问题驱动的“身边的算法”教学设计与实施

摘要：本文以“猜数游戏”单元为例，探讨了《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》中的“身边的算法”模块的校本化实施。作者从课标分析、教学内容、学习对象、育人价值和设计思路五个维度，详细阐述了如何通过身边的算法，培养学生的计算思维和问题解决能力。

关键词：问题驱动；身边的算法；单元教学；猜数游戏

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

为了落实、落地、落细《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”），笔者研读新课标，参考各地教材资源，创编单元式课程，按照熊璋教授指出的“课程建设路径”[1]，不断迭代课程教学资源，以探究更加有效的数字素养课程教学。

课标分析

“身边的算法”是新课标第三学段（5～6年级）中的内容，包括算法的描述、算法的执行、算法的效率等。本模块的“教学提示”指出，从学生的生活体验或典籍中的适当问题出发，将算法学习的要点贯穿问题求解的过程，让学生在不同算法的具体讨论中养成算法思维，避免空洞地讲授抽象概念。为了形成自然的认知关联，笔者从“教学提示”首推的“猜数字游戏”出发，设计与实施问题驱动的跨学科主题式单元教学课程。

同时，基于对《义务教育数学课程标准（2022年版）》的理解，在小学数学学习中，学生首先学习如何用数字来表示数，再随着年级的升高逐渐理解数的抽象概念和性质。因此笔者认为，在严谨的教学语境中，“猜数字游戏”更准确地应被称为“猜数游戏”。这一单元名称的调整体现了对两个学科概念的一致性的精准把握，强化了对既往真言的理解和尊重，是科学精神的体现。

学习对象分析

五年级的学生认知发展处于从具象思维到抽象思维的过渡时期，且他们已具备二等分、三等分的知识经验，为本单元的教学做了铺垫。五年级下册《数学广角——找次品》一课中的思想也与本单元的二分法算法有思维碰撞，属于认知结构中的同一链条，相互具有很高的认知补充与丰富价值。

单元教学内容

本单元共分为四个课时，具体目标如下：①通过身边的“猜数游戏”探究二分法，能用自然语言、流程图等描述。②辨析二分法与三分法，筑牢认知结构链条。③通过程序验证，体验从算法到程序的过程，培养调试、试错与观察等能力。④认识到身边的猜数游戏背后的二分法对生活和学习的指导意义。

单元育人价值

本单元主要体现以下三个方面的育人价值：①生活无处不算法，算法无处不优化。从生活中常见的“猜数游戏”入手，让学生切身感受算法的魅力以及迭代更新与优化。②举一反三。本单元从游戏情境开始，到应用结束，让学生体验如何从具体问题转化到一般性问题，发展学生的算法思维能力。③开小门，见大山。本单元以二分法探讨猜数游戏，让学生学会挖掘问题背后的本质，使其从低阶的解题技巧跨越到高阶的思维方式。

设计思路

如上图所示，本单元围绕新课标中的核心素养确定教学目标，根据场地现实情况，结合学生认知水平，推进以学生为主体的学习方式，注重以“二分法”概念化的计算思维指导实践应用，强化信息科技学习的认知基础，注重基本概念和基本原理学习，强调以问题链为导向，串联课堂，突破教学重难点。在新课标“场景分析—原理认知—应用迁移”教学方式的基础上，笔者增加了“评价创新”环节，从身边的算法入手，引导学生生成数据、发现规律、提出问题，在已有知识基础上分析、探究现象的原理，学习、理解相应概念和原理，尝试用所掌握的原理解决问题，将算法的要点贯穿求解过程，在不同算法的具体讨论中养成算法思维和概念思维。

教学过程

下面，笔者以为本单元第1课为例谈谈具体的教学过程。

1.玩一玩，生成有效数据

①问题情境：学生两两一组，在1～100以内想一个幸运数，同伴根据“大了”或“小了”的提示，缩小范围，直到猜中，并记录猜的次数。

②活动过程。

活动1：生生互猜。在1分钟内猜1～100以内的幸运数，统计用多少次才能猜中，实时生成统计图。

活动2：师猜生录。师猜学生从1～100以内选的随机幸运数，学生记录猜测过程，形成关键信息。

设计意图：由“玩得转”的猜数游戏引入本课，将猜数活动从“可能”变成“一定”，激发学生对猜数方法的探究欲望，同时，根据互动活动，生成有效数据，为后续发现数据之间的规律做准备。

