行为体验：身边的算法大单元生活设计

摘要：本文基于《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》进行算法行为学习的大单元分析，并结合“身边的算法”单元设计“菜博会”大单元情境下的三个项目，展示如何引导学生通过抽象、分解、建模、迭代来解决问题，加深学生对算法的理解，落实学生核心素养。

关键词：大单元；算法；行为体验

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2024）13-0024-03

人工智能时代下的小学信息科技课程，不仅需要培养学生对基本概念、基本原理的理解和认识，而且要引导学生将知识迁移运用到实际生活中，关注学生生活行为体验，使其真正做到“学以致用”。在真实情境中解决问题往往涉及多种算法的综合运用，而以课时为单位的教学会人为将知识割裂。为了有效解决这一问题，笔者以“身边的算法”单元为例，从学科单元视角出发设置大情境，旨在探讨如何在小学信息科技课程中将学生日常生活与算法紧密结合，培养学生的计算思维。

算法行为学习的大单元内容分析

《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）中提出：具备计算思维的学生，能对问题进行抽象、分解、建模，并通过设计算法形成解决方案；能尝试模拟、仿真、验证解决问题的过程，反思、优化解决问题的方案，并将其迁移运用于解决其他问题。泰山版信息科技六年级中的“身边的算法”大单元学习目标紧密贴合新课标的要求：一是理解算法概念，从生活具体场景中抽象出算法过程；二是将计算思维应用到现实中以解决具体问题。笔者根据本单元学习目标，以寿光菜博会为大情境设计了三个微项目：微项目1“购买门票方案择优”、微项目2“规划最优游览路线”、微项目3“交通算法迭代改进”。三个微项目都是真实情境下的真实问题，有助于从学生生活行为体验出发，培养计算思维。六年级学生认知水平处于从具象思维向抽象思维过渡的时期，他们具备一定的生活经验，在五年级学习算法相关知识的基础上，初步具备归纳抽象算法的能力，本单元侧重于算法的应用实践。基于此，笔者绘制了三个微项目的思维导图（如下页图）。

算法行为学习的大单元项目设计

1.情境创设

对于本市的学生来说，菜博会作为文化符号已经融入生活。因此，笔者将菜博会纳入课程设计的大情境，以增强与学生日常生活的相关性。通过将算法学习与菜博会的实际运营相结合，来深化学生对算法原理的理解，并激发他们对经济事件的兴趣。

2.项目设计

微项目1：购买门票方案择优

为拓展学生视野，学校计划组织五年级3班的学生和教师参观菜博会，共有25名学生和3名教师自愿参加。门票分为三种：成人票每张50元，学生票每张35元，10人及以上团体票每人40元。需要计算不同的购票组合及其总成本。

任务一：枚举购票方案。

教师活动：出示要求，要求学生小组讨论并制订购票方案，枚举出所有可能的方案。

学生活动：小组讨论、分析所有可能的方案。方案一：为所有学生和教师分别购买学生票和成人票。方案二：为所有人购买团体票。方案三：结合学生票、成人票和团体票，尝试找到成本最低的组合。

菜博会购票可采用枚举算法，把所有可能的解决方案一一列出。对于较小的问题规模，这种方法是可行的。

任务二：分解问题，优化算法。

教师活动：请学生思考三种方案中的20种组合哪种组合花费最低，并出示已经填好的表格让学生观察，要求讨论方案三中总金额与学生票数之间有什么关系，说出规律，设计求解方案三中最小总金额的算法。

学生活动：小组观察表格并探究总金额与学生票数之间的关系，根据教师提示得出求解方案三中最小金额的算法。

本环节旨在利用学生对枚举算法的了解，通过方案三的最小总金额问题，引导他们发现并利用数值规律；通过构建问题链，指导学生得出更高效的解题策略，从而深刻体验算法优化和迭代过程的实用性与趣味性。

