新课标视域下小学信息科技编程教学中实验法的应用

摘要：在新课程改革中，信息科技课程更加强调学科的科学属性，注重培养学生运用信息科技知识解决实际问题的能力，以及创新思维和科学精神。信息科技实验教学是实现这一目标的重要手段，同时，在发挥信息科技课程独特育人价值方面起到了不可替代的作用。

关键词：编程教学；算法；实验；阅读；调试

中图分类号：G434 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2024）19-0000-03

《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）中的“身边的算法”模块的教学提示“鼓励学生从多个方面熟悉程序，不要求每个算法问题都由学生编程实现，阅读理解、修改运行等也都是有意义的体验。可采用类似科学课程中观察实验的教学方法，这也是培养数字化学习与创新的一种实践”明确提出了“观察实验的教学方法”。实验教学法注重学生在实践中获得亲身体验、感受，这种体验是建立在真实的实验现象、实验数据、实验结论基础上的，学生通过观察、思考、调试、推导、编程验证等活动，感受知识的多维度，促进学习的真实发生。

实验教学是落实信息科技“科学”属性的关键手段

实验法即通过实践验证结论的方法，通过“提出问题、猜想与假设、制订计划设计实验、实验收集数据、分析论证、评估、合作交流”等实验步骤得出科学理论。信息科技课程强调学科的科学属性，注重培养学生运用信息科技知识解决实际问题的能力，以及创新思维和科学精神，而实验教学是实现这一目标的重要手段。实验教学应基于客观现实中的现象，以及学生进行观测和测量的数据，以问题作为教学的核心，引导学生积极探索、发现问题、分析问题，并提出合理的假设。在这个过程中，学生将搜集证据，进行逻辑推理，以证实他们的观点，从而获得知识。

开展实验教学，不仅能够帮助学生构建起信息科技与现实世界之间的联系，而且能显著提升他们应用信息科技解决实际问题的能力。在这种教学模式下，学生不仅能够直接感知信息科技的基本原理和广泛应用，还能在探索中培养自主学习能力以及团队合作与探究精神。显然，实验教学在发挥信息科技课程独特的育人功能上具有不可替代的重要作用。

实验教学法在编程教学中的具体实施策略

1.基于阅读感知系统，在猜想假设中提出问题

阅读程序是“化零为整”编程能力提升的重要策略，它能够帮助学生将分散的知识点整合起来，形成完整的知识体系。在编程教学中，阅读的作用不亚于写作中阅读的作用。写作需要通过广泛阅读来拓宽视野、积累素材，编程也依赖于大量的代码阅读来增加知识储备，进而将所学知识转化为实际应用。因此，面对编程中的难题和重点，可以采用逆向思维的方法，通过阅读来理解和掌握，即引导学生阅读优秀的代码，让他们在成品代码的熏陶下，感受知识的系统性和连贯性，这样的思维支架能够有效促进学生编程能力的提升。阅读的应用应该有针对性，它既可以用来深入解释和强调关键知识点，也可以用来帮助学生感知和理解相对复杂的程序。查找算法的内容对于五年级的学生来说是有难度的，大部分学生没有亲历过查找算法的编写过程，或者仅亲历过查找过程的生活现场。这时就可以让他们阅读程序，猜测与之匹配的生活现场。例如，在《查找算法的效率》一课中，笔者设计了阅读程序活动，让学生通过观察与猜测查找小达人小蜜蜂和查找小达人小猫的查找方式，感知查找方法的多样性，而方法不一样它们的工作效率也不一样，从而引出算法效率的探究必要性。

2.借助调试关注细节，在现象归因中得出结论

代码编写和程序调试是编程学习的“两条腿”，在实际教学中，代码编写是编程过程中常用的教学策略，但调试却常常被忽略。在软件系统的开发过程中，常常存在很多的错误，调试可以正向跟踪或者反向追溯，是定位错误点最直接、有效的办法。调试不光是代码编写过程中的自检手段，同时也能更好地观测程序的运行过程与执行效率。通过参数的修改以及功能项目的体验，学生能够逐步熟悉程序的结构和运行机制。这种由实践引导的理解过程有助于深化学生对编程逻辑的认识，逆向强化对程序本质的洞察，在学生学习其他功能系统的程序设计时可以产生促进作用。通过观察功能实现、程序编译、数据流向的全过程，学生的思维也跟随着程序的运行而流动与生发，进而有效促进高阶思维的培养。

