【太仓市课题研究课案例】 校级备案课题+《算法的描述——给大象称重》课题研究课设计+冯心纯.docx

上课课题：《算法的描述——给大象称重》

l 执教者：太仓市高新区第二小学，冯心纯；上课时间：2024年11月22日；

上课班级：太仓市高新区第二小学六年级（1）班

一、课题简介

1. 课题基本信息：

《基于算法逻辑主线发展小学生计算思维的研究》；校级备案课题；立项时间：2024年5月；编号：XL2004-02；主持人：冯心纯；单位：太仓市高新区第二小学。

2. 核心概念界定：

算法逻辑主线：《义务教育信息科技课程标准(2022年版)》(以下简称“新课标”)围绕数据、算法、网络、信息处理、信息安全、人工智能六条逻辑主线，设计了循序渐进、螺旋式发展的义务教育全学段内容模块。算法是非常重要且必不可缺的一条主线，它既是计算思维的核心要素之一，也是人工智能得以普遍应用的三大支柱之一，《新课标》中将其定义为“解决问题的步骤和过程”。根据学生的认知规律和课程内容的知识梯度，算法逻辑主线纵向可分为低、中、高三层次。在本课题中，通过调研和分析梳理出算法逻辑主线的独特价值与意义，并且围绕这一逻辑主线，自主设计与开发第三学段、内容模块五《身边的算法》中“算法的描述”“算法的执行”“算法的效率”三部分内容的教学系列活动。

计算思维：计算思维是信息科技课程要培养的核心素养之一。《新课标》中将其定义为“个体运用计算机科学领域的思想方法，在问题解决过程中涉及的抽象、分解、建模、算法设计等思维活动”。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。由于学生的纵向发展存在一定的认知差异，在本研究中，以布鲁姆认知层次理论为基础，将计算思维划分为与围绕算法逻辑主线设计的内容模块《身边的算法》相匹配的三个能力层级：理解——对问题进行抽象、分解、建模；应用——通过设计算法形成当前问题的解决方案；创造——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。

基于算法逻辑主线发展小学生计算思维的研究：随着时代的逐步发展和科技的不断进步，人们的学习和生活随之发生巨变，人们的思维模式也处于不断转变之中。与此同时，计算思维的重要性愈加凸显，被认为是信息化社会中人们不可缺少的核心能力之一。信息科技课程是计算思维培养的重要载体，因此在本课题中，结合《新课标》中“算法”这一逻辑主线以及第三学段、内容模块五《身边的算法》相关内容展开研究，通过将算法逻辑主线和计算思维的三个学段特征、要素及内涵相对应，明确算法逻辑主线具有低阶、中阶、高阶三大层次，且呈现螺旋上升的发展趋势。为进一步挖掘学生对其纵向发展的认知差异，深入研究基于算法逻辑主线发展小学生计算思维的实践路径，以支持计算思维能力层级的有效培养与提升。

3. 研究目标：

总目标：

将《新课标》中所提及的算法逻辑主线三大层次和计算思维发展中的三个能力层级相对应，从而探究小学生在“算法的描述”“算法的执行”“算法的效率”三个部分的学习内容中，其计算思维的发展情况。通过探究《身边的算法》三部分内容的设计与教学实践，以期帮助学生从理解到应用、再到创造，从而达到其计算思维能力层级的提升。

具体目标：

（1）通过调研和分析小学信息科技课堂中算法逻辑主线相关内容的教学现状，梳理出围绕算法逻辑主线三个教学内容的价值与意义；通过问卷调查，探究小学生计算思维发展现状。

（2）通过对内容模块《身边的算法》进行教学内容的自主设计与开发，尝试在三个部分的教学中探究出合适的教学方法与策略。

（3）通过课堂观察表、计算思维评价量表，探究学生的计算思维在三个内容教学过程中的层级发展情况，从而建构出基于算法逻辑主线发展小学生计算思维的教学实践路径。

（4）根据评价结果进行反思与优化，以此了解该教学路径的实际应用效果及其对学生计算思维发展的影响。

4.研究主要内容：

根据目前小学信息科技课堂围绕算法逻辑主线展开教学存在的问题以及各校小学生计算思维发展不均衡的现状，本研究尝试在小学信息科技课堂中，探索基于算法逻辑主线发展小学生计算思维的教学实践路径。具体研究内容如下：

