基于真实问题解决的信息科技实验教学进阶设计与研究

摘要：本文以《算法的时间效率》一课为例，以现实生活的案例为探究对象，探讨了小学信息科技实验教学的具体实施策略，并从培养学生计算思维能力出发，让学生在“真实的学习经历”中进行算法效率验证，培养学生的计算思维，最终实现学科育人的目的。

关键词：真实问题解决；小学信息科技；实验教学；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

《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》倡导真实性学习，强调实施核心素养理念下的小学信息科技教学，意在创设“真实性学习”情境，培养学生的学科观念和思维方式。因此，教师应梳理教材内容，明确核心问题和教学目标，调动学生学习的积极性，让学生在解决实际问题的过程中提升能力。

《算法的时间效率》一课的内容选自《中小学实验教学基本目录（2023年版）》中小学信息科技实验教学“身边的算法”主题中的“算法的效率”，要求通过真实案例，知道算法步骤的执行次数与问题的规模有关，观察并体验采用不同算法解决同一问题在时间效率上的差别。笔者以现实生活中的案例为探究对象，基于真实问题解决，探讨了小学信息科技实验教学的具体实施策略，即从培养学生计算思维能力出发，通过真情境引出真问题、真问题引出真任务、真任务实现真体验、真体验成就真收获，让学生在“真实的学习经历”中进行算法效率验证，培养学生的计算思维，最终实现学科育人的目的。

真实情境导入：“现实版的谁是卧底”，构建算法应用的教学场景

在信息科技实验教学中，创设真实的教学情境是激发学生探究欲望和创新精神的关键。教师可以通过观察生活、了解社会热点等方式，挖掘与学生生活密切相关的真实情境，并将其引入实验教学中。

本课以案例“现实版的谁是卧底”切入，引导学生思考如何通过算法在不引起卧底注意的情况下找到卧底。

现实版的谁是卧底：一位明星，经常会将自己的私人生活发布到只有朋友能够看到的朋友圈中，可是这些只有朋友能知道的信息被一本八卦周刊报道，且每次都有，她怀疑自己的朋友圈里有八卦周刊的卧底，因此她利用一个方法，通过几个月时间，在几百个朋友中成功找到了卧底，并且掌握到了证据将卧底起诉，你们猜她是用了什么方法找到卧底的？用枚举法可以吗？

在真实情境的基础上，教师引导学生发现并提出真问题。在提出问题的过程中，学生发现有的方法可以解决当前问题，但是没有实际操作的可能，这就是真情境带来的真问题。针对“现实版的谁是卧底”这一真实的情境，枚举法不可行。

学生自己发现问题：枚举法能解决问题，但是时间太长了，而且太频繁地分享，很容易让卧底察觉。

这时就有学生提出：可不可以分批进行。

学生自主生成一个需要测试验证的真问题：如何分批进行？并且学生对生成的真问题尤为感兴趣。通过真情境引出真问题，能够激发学生的探究兴趣和思考能力。

任务真体验：“揪出卧底我能行”，推演算法的时间效率影响因子

真问题如何引出符合课堂教学实施的真任务呢？笔者认为，针对提出的真问题，应设计具有实践性和可操作性的真任务。真任务应与学生的生活经验和认知水平相符，能够让学生在解决问题的过程中提升信息素养和创新能力。根据前面生成的真实问题，紧接着提出任务。

任务一：讨论与测试——最多发布8次朋友圈，揪出卧底。请猜测怎么发送朋友圈。

在此任务中，学生先分小组在自己的学习单上进行讨论与测试，然后各小组上台尝试揪出卧底。

在这个过程中，有学生尝试一开始发送一列，10人，结果尝试超过8次，失败了。这时教师建议，是否可以取一个中间值试试，学生紧接着尝试，发现有操作的可能，然后上台进行操作。

