AI素养提升的小学信息科技“教与学”方式创新探索

摘要：本文以《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》第三学段“身边的算法”模块为例，提出了推进以学为中心的教与学方式创新策略，并以“学为中心”的视角，展开了基于问题解决的单元教学，促进学生的问题解决能力和创新思维的培养。

关键词：学为中心；教与学方式创新；小学信息科技

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2025）03-0113-04

随着《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）的实施，在六大学科逻辑主线中，“算法”被视为课程的核心。然而，对于年龄更小、认知能力较弱、缺乏足够计算机学科背景的小学五年级学生来说，算法教学难度尤为突出。面对这一挑战，如何遵循学生的认知发展规律，以学为中心，改进教与学方法，突破算法学习难点，成为教师要思考的问题。下面，笔者以“身边的算法”模块中的“设计校园投票器”单元为例，探讨如何创设有效的教与学策略，引导学生从学科专家的角度思考和实践，并运用学科概念和工具解决实际问题。

以学为中心的“教与学”方式创新策略

1.核心概念直观化，转化学习内容，化解学习难点

信息科技课程中的核心概念有着紧密的逻辑性、科学性，强调对关键知识领域的深入学习的必要性，其中包括对基本概念、理论及原则的深入掌握。

通过对核心理念的系统性学习，学生能够清楚地理解不同概念之间的关联，从根本上把握技术背后的科学原理，进而培养他们运用所学知识解决现实问题的能力。但核心概念往往抽象且难以理解，而五年级学生的特点是对直观化的学习内容更能接受。因此，将核心概念直观化，以视觉或实践方式呈现，让学生在“做中学”的过程中理解核心概念，降低了学生的接受难度，而且直观形象的内容能够增强学生的学习兴趣和动机。

2.关键问题可视化，经历计算思维过程，突破学习重点

解决问题是培养计算思维的有效途径，可视化能够使问题的每一个组成部分都清晰可见，有助于学生发现其中的模式、关联和结构，从而识别出真正的核心问题所在。将关键问题可视化可以让学生清晰地“看见”问题的呈现与解决过程，进而极大地提高解决问题的效率。

另外，在面对复杂问题时，学生能够跳出传统的思维模式，以全新的视角和系统的方法来探索解决方案。通过可视化的过程，学生可以形成更为系统和清晰的思维框架。

3.方案验证智能化，巧借AI助手，促进学习方法转变

随着人工智能技术的不断进步和迭代发展，智能技术支持下的编程环境变得越来越丰富，其智能化程度也在不断提高。编程环境不仅能够提供编写与执行程序的功能，还具备了程序跟踪和语法检查等高级功能。通过这些智能编程环境的运用，可以大大减轻学生学习编程技能的负担，从而可以让学生将更多的时间和精力投入到设计问题解决方案、优化创新过程以及完善创新成果等方面。因此，在算法教学中应该充分利用智能化编程环境的优势，提升程序编写的效率，从而促进学生学习方式的转变。

基于问题解决的单元教学实践过程

1.确定主题情境，制订单元教学目标

单元主题的选择除了要体现学科的核心知识和思想方法，还需要和学生的生活密切相关。在选择过程中，应充分考虑学情，基于学生已有经验和认知基础，选取单元情境、确定主题、设计核心问题。“设计校园投票器”这一主题情境是教师通过征集“学生在校园生活中经常遇到的困难”的方式获得的，并以校园生活中的“投票难”为单元主题情境设计了本单元的教学目标。单元教学目标为：①通过分析问题，能将单元问题进行分解，对投票器进行功能设计。②能根据投票器功能，迁移生活经验设计算法描述问题的解决过程，知道解决同一子问题存在多种方法，这些方法存在时间效率上的差别。③能借助智慧笔和生成式人工智能AI协助编程实现问题的解决。④结合生活实例，了解排序算法在生活中的应用，认识到算法对解决生活和学习中的问题的重要性。

2.建构单元知识结构，厘清核心概念

本单元整合了“身边的算法”模块中的“算法的执行”和“算法的效率”两部分内容。

本单元要解决的核心问题是：如何设计一款小程序，解决校园活动中遇到的统计、投票、排序等问题。如图1所示，教师在建构单元知识结构的同时，可以厘清核心概念，从而确定单元概念学习路径。

3.立足问题解决，建构单元设计路线

教师根据单元情境，首先提出单元问题：如何设计校园投票器小程序？再把单元问题分解成六个子问题：投票器具备哪些功能？如何设计实现这些功能的算法？如何借助AI助手将算法转化成程序？计算机是如何实现排序的？影响排序效率的因素有哪些？投票器的使用效果如何？六个子问题形成了单元问题链，指向新课标中“身边的算法”模块的重点和难点的要求：在实践探索中形成设计与分析简单算法的能力，即：抽象问题—探索算法—描述算法—程序实现—原理探究—迭代优化。

为了让单元核心问题更清晰地融入到单元实践活动，将本单元分成三大板块：实践探索板块（定义问题-设计算法-AI编程）、原理探究板块（查找算法-排序算法-算法效率）和迁移应用（产品测试与效果反馈）。如下页图2所示，教师建立问题探索路径，引导学生带着单元核心问题进行实践探索，激发其主动探索欲望，提高学习兴趣。

4.聚焦学生思维，设计单课教学内容

原理探究类教学普遍存在的问题是内容抽象难懂、学生参与度低、重在知识培养忽略能力和素养的培养等。例如，在原理探究部分的《探秘排序算法》一课中，教师可以通过问题链—任务链—学习支架（如图3），依据学生的思维层次，设计有梯度的直观的思维体验活动，在解决问题的过程中不断地去抽象、规范解决问题的思路和方法，最终形成计算思维并理解其背后的科学原理。