（1）对目前小学信息科技课堂中算法逻辑主线相关内容的教学现状进行调研和分析，梳理出围绕算法逻辑主线三个教学内容的价值与意义，形成文献综述；通过问卷调查，探究目前小学生计算思维的发展情况和所处层级，形成调查报告。

（2）基于目前教学现状和理论研究，对内容模块《身边的算法》的教学内容进行自主设计与开发，在三个部分的教学中探究出合适的教学方法与策略。

（3）围绕算法逻辑主线的三部分教学内容在本市各小学开展多轮行动研究，通过课堂观察表、计算思维评价量表，探究学生的计算思维在三个内容教学过程中的层级发展情况，构建出基于算法逻辑主线发展小学生计算思维的教学实践路径，并根据评价结果进行反思与优化。

（4）整体教学实践结束后，通过过程性评价和总结性评价相结合的方式，搜集并整理教学实践中的课堂观察表、导学单、小组作品、计算思维评价量表等资料，以此来了解该教学路径的实际应用效果及其对学生计算思维的层级发展情况的影响。

二、研究课说明：

1.研究主题：以“算法的描述”助力小学第三学段学生计算思维发展的课堂实践研究

2.需解决的问题：

（1）学生层面

如何帮助第三学段学生克服对算法概念的陌生感和抽象性，使其能够准确理解算法的含义和作用？

怎样设计教学活动，让学生直观地感受算法在解决问题中的具体应用，从而加深对算法的理解？

面对不同学生在计算思维方面的基础差异，如何进行分层教学，确保每个学生都能在原有基础上实现计算思维的发展？

怎样识别学生的计算思维水平层次，为其提供个性化的学习支持和挑战？

（2）教学层面

合适的算法描述方法选择：对于第三学段的学生，哪种算法描述方法（自然语言、流程图等）最为有效？如何根据不同的教学内容和学生特点进行选择？怎样将多种算法描述方法有机结合，以更好地帮助学生理解和应用算法？

教学内容与算法融合难题：如何将小学第三学段的各学科知识与算法描述巧妙融合，设计出既符合学科要求又能培养计算思维的教学内容？在融合过程中，如何避免教学内容的碎片化和算法的生硬植入，确保教学的连贯性和系统性？

课堂教学策略有效性：什么样的课堂教学策略能够最大程度地激发学生的学习兴趣和参与度，促进其计算思维的发展？

3.本节课设计意图：

通过介绍算法及其不同的描述方法，让小学第三学段的学生初步认识算法，理解算法在解决问题中的重要性，掌握不同的算法的描述方法，为培养学生计算思维奠定基础，进而在后续学习中能够按需运用算法的描述方法去解决实际问题，实现计算思维的发展。

4.理论、理念说明：

《新课标》明确提出，“以数据、算法、网络、信息处理、信息安全、人工智能为课程逻辑主线，按照义务教育阶段学生的认知发展规律，统筹安排各学段学习内容。”其中，算法作为六条关键的课程逻辑主线之一，具有至关重要的地位。而计算思维作为信息科技的四大核心素养之一，更是学生在信息时代必备的能力。通过将算法这一学科概念作为贯穿全学段的逻辑主线，能够为学生精心构造一个科学、完整且便于教学组织的学科知识体系。