2.比一比，发现规律，引出“取半”

①问题情境：探究电子白板实时记录的猜数过程，发现其中的规律。

②活动过程：

师：仔细观察老师的猜数过程，每一次的回答有规律吗？

生：每一次回答都是在“猜中间数”。

师：为什么每一次都要猜中间数？

生：淘汰一半，留取一半。

师：每一次猜中间数都将搜索范围一分为二，去掉一半，留取一半，这个过程，就叫做取半。这种方法，就叫做二分法（或取半法）。

设计意图：引导学生发现猜数过程的数据之间的规律，发现每一次的回答都是在猜“中间数”，再借由问题“为什么猜中间数”引出淘汰一半、留取一半的关键信息，进而引出本课关键概念“取半”，引出课题 “二分法”

3.说一说，用自然语言描述二分法

①问题情境：以小组为单位，再探猜数活动，总结用二分法猜数的过程。

②活动过程：

师：用二分法猜神秘数，看是不是能在7次以内猜中？

小组猜数：信封中藏着一个神秘数（27或97）。

分工合作：一人站起来猜数（严禁偷看），记录员记录猜数过程，其余学生用“大了”或“小了”进行提示。

师：你能自己的语言说一说用二分法猜数的过程吗？

教师从学生的回答中及时捕捉关键信息“大了、小了、一半、判断”并板书。之后，基于板书，引导学生自己总结出猜数过程：先取半，再判断，若对了，则退了；大了取小，小的一半，小了取大，大的一半。

设计意图：本环节通过小组再次体验猜数游戏，与上述无方法乱猜时的次数形成对比，直观感受到用二分法猜数正确率明显提升，通过说一说，提取学生回答中的关键信息，形成顺口溜，完成第一次抽象与建模，有利于小学生理解二分法的实质。

4.画一画，在流程图中深化二分法

①问题情境：以小组为单位，自然语言总结的二分法用直观的流程图又该怎么表达？

②活动过程：

师：你能在两种流程图中选择一种完成吗？

小组活动：从两种流程图中自主选择一种完成。先观察思考选用合适的结构，再描述，一人填写。

师：你们能分享交流小组共同的智慧吗？你们能对其他小组的流程图进行评析吗？

设计意图：本环节为学生搭建学习支架，发散思维，提供两种流程图，学生根据自己的情况选择完成。在交流展示环节，生生互评，让学生发现问题、解决问题，在多种流程图的对比中发现判断条件的位置多种多样，但二分法的思想是高度一致的，进而完成第二次抽象与建模。

5.用一用，在生活中体验二分法

①问题情境：你知道二分法在生活中哪些地方能用到吗？

②活动过程：

师：猜一猜，老师的生肖是什么？你打算用什么方法猜？

生：用二分法猜。

师：帮一帮，用什么方法可以帮助小明提高效率？

小练习：找出没有消磁的书。从书店出来时，小明的手里抱着一堆书，其中有一本没有消磁，警报响了。他一本一本拿出来靠近警报检查到底是哪一本。同学们，你们怎么帮助他提高效率，更快找到？

生：先将书分成两半，看哪一半响了，将响了的部分继续分成两半，不断重复这个过程，直到找到那本书。

设计意图：第一题猜生肖，让学生从猜数游戏中跳脱出来，意识到不是只有大与小可以分成两半，生活中的左和右等都可以用二分法；第二题借助生dtdq3wROJxEviuyMrKxKOA==活情境，让学生应用二分法来解决实际问题，感受到用二分法能提高效率，从猜中间数过渡到“猜中间数”是为了分成“两半”，将“取半”和“二分”统一思想。

6.想一想，拓展二分法

①问题情境：教师播放“小刘的故事”视频。

②活动过程：

师：带着问题看视频，想一想小刘是怎么被骗了？

互动讨论：分析骗局背后的骗术。

设计意图：通过案例剖析，让学生知道学习算法不仅仅是为了解决问题，更重要的是提升思维能力，能用算法武装头脑，在面对诈骗、传销时能识破骗局，在面对现实情况时能利用所学知识理性分析，做出正确的判断。

参考文献：

[1]熊璋，李正福.义务教育阶段信息科技课程建设路径研究[J].中国电化教育，2023（01）：127-132.

[2]史泽齐.第一步转译：从实境体验到自然语言描述——以“学校放学智慧疏散系统”项目为例[J].中国信息技术教育，2023（16）：5-6.