信息科技“算法”逻辑主线的解析与实践

摘要：《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）依据学科概念的逻辑关系梳理出数据、算法、网络、信息处理、信息安全、人工智能六条逻辑主线，并按照学生的认知规律和信息科技的学科特点，统筹安排各学段的学习内容。算法是计算思维的核心要素之一，本文围绕“算法”这条逻辑主线进行了分析和研究，旨在提高学生在问题解决过程中涉及的抽象、分解、建模、算法设计等思维活动。

关键词：逻辑主线；算法；新教学；新评价

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2025）02-0030-04

信息科技课程从新课标、新教材、新设计、新教学到新评价的一体化实施是从新课标转化到新评价的必然路径，贯穿其中的是数据、算法、网络、信息处理、信息安全、人工智能六条逻辑主线。六条逻辑主线是由信息科技知识体系的内在逻辑决定的，其内容层层递进，难度渐次加深，要求逐步提高。这种进阶的设计，特别是“算法”逻辑主线的进阶设计既考虑了对信息科技的知识、技能体系本身的理解、认识及操作的难度，也考虑了义务教育各学段学生的心智发展程度。

“算法”逻辑主线的认识与理解

“算法”逻辑主线贯穿整个课程，为其他逻辑主线提供了方法和思维的基础支撑。从纵向观察，“算法”逻辑主线在第三学段，符合学生的认知发展规律。“算法”这条逻辑主线以问题及解决为线索，在小学低段注重生活体验，学生在第一、第二学段有了一定的生活体验后，在第三学段通过对算法的学习，用自然语言、流程图等方式描述算法，逐步形成解决问题的策略或方法。在初中阶段注重深化原理认识，以达到运用算法解决问题的目的，探索利用算法思维解决问题的过程和方法。从横向观察，“算法”逻辑主线，既没有算法定义生涩的描述，也没有算法代码冗长的表达，而是抓住使用算法解决问题的本质，从问题的分解入手，以学生熟知的学习生活为实例，用最平常的语言和框图去描述、分析问题，最终形成策略或方法。这六条逻辑主线并不是完全平行的，各条逻辑主线的内容之间相互交叉、相互联系，共同形成了信息科技课程结构逻辑关联及逻辑主线贯穿的内容体系。“算法”这条逻辑主线是信息科技课程中最为基础的逻辑主线之一，它和“数据”逻辑主线一起构成了信息科技课程的基础支撑（如下页图1）。

“算法”逻辑主线的教学价值

算法是最能体现用计算机解决问题的思想方法，“算法”包括问题的步骤分解，算法的描述、执行与效率，解决问题的策略或方法。算法作为逻辑主线之一，贯穿整个义务教育阶段，也是信息科技课程的核心内容之一。在义务教育信息科技课程体系中，在“身边的算法”这一模块中，学生经历初识算法、了解算法、理解算法、掌握算法、应用算法的过程，从而形成算法学习所特有的思维模式。

新课标明确提出，算法是计算思维的核心要素之一。通过学习算法，学生能够用明确的、可执行的操作步骤描述问题的求解方案，能够用三种基本控制结构设计程序解决问题，这些都是计算思维的重要表现。算法不仅让学生学会如何编写代码，更培养了学生在解决具体问题时的思维能力，如思考问题的逻辑、解决问题的方法、问题的创新、问题的迁移应用等。明确的、可执行的操作步骤要求学生学会定义问题、规划步骤，并预测相应的结果。学生在面对复杂问题时，可以将问题分解为更小的问题，并设计有效的解决策略。同时一个问题的算法可能不是唯一的，通过探索、尝试和优化算法，能激发学生的数字化学习与创新力。

算法的教学价值不仅体现在培养学生的计算思维上，更在于它对学生综合素质和能力的全面提升。在教学中重视算法的教学，对培养学生的核心素养，以及学生的综合素养都有着重要的意义。

“算法”逻辑主线在教学中的实施

虽然算法教学有着重要意义，但是因为算法相对枯燥，学生兴趣不高，有畏难情绪；算法理论与实践脱离，相对抽象，学生很难理解其精髓。所以，如何开展算法教学显得至关重要。

1.巧用动态的情境形象算法问题

动态情境是指情境是可以不断更新迭代的。算法所涉及的核心思想、形式化或半形式化的表示、算法推导的数学及背景知识应在学生的知识范围内，根据这个范围用动态的思维创设情境。例如，（五年级上教材最短路径问题描述）随着人工智能技术的发展，无人驾驶小车——送货机器人的应用越来越广泛，给人们的生活带来了不少便利。你对它有哪些了解呢？你知道它是怎样规划路径的吗？（最短路径算法思想，如下页图2所示）把图2中的每一个经过点抽象成地图上的一个个节点，把节点之间弯曲的路抽象成线段，把节点之间的路程抽象成具体数据，进一步画出抽象简化图（如下页图3）。