例如，在《查找算法的效率》一课中，在学生阅读猜测程序的功能和效率后，笔者设计了调试程序观察执行过程的环节。链表在查找到某个数据时会出现闪烁的提示，学生通过观察不难发现：查找小达人小蜜蜂的工作方式链表数据单元是按顺序闪烁的，直到找到查找值；查找小达人小猫的工作方式链表数据单元是跳跃闪烁的。这个闪烁其实就是在查找这个数据单元的表现，小蜜蜂查找算法的方法叫做顺序查找，小猫查找算法的方法叫做二分查找。笔者让学生思考两种查找算法有什么不同，小蜜蜂和小猫工作效率是否一样，并数一数它们的查找次数。学生再次调试后发现，小蜜蜂查找次数多，小猫查找次数少，从而得出二分查找法效率更高的结论。

3.探索原理追根溯源，在分析推导中论证结论

新课标旨在培养学生的科学精神和探究态度，不仅让学生熟练使用现有的科技产品，更是要让他们深入掌握这些产品背后的科学原理和运作机制。通过探索这些原理，学生能够更加透彻地理解信息科技的实质，进而激发创新意识并增强解决问题的能力。在探究原理的过程中，教师可以引导学生依托问题链和学习单支架，正向推导算法的执行过程。这种方法不仅有助于学生深入理解理论知识，还能够让他们意识到算法源于生活，且在生活中有广泛的应用。只有通过深刻的理解和认知，才能在真实的生活情境中更加自如地将所学知识应用到实践中。

例如，在《查找算法的效率》一课中，笔者借助实验单搭建了一个学习支架。学生通过猜数字游戏映射的顺序查找与二分查找算法可以知道，每个算法都源于解决生活中的问题，算法的效率也源于高效地解决问题的生活需求。那么，算法的效率为什么高？高效的算法是怎么执行的？此时可以基于学习单支架，让学生在填写推导表格的同时代入算法的执行过程，感受二分算法查找高效的奥秘。通过对原理的探究，学生可以从表面的事实和技能学习中跳脱出来，进行深度学习，从而形成更加深刻和全面的知识结构，推动思维的拔节生长。

4.依托编程优化算法，在学以致用中提升效率

编程不仅是一种技能，更是一种促进高效、创新问题解决的思维习惯。通过自动化程序处理任务，能够减少对人力资源的依赖，实现问题解决的精准和效率的双重提升。通过多样化的视角来分析问题并寻找解决方案，能够促进不同知识点之间的相互联系，帮助学生实现知识点的融会贯通，促进学生在比较和分析多种解题方法中发现最有效的解决方案，拓宽思维视野，从而培养学生发散思维与创新思维。在算法效率探究实验中，其表象是比较算法，其本质是优化算法，编程是一种解决问题的策略，同样也是一种优化人为解决问题的方式，它的精准与高效相比人为统计更具优势。因此，在《查找算法的效率》一课的实验探究过程中，笔者让学生通过调试跟踪的方法统计两种查找算法的查找次数，并通过查找次数的多与少比较算法的效率。这种方法使学生在实验观察的过程中提高了查找算法的效率，在手动统计的过程中深挖了算法的原理。手动统计依靠人的计算，效率较低，而且学生的水平不一，得出的结果也存在一定的误差，因此，可以让学生思考有没有更高效的办法来比较算法的效率。学生会想到计时的办法，即用计时器计时。这时教师可以引出用编程优化统计算法，实现算法效率比较的实践操作。学生在真实的实验研究中体验到了解决问题的不同策略，感悟到了编程这种自动化解决问题的优势，再结合本课的查找算法效率比较，进一步认识到自动化算法也有效率。从认可编程到编程的优化意识，学生的数字素养也在实践中迭代上升。

结束语

在破解编程教学的重难点时，实验法展现出其独特的优势。首先，学生通过仔细阅读程序，在初步的运行和模糊构思中萌生了疑问和猜想，为深入学习打下基础。其次，学生通过缓慢执行并跟踪调试，细致观察了数据变化，这一步是理解程序逻辑的关键。再次，学生基于实验记录进行深入的数据分析，为最终得出结论提供实证基础。最后，学生对程序进行优化，以此来验证结论的正确性，这一过程既巩固了知识，也提升了学生的问题解决能力。实验法在教学中的应用，强调了理论与实践的完美结合。它不仅要求学生亲自操作，更强调他们在实验中反思，从而深入理解科学原理，形成对客观规律的基本认知。这种方法能有效促进学生批判性思维的发展，培养他们解决复杂问题的能力，为他们的未来学习和技术应用奠定坚实的基础。因此，实验教学为在数字时代背景下落实和发展既注重科学知识又强调技术技能的信息科技课程开辟了新的教学路径。

参考文献：

熊璋.“科”“技”并重：义务教育信息科技课程标准解读——访义教信息科技课标组组长熊璋教授[J].中国信息技术教育，2022（09）：4-7.