摘要：本文選取新課標(biāo)第三學(xué)段“身邊的算法”的內(nèi)容模塊，以Python for循環(huán)語(yǔ)句為例，設(shè)計(jì)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)活動(dòng)，旨在探索和解決編程算法原理探究與科技實(shí)踐應(yīng)用的挑戰(zhàn)，有效提升學(xué)生核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué)；小學(xué)信息科技；編程算法

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 論文編號(hào)：1674-2117（2024）22-0000-03

問(wèn)題提出

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》明確提出信息科技課程“要遴選科學(xué)原理與實(shí)踐應(yīng)用并重的課程內(nèi)容，體現(xiàn)‘科’‘技’并重”?！吨行W(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)基本目錄（2023年版）》梳理了新課程理念下構(gòu)建學(xué)科核心概念、核心規(guī)律、核心實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)與技能所應(yīng)開(kāi)展的基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)及實(shí)踐活動(dòng)，其中包括信息科技、信息技術(shù)、編程等豐富多樣的實(shí)踐活動(dòng)形式。教育部在發(fā)文《加強(qiáng)信息科技實(shí)驗(yàn)教學(xué)，發(fā)揮信息科技育人價(jià)值》中強(qiáng)調(diào)：“在信息科技課程教學(xué)中，必須重視學(xué)科實(shí)踐和實(shí)驗(yàn)教學(xué)?！比欢诂F(xiàn)實(shí)的教學(xué)中，小學(xué)信息科技編程教學(xué)注重編程技能的培養(yǎng)，缺乏對(duì)原理和問(wèn)題的探究。這種教學(xué)模式限制了學(xué)生創(chuàng)新思維和創(chuàng)造能力的培養(yǎng)，同時(shí)，實(shí)踐活動(dòng)的缺乏也影響了學(xué)生將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際問(wèn)題解決的能力。為探索和破解編程算法原理探究和科技實(shí)踐實(shí)施的難題，有效落實(shí)新課標(biāo)的要求，提升學(xué)生的核心素養(yǎng)，本文選取新課標(biāo)第三學(xué)段“身邊的算法”的內(nèi)容模塊，基于learnsite學(xué)習(xí)平臺(tái)和筆者自主開(kāi)發(fā)的思維可視化交互學(xué)習(xí)工具，以Python for循環(huán)語(yǔ)句為例，設(shè)計(jì)探究循環(huán)算法原理的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)。

教學(xué)設(shè)計(jì)

本課選自新課標(biāo)第三學(xué)段“身邊的算法”的內(nèi)容，引入了生活中的實(shí)例——中式古建筑的花窗圖案。本課的教學(xué)目標(biāo)為：通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究理解算法的循環(huán)控制結(jié)構(gòu)；能用自然語(yǔ)言、流程圖描述算法；通過(guò)明確的、可執(zhí)行的操作步驟描述問(wèn)題的求解方案，并用程序進(jìn)行驗(yàn)證，得出結(jié)論；把實(shí)驗(yàn)結(jié)論應(yīng)用到實(shí)際案例中，解決問(wèn)題。

1.創(chuàng)設(shè)情境

教師展示中國(guó)的古典建筑——花窗圖案，介紹花窗圖案的寓意。在學(xué)生了解多個(gè)花窗圖案和寓意后，教師提出問(wèn)題：“同學(xué)們能發(fā)現(xiàn)這些花窗圖案有什么規(guī)律嗎？”學(xué)生回答：“這些花窗圖案是由某個(gè)圖形重復(fù)旋轉(zhuǎn)或平移得到的?！苯處煆?qiáng)調(diào)這個(gè)圖形為循環(huán)算法中的“基礎(chǔ)圖形”。教師通過(guò)深入提問(wèn)“計(jì)算機(jī)編程中如何快速畫出這些有規(guī)律的重復(fù)圖案呢？”進(jìn)一步引發(fā)學(xué)生思考。六年級(jí)的學(xué)生在五年級(jí)上冊(cè)已經(jīng)學(xué)習(xí)了編程貓中的重復(fù)執(zhí)行積木，但當(dāng)時(shí)學(xué)生只了解角色動(dòng)作的重復(fù)執(zhí)行，對(duì)其中的原理缺乏深入的探究。教師播放微課，回顧編程貓的重復(fù)執(zhí)行積木，并引出Python for循環(huán)語(yǔ)句。

