始于模拟，触达身边算法

摘要：本文从模拟事物、建构项目、分解问题、抽象建模、创新优化、量规评价六个方面论述“模拟身边事物”教学法在“身边的算法”模块中实施的有效性，并结合课例阐述了具体的实施策略。

关键词：模拟事物；算法教学；计算思维

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2025）07-0000-03

算法作为《义务教育信息科技课程标准（2022版）》（以下简称“新课标”）中的六大逻辑主线之一，贯穿整个课程体系。在小学阶段，算法教学的目标是“初步了解算法的基本概念，掌握简单的算法思想，并能够运用算法解决实际问题”。因此，笔者根据自己的教学实践，提出利用“模拟身边事物”教学法来实施“身边的算法”模块的教学，让学生利用算法来解决生活中真实且有趣的问题，进而提升计算思维。

模拟事物，提炼算法实例

模拟身边事物，是指用程序设计的方式来模拟身边的事物，从而让学生围绕真实问题设计算法、实现功能、创新表达。身边的事物蕴含着人类生活的智慧，这样的探究易于激发学生的好奇心，有利于实现深度学习。那么，如何选取适合的事物开展模拟事物教学？笔者认为既要考虑学生的学情，又要关注事物中蕴含的算法价值。例如，时钟对学生来说很常见，学生熟悉时针、分针、秒针的运动规律。因此，如何通过设计时钟指针的运动算法，实现模拟时钟这一任务，对学生而言既熟悉又富有挑战性。又如，现在大多数餐厅都引入了电子点单系统，可以让学生设计电子点单算法，探究计算机关于数据“增、删、查、改”的逻辑，进而促进其计算思维的发展。

建构项目，探秘科技之道

教师在设计探究项目时，应挑选既具有实践操作性，又能体现信息科技科学性的主题。这样的项目不仅能激发学生对程序设计的热情，还能加深他们对信息科技原理的理解，这也是信息科技实验教学所倡导的。通过模拟身边的事物，学生可以在动手实践中了解信息科技的基础原理，培养问题解决和创新思维能力。这种教学方法旨在通过实际操作让学生深刻体会信息科技的学科魅力，落实“科”与“技”并重，提升核心素养。

以“不同类型的信息是如何通过编码在计算机中存储”的探究主题为例，笔者设计了两个寓教于乐的项目——“模拟点阵屏”和“模拟钢琴”。这两个项目不仅让学生在实践中学习编码的基本概念，还帮助他们理解计算机存储信息的基本原理。在“模拟点阵屏”项目中，笔者首先引导学生使用图形化编程工具中的克隆功能，创建一个10×10的虚拟像素点阵屏。随后，提出了一个挑战性的问题：如何保存这些精心设计的像素画？通过引导学生思考，师生共同制订了将每个像素点的亮暗状态用二进制数字1和0来表示的编码方案。学生利用列表数据结构将这些二进制数存储起来，从而直观地体验了计算机中位图存储的原理。在“模拟钢琴”项目中，学生也遇到了如何存储弹奏歌曲的问题，通过类比学习，学生将弹奏的音符通过编码的方式存储在列表中，顺利解决了问题，这一过程不仅实现了模拟钢琴的录音功能，还让学生体会到了声音信息的数字化存储原理。这两个项目通过动手实践的方式，让学生在乐趣中学习编码，同时深入理解了计算机数字化存储。

分解问题，驱动算法设计

在利用计算机模拟身边事物的过程中，学生不可避免地会面临一系列复杂问题。在课堂教学中，教师要注重引导学生将大问题分解为小问题，这是驱动学生算法设计的关键。每个问题的引出都需要有真实情境使其富有探究意义，每个问题的解决都需要有学科内容使其更具探究深度。具体来说，教师需要深入理解计算机科学的核心内容，精准把握教学中的重点与难点。将问题拆解绝不是单一的拆分，而应从学科视角出发，理清问题之间的逻辑关系，构建起一条清晰的问题链。学生在解决问题的过程中，不仅能够逐步掌握计算机科学的基本原理和应用技能，还能了解信息学科的思维方式，为未来的学习和创新打下坚实的基础。