（1）建构主义理论

建构主义强调学生在学习过程中的主动建构性。学生不是被动地接受算法知识，而是通过自己的思考、探索和与他人的互动，主动地建构对算法的理解。

（2）计算思维理论

计算思维是一种运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计以及人类行为理解等涵盖计算机科学之广度的一系列思维活动。在本课题中，培养学生的计算思维是核心目标之一。通过算法的描述，学生可以学会问题分解、抽象、算法设计和评估等计算思维的关键技能。

（3）多元智能理论

多元智能理论认为每个人都具有多种智能，包括语言智能、逻辑数学智能、空间智能、身体运动智能等。在教学中，应根据学生的不同智能特点，采用多样化的教学方法和手段，以满足学生的个性化学习需求。例如，对于语言智能较强的学生，可以让他们用自然语言来描述算法；对于空间智能较强的学生，可以让他们通过绘制流程图来理解算法；对于逻辑数学智能较强的学生，可以让他们用伪代码来设计算法。这样可以充分发挥学生的优势智能，提高教学效果。

（4）STEAM教育理念

STEAM教育强调跨学科融合，将科学、技术、工程、艺术和数学等学科有机地结合起来，培养学生的综合素养和创新能力。在本课题中，可以将算法的学习与其他学科进行融合，例如在数学学科中，可以通过算法来解决数学问题；在科学学科中，可以用算法来模拟实验过程；在工程学科中，可以用算法来设计简单的系统。通过跨学科的学习，学生可以更好地理解算法的应用价值，提高自己的综合素养和创新能力。

5.研究方法：课堂观察法、案例分析法

三、课堂活动单

【学习目标】

一、知识技能目标

1.帮助学生准确理解算法的基本概念。通过具体的实例展示，让学生认识到算法是解决问题的有明确步骤的方法，具有确定性、有穷性等特征，并且在日常生活和学习中有着广泛的应用。

2.帮助学生熟练掌握不同的算法描述方法，即自然语言（直接的表述与使用专业连接词的优化表述）、流程图，通过实际案例的分析和练习，让学生能够根据不同的问题选择合适的描述方法，并运用这些方法来描述算法。

二、问题解决目标

1.培养学生运用算法解决实际问题的能力，引导学生运用所学的算法知识和描述方法，将问题分解为具体的步骤，设计出合理的算法解决方案。

2.提升学生的问题分析和抽象能力。面对复杂的问题，学生需要学会分析问题的关键要素和逻辑关系，将其抽象为算法可以处理的形式。通过反复的练习和讨论，学生的问题分析和抽象能力将得到不断的锻炼和提高。

三、学科思维目标

1.培养学生的计算思维。

2.促进学生跨学科思维的发展，让学生体会到算法在不同学科中的应用价值，也鼓励学生将算法思维运用到其他学科的学习中，提高学习的效率和质量。

【活动方案】

《算法的描述——给大象称重》

一、故事情境，激发兴趣

1. 播放动画视频《两头大象的对话》，提问：大象如何称重？

【设计意图】通过播放《两头大象的对话》动画视频，迅速吸引学生注意力，引发其对大象称重问题的好奇与思考，激发学生的学习兴趣和探究欲望，为后续教学活动奠定良好的情感基础。

2. 介绍现代称重常用工具，从小到大展示生活中的常用的电子计量秤，引出大型电子计量秤——地秤。播放视频《称象》。

【设计意图】从现代称重常用工具逐步过渡到地秤，展示不同类型的电子计量秤，拓宽学生对计量工具的认知视野。播放《称象》视频，将古代与现代称重方式形成对比，自然地引出利用地秤称象这一教学示例，使学生初步感知称重的实际应用场景，同时也为后续深入探讨算法做好铺垫。

3.让学生用自己的话描述地秤称象的步骤。

（1）备好地秤；

（2）把大象赶上去；

（3）读取重量数据；

（4）记录大象重量。

总结：“使用地秤给大象称重，其实就是一个解决问题的过程，而这个过程就是我们所说的算法。算法就是解决问题的一系列步骤和方法。”