2.實(shí)驗(yàn)探究

與編程貓的重復(fù)執(zhí)行積木不同，Python編程中的for循環(huán)語(yǔ)句在每一次循環(huán)中都有一個(gè)參數(shù)在不斷發(fā)生變化，這個(gè)參數(shù)讓循環(huán)執(zhí)行擁有了“判斷力”。每次循環(huán)，判斷循環(huán)參數(shù)是否還在序列中。如果在，取出該值提供給循環(huán)體內(nèi)的語(yǔ)句使用；如果不在，則結(jié)束循環(huán)。教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行試驗(yàn)探究，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中獲取循環(huán)算法的原理，在實(shí)驗(yàn)探究中完成教學(xué)目標(biāo)。

實(shí)驗(yàn)探究共分為四個(gè)步驟，即分析問(wèn)題、提出假設(shè)、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、得出結(jié)論。學(xué)習(xí)小組利用筆者設(shè)計(jì)的思維可視化交互學(xué)習(xí)工具，通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究理解for循環(huán)算法的原理和用法，培養(yǎng)計(jì)算思維。

（1）分析問(wèn)題

學(xué)生通過(guò)微課掌握了for循環(huán)語(yǔ)句的基本結(jié)構(gòu)，并了解了控制循環(huán)次數(shù)的關(guān)鍵語(yǔ)句。通過(guò)Python語(yǔ)言中獨(dú)特且嚴(yán)格的縮進(jìn)規(guī)則讓學(xué)生明白在for循環(huán)中如何正確使用基本的控制語(yǔ)句。教師提供了一段程序代碼，學(xué)生需要根據(jù)這段代碼分析出循環(huán)體中生成的基礎(chǔ)圖形，并使用畫筆在交互學(xué)習(xí)工具中畫出來(lái)。學(xué)生將獨(dú)立完成這一步驟，通過(guò)他們繪制的基本圖形，教師可以獲取反饋，從而判斷學(xué)生是否已經(jīng)理解for循環(huán)語(yǔ)句的結(jié)構(gòu)。這樣的反饋有助于教師評(píng)估學(xué)生的理解程度，并據(jù)此調(diào)整教學(xué)策略，以確保實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)能夠順利進(jìn)行。

（2）提出假設(shè)

學(xué)生通過(guò)小組合作的方式，積極討論并推測(cè)基礎(chǔ)圖形在循環(huán)中的重復(fù)執(zhí)行次數(shù)。他們需要利用交互學(xué)習(xí)工具模擬并繪制出重復(fù)后的完整圖案，這個(gè)過(guò)程讓學(xué)生的思維可視化，為小組討論、分享思考的過(guò)程提供了支架。在這個(gè)過(guò)程中，變量i的變化是關(guān)鍵，學(xué)生不僅要猜測(cè)i的初始值和最終值，還要探討在每次循環(huán)迭代中i的具體變化，并詳細(xì)記錄這些變化。在實(shí)驗(yàn)探究的過(guò)程中，學(xué)生提出的假設(shè)并非無(wú)中生有，而是基于他們已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行合理的推論和預(yù)測(cè)。教師可以通過(guò)學(xué)生的假設(shè)觀察他們的思維過(guò)程，了解他們是如何將已有知識(shí)與新問(wèn)題聯(lián)系起來(lái)的。這種基于假設(shè)的探究方式不僅能夠激發(fā)學(xué)生的好奇心，促使他們積極思考問(wèn)題的多種解決方案，而且還能鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用邏輯推理來(lái)構(gòu)建合理的解釋。這樣的過(guò)程有助于培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維能力，使他們能夠更加深入地分析問(wèn)題，評(píng)估不同解決方案的可行性，并從中選擇最佳的解決路徑。