本节课，笔者以学生借助AI助手制作的“读书节好书推荐排行榜”为情境，当点击“排行榜”按钮时，图书就会按照投票数由高到低排列，于是问题就产生了：计算机是如何对投票结果进行从大到小排序的？使用什么算法实现这个功能呢？接着，教师再引导学生进行如下的原理探究过程。

（1）核心概念直观化，思维过程“真”突破

排序问题在生活中十分常见，学生的思维起点是对生活中排序的迁移，是靠直觉描述排序的过程，这个过程略微有点混乱。那么，如何把排序过程直观地呈现出来，将排序这一抽象问题转化为具体问题，在解决问题中呈现其思维过程呢？学生对28个数排序比较困难，因此，教师可以引导学生通过数字卡片对2个数、3个数、4个数……逐次排序，从中发现规律：找出未排序中的最大值与未排序中的第一个数交换，直到所有数字排序完成，这个过程就是从具象到抽象的过程。

在找到规律后，再用这样的方法对6个数进行排序，这样又从抽象走到具象，抽象具象不断地交互回归。学生从用自然语言的表达方式，到逐渐地用术语规范出来，再逐渐地在规范的过程中，贴近于用计算机解决问题的方式去描述。在完成排序的过程中，学生的思维更加精准，学生的表达更加规范，这既是学生共同参与表达的过程，也是计算思维的培养过程。

（2）关键问题可视化，学习难度“真”化解

在排序过程中，有一个关键问题：如何找出最大值？学生根据自己的经验自然反应是：用眼睛观察后再比较。如果把这些数按次序装进了盲盒里，看不见了该如何找出最大值呢？这个问题引发了学生的思考。于是，教师要求开展“寻找最重盲盒的实验”，借助天平，通过实验称出“最重盲盒”的过程，提炼“求最大值”的算法步骤。

这种直观的方法让学生有了很多直接的体验，有了更多直接的经验。

（3）方案验证智能化，学习方式“真”转变

通过归纳描述实验探索的过程，学生完整地描述了用自然语言描述的选择排序算法，那么，如何将其转化为计算机可执行的程序语言来验证算法的正确性？教师可以借助生成式人工智能——AI助手，将自然语言描述的算法转化为AI提示词，通过AI助手生成选择排序程序与自然语言描述的算法进行对应，建立算法与程序的对应关系。

5.以学习支架和平台，支撑完善学习过程

在整个教学探索的过程中，笔者注重学习支架的设计和在线学习平台使用。

例如，在算法描述阶段，学生刚接触算法，而流程图的绘制是算法学习的难点，于是笔者借助“填空”的方式帮助学生降低学习难度；在算法应用阶段，要求学生使用算法思维解决问题，重点在于算法的设计，需要学生能够自主分解问题、厘清数量关系、建立模型，所以需自主绘制算法流程图；再进一步，在学习具体经典算法的过程中，为了降低对算法模型的理解难度，需要通过思维可视化方式将算法模型可视化，程序验证也只需要能阅读程序即可；在设计算法解决真实问题阶段，面对复杂的程序设计，可借助AI助手，将算法转变为AI提示词，通过人机协作来解决问题。

在学习平台的选择上，一方面要关注与学生数字化学习与创新能力的匹配。另一方面要关注学习内容与学习平台的适配度。

6.以终为始，实现“教-学-评”一致性

“以终为始”的素养评价，是以核心素养框架为引领，以表现性任务为主要抓手，以数字化学习平台和精准教学支持系统（闵智平台+智慧笔）为保障。在进行教学设计时，教师应首先明确学生完成学习活动后预期达到的学习结果，再选择能判断学生达到预期结果的证据，然后基于评价证据组织教学内容和课堂活动。为体现“教-学-评”一致性，笔者将核心素养的培养目标转化为表现性任务，让学生在完成任务的同时在平台上留下学习轨迹，形成评价的“证据链”，使评价过程贯穿整个教学与学习活动。

立足育人方向，反思素养达成

1.教学方式创新：直观化、可视化与智能化的应用

通过本案例的探索，将核心概念直观化、关键问题可视化及方案验证智能化教学策略运用于原理探究类课程，不仅帮助学生克服了算法学习的难度，而且通过实际操作和视觉呈现，极大地增强了学生对学科核心概念的理解和兴趣，学生能在解决具体问题的过程中自然而然地掌握算法的原理和应用，

2.学习方式创新：从知识、能力到素养的跨越

通过对学生校园生活中的真实问题的解决，与真实生活建立连接，学生不仅理解了学科核心概念和原理，更通过问题解决的方式锻炼了自己的计算思维和问题分析能力，激发了学习的价值感和学习动机，同时在项目实施的过程中促进团队协作能力、批判性思维、创造性思维及自主学习能力的发展。

3.前沿技术的深度融合：推动教育数字化转型的关键

智能化教学工具的引入，为学习方式带来了新的转变。这些工具不仅减少了学生在编程学习过程中的技术障碍，还通过提供实时反馈和修改建议，极大地提升了学习的效率和质量。

4.基于证据的单元教学设计：打开课堂的“黑箱”

基于证据的教学更好地解决教学实践中的难题，促使教学过程的理性化、规范化、科学化和可视化。教师在使用数字平台时，可以通过学生账户动态全方位地关注学生、了解学生，从而设计个性化的教学方案，也可以更客观地进行引导和评价。学生通过数字化平台基于证据的学习，不但建立对数字身份的认识和合理使用的意识，还可以在学习过程中提高证据和数据意识，促进数字素养的提升。

作者简介：白巧变，高级教师，区信息科技骨干教师，区信息科技名师基地学员，区第六期优秀教师培育工程学员，区第一届优秀教师科研培训班学员。