(jì)了“算法驗(yàn)證與實(shí)現(xiàn)”的環(huán)節(jié)，建議教師讓學(xué)生通過編寫程序來驗(yàn)證算法的正確性。例如，在學(xué)習(xí)BMI指數(shù)計(jì)算時(shí)，學(xué)生需要編寫程序?qū)崿F(xiàn)BMI指數(shù)的計(jì)算，并通過輸入不同數(shù)據(jù)來驗(yàn)證算法。本教學(xué)指南鼓勵(lì)學(xué)生動(dòng)手操作，如通過生成式人工智能生成詩歌或圖像，體驗(yàn)算法在創(chuàng)意表達(dá)中的應(yīng)用。這樣的實(shí)踐活動(dòng)不僅增強(qiáng)了學(xué)生的動(dòng)手能力，還激發(fā)了他們對算法的興趣。（五）建立多元化的評價(jià)機(jī)制五年級教學(xué)指南中的評價(jià)建議可以作為一個(gè)引導(dǎo)性的案例，主要幫助教師明確如何通過設(shè)定具體的學(xué)習(xí)目標(biāo)，結(jié)合學(xué)生自評與教師評價(jià)的方式評估學(xué)生對算法相關(guān)知識點(diǎn)的理解程度、應(yīng)用能力和團(tuán)隊(duì)合作表現(xiàn)。這些評價(jià)方法有助于教師全面了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，并據(jù)此調(diào)整教學(xué)策略。當(dāng)然，更重要的是，教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生情況設(shè)計(jì)更豐富的、多元化的評價(jià)方式。本教學(xué)指南建議學(xué)習(xí)目標(biāo)與評價(jià)內(nèi)容保持一致。以第二單元“算法結(jié)構(gòu)與描述”為例，該單元學(xué)習(xí)目標(biāo)包含了學(xué)生應(yīng)該掌握的知識點(diǎn)，如認(rèn)識流程圖中每種圖框的含義，知道順序結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)的描述方法等。評價(jià)建議中則詳細(xì)列出了學(xué)生自評和教師評價(jià)的具體指標(biāo)，如明確算法的基本流程、知道并能描述順序結(jié)構(gòu)、知道并能描述分支結(jié)構(gòu)及其判斷條件等。nxr9BsIhY+4fY+B6sZf1VA==（六）培育信息倫理五年級教學(xué)指南重在落實(shí)核心素養(yǎng)要求，特別是在不同單元中滲透了與信息倫理相關(guān)的教育內(nèi)容，旨在培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)字公民意識和社會責(zé)任感。例如，第一單元“無處不在的算法”鼓勵(lì)學(xué)生感受信息科技在獲取與處理信息方面的優(yōu)勢，以及算法在信息處理過程中的作用。學(xué)習(xí)搜索引擎工作機(jī)制的活動(dòng)在幫助學(xué)生了解算法如何提高搜索效率的同時(shí)，也讓他們認(rèn)識到算法在信息篩選方面的影響。在介紹算法的各種應(yīng)用時(shí)，本教學(xué)指南強(qiáng)調(diào)了算法在智能設(shè)備解鎖、人臉識別、短視頻網(wǎng)站推薦等方面的應(yīng)用。這些應(yīng)用雖然便利，但也涉及隱私保護(hù)和個(gè)人信息安全的問題。通過這些實(shí)例，學(xué)生理解了算法運(yùn)用背后的社會責(zé)任，明白了在享受技術(shù)帶來便利的同時(shí)也要關(guān)注個(gè)人信息安全。再如，在第六單元“快速遍歷數(shù)據(jù)”中，學(xué)生通過枚舉法遍歷數(shù)據(jù)的實(shí)例，了解到數(shù)據(jù)處理的重要性。在實(shí)際應(yīng)用中，無論是破解密碼鎖還是解答雞兔同籠問題，它們都涉及數(shù)據(jù)的合法獲取與合理使用。學(xué)生不僅要學(xué)會如何有效地處理數(shù)據(jù)，更要懂得尊重?cái)?shù)據(jù)隱私。四、數(shù)字化資源五年級教學(xué)指南和配套數(shù)字化資源強(qiáng)調(diào)開放性和靈活性，鼓勵(lì)教師根據(jù)本地實(shí)際情況進(jìn)行二次開發(fā)，以滿足不同地區(qū)、不同學(xué)校的需求。這種開放式的資源建設(shè)模式有利于促進(jìn)教育的均衡發(fā)展，整體提升教學(xué)質(zhì)量。本教學(xué)指南為每一課提供了教學(xué)課件，課件的設(shè)計(jì)體現(xiàn)了以學(xué)生為中心的教學(xué)理念，并將其作為基本的數(shù)字化教與學(xué)資源提供給師生，有利于師生開展個(gè)性化、分層次的教與學(xué)。本教學(xué)指南強(qiáng)調(diào)“算法驗(yàn)證與實(shí)現(xiàn)”的重要性，提供了豐富的實(shí)驗(yàn)程序或半成品程序，既充分體現(xiàn)了數(shù)字化學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，又突出了信息