（3）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

學(xué)生通過(guò)登錄learnsite學(xué)習(xí)平臺(tái)，自主運(yùn)行Python程序來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。這一步驟學(xué)生能夠獨(dú)立操作。隨著程序的執(zhí)行，他們將深入理解Python中for循環(huán)的語(yǔ)法結(jié)構(gòu)及算法原理。學(xué)生需要仔細(xì)觀察Python海龜如何根據(jù)基本圖形畫出重復(fù)后的圖案，記錄變量i在每次循環(huán)迭代中的變化情況，并將這些觀察結(jié)果與先前的猜想進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證其一致性。這種觀察過(guò)程對(duì)于學(xué)生把握循環(huán)邏輯的原理至關(guān)重要，它不僅幫助學(xué)生形成準(zhǔn)確的結(jié)論，還有助于培養(yǎng)他們的觀察力、分析力和邏輯思維能力。這一過(guò)程也鼓勵(lì)學(xué)生勇于提出假設(shè)，并在實(shí)踐中檢驗(yàn)這些假設(shè)，從而不斷優(yōu)化自己的思考和解決問(wèn)題的方法。

（4）得出結(jié)論

在完成實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證后，學(xué)生進(jìn)入結(jié)論提煉階段。他們將仔細(xì)對(duì)比最初的猜想與實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果，通過(guò)這種對(duì)比分析，學(xué)生能夠明確得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。具體來(lái)說(shuō)，他們將理解在for i in range（n）循環(huán)算法中代碼塊會(huì)重復(fù)執(zhí)行n次，而變量i則會(huì)從0開(kāi)始依次變化，直到n-1；而i每變化一次，控制體中的基本圖形將重復(fù)執(zhí)行一次；當(dāng)i不滿足循環(huán)體條件時(shí)，即i大于等于n時(shí)，循環(huán)將結(jié)束。這一發(fā)現(xiàn)幫助學(xué)生深入理解了for循環(huán)算法的工作原理，并且強(qiáng)化了他們對(duì)循環(huán)控制結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)。

得出結(jié)論的過(guò)程涉及對(duì)實(shí)驗(yàn)探究中收集的所有數(shù)據(jù)和觀察到的結(jié)果進(jìn)行系統(tǒng)的整理和分析。通過(guò)這樣的實(shí)踐，讓學(xué)生學(xué)會(huì)了如何從復(fù)雜的現(xiàn)象中提煉出本質(zhì)規(guī)律，并將這些規(guī)律應(yīng)用到新的情境中去，這對(duì)于培養(yǎng)他們解決實(shí)際問(wèn)題的能力具有重要意義。此外，這種基于證據(jù)的推理過(guò)程也讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到，科學(xué)結(jié)論的形成是一個(gè)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃伎歼^(guò)程，需要有充分的證據(jù)和進(jìn)行合理的論證。

最后，教師對(duì)實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程進(jìn)行了細(xì)致的反饋，并對(duì)此進(jìn)行了小結(jié)，重點(diǎn)闡釋了for循環(huán)算法的工作原理。針對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和遇到的問(wèn)題，教師適時(shí)引入了教學(xué)微課，這種教學(xué)方法確保了教學(xué)內(nèi)容能夠根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和需求來(lái)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了以學(xué)定教。

3.實(shí)踐應(yīng)用

在本環(huán)節(jié)，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行小組合作，學(xué)以致用。學(xué)生以小組為單位選擇其中一個(gè)花窗圖案在交互學(xué)習(xí)工具上進(jìn)行分析并記下步驟。學(xué)生在小組內(nèi)討論出算法，組長(zhǎng)則負(fù)責(zé)在工具里畫出來(lái)和寫下步驟；小組各成員在自己計(jì)算機(jī)上編寫程序、調(diào)試程序，保存上交；完成的學(xué)生可欣賞其他小組的編程作品，并給予點(diǎn)贊和評(píng)分；最后，教師邀請(qǐng)小組上臺(tái)展示設(shè)計(jì)思路和程序。通過(guò)實(shí)踐應(yīng)用環(huán)節(jié)，讓學(xué)生把掌握的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際案例中，使學(xué)生對(duì)for循環(huán)語(yǔ)句有了更深的理解。