任务三：补全流程，验证程序。

教师活动：请学生思考三种方案中哪种方案花费最少并用程序验证。提供资源包，要求学生补全流程图，并使用“支架”程序，拼接验证。

学生活动：根据要求补全流程图，完善程序。

本环节旨在简化问题，利用流程图辅助，降低问题复杂度，帮助学生更清晰地把握算法逻辑，确保程序验证能顺畅执行。

微项目2：规划最优游览路线

菜博会每年都举行，作为热爱家乡的小学生，应力所能及地为菜博会贡献力量。教师展示菜博会招聘公告，组委会正面向全市六年级学生招聘“绿色小导游”。

任务一：热身活动，做好知识铺垫。

教师活动：扮演组委会，出示面试题。

学生活动：根据要求，在任务单中填写内容，回答提问。

此环节识图辨方向融合五年级数学《方向和位置》，为读懂地图做好知识铺垫。

任务二：规划参观，选择最优线路。

教师活动：明确规则，要求学生以导游身份规划一条不重复参观四个场馆的路线，并在地图上标示出最佳游览路线。

学生活动：在任务单上标记三条不重复的游览路线，并在地图上标注。通过小组合作，用自然语言交流各自的算法思路。

本任务旨在培养学生通过实践探索和比较，自主确定最优游览路线，以深化对计算思维的理解和应用。

任务三：迭代算法，模拟救援。

教师活动：（出示模拟救援任务）二号厅到入口道路临时封闭，导致老奶奶迷路无法返回，此时距离发车还有15分钟，规划最优线路快速找到老奶奶，安全送回。注意，地图中每移动一格，需要1分钟。请同学们讨论营救方案，并把流程图补充完整，根据流程图制作程序。

学生活动：小组讨论，制订营救方案，找到最优解。

此环节旨在通过模拟紧急情境，让学生实践优化算法。学生需在限定时间内找到救援路线，体会算法选择对问题解决的重要性，从而锻炼解决实际复杂问题的能力。

微项目3：交通算法迭代改进

针对菜博会日益增长的游客量而产生的拥堵问题，请学生分析拥堵原因，并运用算法提出改善人流管理的策略，如调整入场时机、行进速度和游客分布，以优化游览体验。

任务一：从生活出发，发现问题。

教师活动：出示问题，在规划游览线路时，在三条可选的场馆游览路径中，大部分学生选择路径最近的两条。通过播放菜博会现场视频可以看出，由于这两条路径选择的人数较多，它们反而成了最拥堵的线路，严重影响参观体验。请学生从路线选择角度，分配合理路线解决拥堵问题。

参观规定：每个导游一次只带一个团出发，每个场馆只能参观一次，一条线路的参观时间限定为20分钟。

学生活动：合作探究，讨论缓解拥堵的方法，并从选线路角度给出合理化建议。

本任务旨在通过实际的拥堵问题激发学生的认知冲突，使其体验解决现实问题的复杂性。

任务二：设计算法，解决问题。

教师活动：通过视频展示银行和医院使用的叫号系统，启发学生思考如何设计一个类似的“叫号”程序来分散菜博会的客流压力。该程序的目标是通过分时段引导团队入场，缓解拥堵。为加深对算法执行的理解，引导学生进行角色扮演，模拟程序运作：一名学生代表叫号系统，其他学生代表导游，教师模拟计时器。在模拟中，每20秒代表20分钟的等待时间，叫号系统依次为导游分配线路，直至出现等待情况。

学生活动：在教师的指导下，参与讨论并明确软件的基本需求。首先，程序应能自动识别并分配空闲线路中编号最小的一条；其次，当所有线路繁忙时，应显示“场馆拥堵，请等待20分钟”的信息；最后，设定每条线路的游览时间为20分钟，并在时间结束后将其更新为空闲状态。

本环节采用演示法来加深学生的认识。在程序设计阶段，通过设置问题链引导学生逐步攻克算法难题。

教师活动：出示算法演示动画，请同桌用语言互相描述算法流程。

学生活动：根据要求完成具体任务，小组合作探究，自然语言描述算法。

将身边的算法通过演绎、转化逐步抽象为数学问题，注重学生行为体验研究。

任务三：设计程序，完成算法验证。

教师活动：提供“叫号”程序半成品，要求学生完善程序，解决拥堵问题。

学生活动：根据任务要求，完成程序拼接。

结束语

虽然课堂内模拟真实情境存在局限，但大单元教学模式通过将算法与生活实践相结合，提供了新的学习视角。大单元教学模式下的算法教学是对传统教学的有效补充，它不仅提高了学生的信息科技素养，更在全面提升学生综合素养方面发挥了重要作用。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.义务教育信息科技课程标准（2022年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2022.

[2]马富泰.小学信息科技教学中计算思维的培养——以图形化编程《猜数字》一课为例[J].中国信息技术教育，2022（22）：51-53.

[3]王鸣九.计算思维之抽象与分解——以Scratch课程中的《抓娃娃机》为例[J].中国信息技术教育，2015（23）：12-14.

[4]王爱胜.项目学习的中继——微项目设计——如何调和项目学习的长期与短期目标[J].教育，2016（05）：23-25.