在“模拟电子点单”项目中，学生结合自己的生活经验能够说出电子点单的基本功能，但并不能从数据存取的学科角度来理解。因此，笔者通过顾客点单、顾客点错单、顾客买单的情境线引出了存储点单数据、删除错误数据、读取数据并计算的问题（如下图），让学生从情境中发现点单功能急需解决的问题，引导学生从数据角度思考问题，逐个突破难点，从而提升学生的计算思维。在整个课堂教学中，学生在问题链的驱动下自主设计算法，制作出了模拟点单程序，在解决问题的过程中领略了学科魅力。

抽象建模，设计模拟算法

模拟身边的事物的关键在于算法的设计，而设计模拟算法需要有抽象建模的能力，这也是计算思维培养的重要内容。抽象的模型应从具体的实例中提炼、总结而来。在实际的教学中，教师不应直接将现有的抽象模型灌输给学生，而应当给予学生充分的时间去探究、去类比，让学生在观察类比中发现规律，利用规律提炼出抽象模型，进而形成算法的设计思路。

在“模拟时钟”项目中，为了让学生建立秒针旋转的算法模型，笔者让学生观察图形化编程中“面向方向指令”与“秒针旋转角度”之间的关系，当学生发现两者的一致性后，进一步引导学生思考秒数与角度的数学规律。在这样的过程中，大部分学生逐步构建出秒针同步旋转的抽象模型，对秒针旋转算法的设计与实现也就水到渠成。此外，一旦学生掌握了秒针旋转算法，笔者便可让其类比设计分针、时针的算法程序，达到举一反三的教学效果。

优化创新，深化素养达成

模拟身边的事物有较强的拓展性，模拟事物教学的最终目的不是要学生模拟出作品本身，而是培养学生的素养。随着学生计算思维的不断提升，教师应该关注学生的创新素养。笔者通常会采用三个层次的标准：首先是“形似”，即学生能够准确捕捉并模拟出对象的基本特征；其次是“神似”，学生不仅模拟出对象的基本特征，还能对细节进行优化，使作品更加生动和精细；最后是“超越”，学生在模拟的基础上加入自己的创新元素，从而超越了单纯的模仿，展现出独特的创意和个性。在实际的教学过程中，笔者鼓励学生不断挑战自我，追求更高层次的创作。通过这样的过程，学生的探究欲望和创作热情被不断激发，计算思维和创新素养也随之提升。

在“模拟时钟”项目中，学生能够模拟出显示当前时分秒的时钟即为“形似”；能够解决时针、分针的整点跳动问题，优化细节实现时针、分针的连续转动则为“神似”；在模拟时钟的基础上，创造性制作个性化时钟、实用性功能则为“超越”。在实际的课堂教学中，大多数学生都成功达到了“神似”，他们不仅模拟出了时钟的基本功能，还在细节上做了优化。

量规评价，实现学评一体

模拟身边的事物是学生探索编程和算法的有效途径，它能够培养学生解决问题的能力，激发创造力。然而，学生的作品并不是衡量学习成效的唯一尺度。在教学中，教师既要有重视学生作品的完成度，也要重视学生的学习过程。通过制订一份全面的评价量表，教师可以更准确地捕捉学生在项目中的学习进展，从而提供及时的反馈和指导。

基于模拟身边事物的教学方法，笔者从“作品达成度”“算法应用”“过程性评价”三个维度设计了评价量规，如上表所示。“作品达成度”关注作品模拟的效果，“算法应用”聚焦计算思维的评价，“过程性评价”强调学生的学习过程与方式。通过这三个维度的评价引导学生自评与互评，帮助学生及时了解自己与其他学生的学习状况，调整学习方式方法，进而有效落地学科核心素养。

结束语

模拟身边的事物是一种理论联系实际的教学方法，这种方法将抽象的算法知识转化为具体、直观的实例，使学生能够从生活的角度去理解算法的原理。学生模拟事物的过程就是用学科知识建构数字作品的过程，他们会经历发现问题、分析问题、解决问题的全过程，在这个过程中计算思维能得以深化。这种教学方法能够启发学生运用计算科学去发现和探索生活中的真实且有趣的问题，引导学生用计算思维去尝试解决问题，激发学生用创新思维去改造身边的事物。学生通过模拟到超越模拟的过程，能体会科学与技术的价值，并为未来在信息科技领域的探索和创新奠定坚实的基础。

参考文献：

谢胜斌.初中信息科技实验探究教学实践与思考[J].中国信息技术教育，2024（13）：59-61.