学生上台绘制朋友圈发送范围：可以先发送给一半的朋友。

师：八卦周刊并未报道相关信息。

生：可以确定卧底在另外一半人里面，那就在另一半里再分一半发送信息。

师：八卦周刊报道相关信息。

生：已经明确卧底就在这一半里面，那就再分一半进行发送。

师：八卦周刊报道相关信息。现在卧底在哪呢？

生：就在剩下的9个人里面，我再分一半发送。

师：八卦周刊并未报道相关信息。

生：就在剩下的4个人里面，再来。

师：八卦周刊并未报道相关信息。

生：就在另外的2个人里面，随便选一个。

师：八卦周刊并未报道相关信息。

生：卧底是另外一人。

经过测试发现有些方案失败了，但是在大家通力合作下，任务挑战成功。在测试过程中，教师不断地引导学生明确发送的范围是多少，学生在多次尝试中发现，每次测试一半，速度会比较快。最后，教师介绍二分法，利用二分法，将原本需要验证39次，甚至更多次的猜测，直接降成8次以下，大大提高了算法的时间效率。

在前面的体验中，学生初步感受了枚举法和二分法的差异，紧接着教师提问学生：是什么原因让枚举法和二分法的时间效率不同？学生根据实际情况进行猜测，多数学生猜测与人数有关，也就是与查找的规模有关。再进行任务二，对猜测进行测试与验证，实现教学的闭环。

任务二：测试与验证——（3人一小组）1人体验“枚举法”，1人体验“二分法”，1人在学习单上记录。验证范围在1～200之间（如下页图1）。

学生发现：用枚举法测试，验证数值越小，验证次数越少，运行时间越短；用二分法操作，无论验证数值是多少，验证次数基本不变，运行时间基本不变。经过任务二，学生发现算法的时间效率和算法步骤的执行次数与问题的规模有关。

在学习过程中，教师要注重学生在探究解决问题过程中的合作方式，在设置任务的时候，对分工进行合理的安排与建议，让学生明确自己在任务中承担的角色，这样就让每个学生都能够参与进来，从而使得小组合作更加高效，学生学习体验感更好。

真实情境拓展：“外卖的生死时速”，理解合理使用算法的时间效率

经过学习，学生已经对算法的时间效率有了一定的认识，教师提出问题“如今，算法的时间效率已经成为衡量算法优劣的标准之一，那么，是不是算法的时间效率越高越好呢？”，并展示两个真实案例（如图2），布置任务三。

任务三：思考与展望——是不是算法的时间效率越高越好？

学生发表观点：我觉得应根据实际情况来考虑，就像案例二里的外卖，可以适当放宽送餐时间，保证送餐的安全。不能什么都听算法的，还要考虑实际情况。

通过两个真实案例，让学生感受算法是为了服务生活，而不是盲目地追求算法的时间效率，因此应该合理地去利用它。这样，通过正反举例算法时间效率的应用，让学生在感受算法给生活带来便捷的同时，明白应合理使用算法的时间效率，不然会适得其反。

基于真实问题解决的教学设计思考

在信息科技实验教学中，教师应结合学生的生活实际和认知特点，创设真实的教学情境。例如，通过“谁是卧底”的真实案例，引导学生发现枚举法在生活中的局限性，促使学生发散思维，尝试思考不同的解决方法。通过不断地探索，从多分法到二分法，发现解决问题的效率在不断提高，从而引出算法的时间效率。经过“谁是卧底”实例的学习，学生对算法的时间效率已经有初步的认识。在此基础上，教师再让学生对比枚举法和二分法，在小组合作的基础上，通过程序测算，填写表格，发现影响算法时间效率的因素，从而深入了解算法的时间效率与步骤的执行次数和问题的规模有关。需要注意的是，教师要根据学生的实际情况和教学目标，设计具有层次性和递进性的任务。任务应从简单到复杂、从基础到高级逐步推进，让学生在完成任务的过程中逐步提升能力。

参考文献：

[1]马云飞，肖龙海，董洪丹.核心素养导向下学科教学“真问题”的设计：意蕴、形态与寻解[J].中国电化教育，2022（09）：122-129.

[2]孙俊梅，赵梅，董晋军.项目式学习理念下小学信息科技学科大单元设计——以“身边的算法”为例[J].中国信息技术教育，2023（16）：58-61.