4.分享小結(jié)

在課堂的最后階段，教師鼓勵(lì)學(xué)生分享學(xué)習(xí)心得，并共同回顧本課的重點(diǎn)和難點(diǎn)。這一過(guò)程不僅鞏固了所學(xué)知識(shí)，而且促進(jìn)了學(xué)生之間相互學(xué)習(xí)和思想交流。

教學(xué)反思

1.借助教學(xué)資源和平臺(tái)，搭建學(xué)習(xí)支架

實(shí)驗(yàn)教學(xué)與編程算法教學(xué)相結(jié)合的課堂實(shí)踐需要教師給學(xué)生提供及時(shí)且充足的學(xué)習(xí)支架，讓學(xué)生能夠有效地利用各種學(xué)習(xí)資源，主動(dòng)積極地開(kāi)展實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。在本節(jié)課中，學(xué)生能借助筆者自主開(kāi)發(fā)的思維可視化交互學(xué)習(xí)工具分析for循環(huán)語(yǔ)句的基礎(chǔ)圖形，猜想循環(huán)一定次數(shù)后畫出的圖形，對(duì)變量i的變化進(jìn)行判斷和填空，快速地保存結(jié)果，并把分析結(jié)果通過(guò)learnstise平臺(tái)與其他同學(xué)進(jìn)行分享。因?yàn)橛辛私换W(xué)習(xí)工具和learnsite學(xué)習(xí)平臺(tái)輔助教學(xué)，學(xué)生的思維變得可視化、可分享，小組的實(shí)驗(yàn)探究、交流的時(shí)間大大縮短。同時(shí)這樣也能記錄學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究的過(guò)程，記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)和成果，方便教師根據(jù)反饋調(diào)整教學(xué)。

2.充分設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，創(chuàng)新教學(xué)內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)教學(xué)與編程算法教學(xué)相結(jié)合的課堂實(shí)踐關(guān)鍵在于實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的設(shè)計(jì)。作為信息科技教師，要對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化，并充分結(jié)合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，設(shè)計(jì)生動(dòng)有趣的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，推進(jìn)以學(xué)生為主體的學(xué)習(xí)方式創(chuàng)新。本案例結(jié)合小學(xué)六年級(jí)學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，根據(jù)中國(guó)古典建筑中花窗圖案重復(fù)且有規(guī)律的特點(diǎn)進(jìn)行情境創(chuàng)設(shè)，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到程序能解決重復(fù)性問(wèn)題，并進(jìn)行for循環(huán)語(yǔ)句的探究，通過(guò)分析、假設(shè)、驗(yàn)證、結(jié)論等環(huán)節(jié)，讓學(xué)生在自主探究中明白for循環(huán)語(yǔ)句的原理，化被動(dòng)為主動(dòng)，達(dá)到對(duì)問(wèn)題的深入理解。

結(jié)語(yǔ)

本研究通過(guò)深入探討與實(shí)踐，見(jiàn)證了實(shí)驗(yàn)教學(xué)法在小學(xué)信息科技編程算法教學(xué)中的顯著成效。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種教學(xué)方法能夠顯著提高學(xué)生對(duì)算法的理解和應(yīng)用能力，同時(shí)也增強(qiáng)了他們的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐技能。未來(lái)，我們將繼續(xù)探索和優(yōu)化教學(xué)策略，以期在小學(xué)信息科技教育領(lǐng)域取得更加豐碩的成果，為培養(yǎng)下一代的領(lǐng)軍人才奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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