3. 引出课题：今天，我们就以给大象称重为例，一起来学习和探究常用的算法描述方法。（板书：课题）

【设计意图】让学生用自己的话描述地秤称象步骤，旨在锻炼学生的观察力、逻辑思维和语言表达能力。通过学生自主描述，教师能更好地了解学生对问题的初步认知水平，进而总结出算法的概念，让学生在具体实例中理解算法就是解决问题的一系列步骤和方法，使抽象概念具体化，易于学生接受。

二、结合实例，描述算法

1.算法的描述——自然语言

刚刚大家已经用自己的话给地秤称象算法进行了描述。这就是使用了自然语言去描述算法，是常用的描述方法之一。（板书：自然语言）

预设1：学生先前描述，已用上连接词

直接引出优化自然语言描述

提供一些专业连接词，如顺序类“首先”“然后”“接着”“最后”等。

预设2：学生先前描述，未用上连接词

提问：如何体现各步骤的先后顺序呢？

提供一些专业的连接词，如“首先”“然后”“接着”“最后”等。

学生分享优化后的描述。

提问：使用连接词优化自然语言的描述后，你有什么新的感受？

【设计意图】引导学生学会使用更规范、更具逻辑性的语言来描述算法，使描述更加清晰、有条理，培养学生严谨的思维习惯和语言组织能力。

2.算法的描述——流程图

对于复杂的问题，用自然语言进行描述，缺乏直观性和简洁性，有时还会产生歧义，引出算法常用的描述方法二：流程图

介绍流程图的使用规范，包括各种图形的含义（如开始和结束用椭圆、步骤用矩形、判断用菱形等）、流程的方向（用箭头表示）。

介绍算法中的最基本的结构——顺序结构。（板书：顺序结构）

给出地秤称象过程中的各个步骤选项，让学生完成这一份流程图。

教师对学生完成的流程图进行点评并结合该实例讲解算法的特征，可行性、有穷性、确定性、输入、输出。（板书：算法的特征）

【设计意图】介绍流程图的使用规范，使学生了解一种直观、形象且规范化的算法表示方式，有助于培养图形思维和逻辑思维能力。以地秤称象为例让学生完成流程图，加深学生对算法顺序结构的理解，同时通过对完成的流程图进行点评并讲解算法特征，让学生在实践操作与理论学习相结合的过程中，全面掌握算法顺序结构及相关特征，为后续复杂算法结构的学习奠定基础。

三、知识迁移，解决问题

1.提问：在科技并不发达的千年前，古人如何称象？

分享历史故事《曹冲称象》，和学生一起梳理关键步骤。

2.小组合作，4人合作完成曹冲称象流程图。

3.展示小组流程图，提问：使用顺序结构能否画出曹冲称象流程图？师生互动，组间辩论。

介绍选择和循环结构，学生再次思考，修改完善流程图。（板书：选择结构、循环结构）

4.提问：使用流程图描述算法和自然语言描述相比有什么独特的优势？

5.补充其他算法的描述方法。（伪代码、编程语言等）

【设计意图】组织学生进行小组合作完成曹冲称象流程图，培养学生的团队协作能力、沟通交流能力和问题解决能力。在学生完成流程图过程中，通过提问“使用顺序结构能否画出曹冲称象流程图？”引发师生互动和组间辩论，激发学生的批判性思维和深入思考能力，促使学生主动发现顺序结构在描述某些复杂算法时的局限性，从而自然地引出选择和循环结构，让学生在实践与讨论中深刻理解不同算法结构的特点和应用场景，提高学生对算法结构的综合运用能力和灵活应变能力。

四、评价总结，学以致用

1.学生自评

学生完成互动游戏，进行自我评价。

2. 教师总结：同学们，算法在我们的学习和生活中无处不在，在面对不同问题时，我们要学会选用合适的方法进行算法的描述，帮助我们更好地解决问题。

【设计意图】为学生提供更广阔的算法学习视野，激发学生对算法学习的进一步兴趣和探索欲望，使学生初步了解算法描述方法的多样性和丰富性，为后续深入学习算法相关知识做好铺垫。