规划送货机器人路线的模式识别为：先找到几种可能的路径，再计算每种路径的总长，最后通过比较找出最短路径。

计算模型为：总路程=各段分路程之和。

利用这个模型，不管路线的长短如何变化，我们只要输入各段分路程，算法利用以上计算模型就会得出送货机器人行走的总路程。

最短路径算法情境的动态迭代。义教教材动态情境1：找一条义乌到北京的最短路径，算法如何分析？义教教材动态情境2：假期里，小华计划从义乌出发去北京旅游，有多条高速路径可供选择，你知道走哪条高速路径所花费的路桥费用最少吗？费用是多少呢？义教教材动态情境3：早期的交通线路图上的每条路线都会完整显示信息，包括车站之间的距离和实际的路线形状等。改进后的交通线路图变得十分简化，你知道交通线路图为什么要改成这样吗？义教教材动态情境4：著名的“七桥问题”——18世纪初，哥尼斯堡有一条河穿城而过，河中有两个小岛，通过七座桥连接河的两岸。有人提出一个问题：一个步行者怎样才能不重复、不遗漏地一次走完七座桥，最后回到出发点？义教教材动态情境5：当我们在各类在线平台上选择产品与服务时，常常会看到类似“买过该产品的用户还买了……”“根据您的历史学习记录，为您推荐……”等的提示。义教教材动态情境6：在购物网站搜索、浏览、收藏喜欢的物品，查看系统自动推荐的内容是否符合你的喜好。

高中教材动态问题情境：通过研究发现，将某些不同商品（如休闲食品和饮料）陈列在一起销售，能使相关商品的销量增长20%～30%。若要寻找这些能相互促进销量的商品，就需要进行商品的关联分析，统计相关商品的关联次数，两个不同商品如果同时出现在一个购物篮中，就称这对商品关联1次。学校超市想通过商品的关联分析来改进商品的陈列，从而方便同学们购物，增加相关商品的销量。请根据超市某个时期内的流水记录，找出超市内关联次数最多的一对商品。

以上7个情境都源于最短路径问题，根据学生的知识背景和认知水平选用不同的迭代情境，可以让学生更好地理解问题，进而快速进入算法学习。

2.活用多样的算法设计求解过程

解决问题的方法不是唯一的，针对某个问题，可以设计多个算法来解决，但是不同算法的效率是不一样的，算法有“好”与“差”之分。义教教材以“韩信点兵”的故事为例，分析算法的多样性。

问题描述：秦朝末年，楚汉相争。有一次，韩信带领1500名士兵打仗。战后，死伤四五百人。在剩下的士兵中，他命令士兵3人一排，结果多出2名；接着命令士兵5人一排，结果多出3名；又命令士兵7人一排，结果又多出2名。韩信马上宣布：我军还有1073名勇士！

算法1：枚举算法。

枚举x在1000～1100范围内的每一个值，判断条件“x除3余数为2、x除5余数为3、x除7余数为2”是否同时满足，满足条件的x就是要求的解。即：当x=1000时，条件“x除3余数为2、x除5余数为3、x除7余数为2”是否同时满足？当x=1001时，条件“x除3余数为2、x除5余数为3、x除7余数为2”是否同时满足？……当x=1100时，条件“x除3余数为2、x除5余数为3、x除7余数为2”是否同时满足？

算法2：筛选法。

①用a存储1000～1100范围内的数；②在a中删除不满足“x除3余数为2”条件的数；③在a中删除不满足“x除5余数为3”条件的数；④在a中删除不满足“x除7余数为2”条件的数；⑤找出a中剩下的数。

算法3：同余法。

可先找出同时满足“x除3余数为2、x除5余数为3、x除7余数为2”三个条件的任意一个数，如233，然后该数加减3、5、7的最小公倍数105的整数倍，在1000～1100范围内的数即是所求解。

用变量s表示所取到的同时满足三个条件的任意一个数，如233，变量k表示三个数的最小公倍数。通过加或减k的整数倍，使s的值大于等于1000且小于等于1100，可以采用循环结构，根据条件“s小于1000”来选择加k或减k的值，可以采用分支结构。

3.选用最优的算法解决生活问题

算法在生活中无处不在，从“问题分解”到借助“算法”载体形成“解决问题的策略或方法”的过程就是用计算机解决问题的普遍方法。这种方法在网络平台的搭建及应用的开发、信息数据的处理及应用、信息数据的安全及防护、人工智能的开发及应用等各个方面广泛适用，认识并合理利用在线生活背后的算法能够帮助人们更好地解决各种问题。

人们出行时常常使用的导航软件就是五上教材路径算法的应用，其真实道路在电子地图上抽象为点与线。导航软件使用一定的算法对起点与终点之间的路径进行计算从而完成线路规划，如利用Dijkstra算法可以计算出最短路径、利用贪心算法可以推荐最好的即时路径、利用蚁群算法可以知道大多数人选择的路线。

在生活中，综合运用各种算法可以高效解决实际问题。例如，在规划出行时，使用推荐算法获得景点、饮食、住宿等相关推荐，使用路径规划算法获得到达目的地的最佳路径，使用估算预测算法预测路程用时、景点客流量等。

当我们在各类在线平台上选择产品与服务时，常常会看到“买过该产品的用户还买了……”“根据您的历史学习记录，为您推荐……”等提示，这些都是推荐算法的具体应用。常见的推荐算法包括基于用户的推荐和基于物品的推荐，如图4所示。

基于用户的推荐算法，主要计算若干用户间的相似度，将相似度高的人分到一个组，删除目标用户与组内成员重复的东西，剩下的就是系统要的推荐商品。基于产品的推荐算法，主要计算商品之间的相似性、相近性，为目标用户推荐相似度高、相近性大的商品。

结束语

算法是程序的灵魂，编程主要用于验证算法、实现算法，进而能够对算法的正确性与执行效率进行初步分析。好的算法可以提高办事效率，降低选择的成本，从而让社会运行更加高效。“算法”逻辑主线为教学实施提供了基本线索，它既是信息科技知识体系的内在逻辑，又是课程内容的主线脉络，也是教学实施的重要抓手。“算法”逻辑主线体现了循序渐进和螺旋式发展的教学策略，助力学生更好地走向未来的学习、生活。

参考文献：

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