【教学反思】

本节课通过多种教学方式引导学生逐步深入理解算法概念、掌握算法描述方法，整体教学过程有一定成效，但也存在一些有待改进之处。

一、成功之处

情境创设激发兴趣：以动画视频入手，成功吸引了学生的注意力，充分激发了他们的好奇心与求知欲。学生们积极参与到大象称重问题的讨论中，为后续课程内容的顺利展开奠定了良好基础。引入《称象》视频，不仅在古今对比中自然引出地秤称象这一教学示例，还让学生感受到算法在不同历史时期解决实际问题的应用，增强了学生对算法实用性的认知。

多元教学方法促进理解：采用了实例讲解、小组合作、互动游戏等多元教学方法。小组合作完成曹冲称象流程图的过程中，学生们相互交流、思想碰撞，有效地促进了他们对选择和循环结构的理解，培养了团队协作能力与批判性思维。

知识迁移与拓展适度：从现代地秤称象到古代曹冲称象的过渡，巧妙地实现了知识的迁移。在学生掌握了基本的算法描述方法后，通过曹冲称象这一复杂案例，引导学生发现顺序结构的局限性，进而引入选择和循环结构，既丰富了学生对算法结构的认识，又没有超出学生的认知负荷，使学生能够逐步深入地理解算法在解决不同复杂程度问题时的应用，为后续进一步学习算法知识做好了铺垫。

二、不足之处

学生个体差异关注不够：在教学过程中，虽然设计了一些互动环节和小组合作，但对于学习能力较强的学生，教学内容可能略显基础，未能充分满足他们的拓展需求；而对于学习基础薄弱、逻辑思维和理解能力稍差的学生，在自然语言描述算法的逻辑梳理以及流程图绘制的指导上，还需要给予更多的一对一辅导和针对性练习。例如，部分学生在理解流程图中各种图形的含义和使用场景时较为困难，尽管进行了讲解和练习，但仍有学生未能完全掌握，导致在绘制曹冲称象流程图时出现较多错误。

小组合作引导欠精细：小组合作完成曹冲称象流程图时，部分小组出现分工不合理、协作效率低的情况。这反映出在小组合作前，对小组分工和协作方式的引导不够细致具体，没有充分考虑到学生在团队协作方面可能缺乏经验和方法。例如，有些小组在讨论过程中缺乏主导者，导致讨论方向不明确，时间浪费较多；而有些小组则是个别学生主导，其他学生参与度不高，未能充分发挥小组合作的优势，使每个学生都得到锻炼和提升。

三、改进措施

分层教学满足差异：根据学生的学习能力和基础水平，设计分层教学任务。对于学有余力的学生，提供拓展性的算法应用案例或挑战性的算法设计题目，鼓励他们深入探究算法的优化和创新应用；对于学习困难的学生，在课堂上安排更多的辅导时间，如小组内学优生与学困生结对互助，帮助他们逐步提高逻辑思维和算法理解能力，确保每个学生都能在原有基础上有所进步。

精细指导小组合作：在今后的小组合作教学前，增加对小组协作技巧的培训环节。例如，教授学生如何进行角色分工（如组长、记录员、汇报员、问题提出者等），明确各角色的职责和任务；引导学生学会倾听他人意见，鼓励积极参与讨论，制定小组讨论规则（如轮流发言、尊重不同观点等）。在小组合作过程中，加强巡视和指导，及时发现并解决小组协作中出现的问题，确保小组合作能够高效有序地进行，让每个学生都能充分参与到团队学习中，提高团队协作能力和学习效果。

通过执教本次课题研究课，我认识到了教学过程中的优点与不足，明确了改进方向。在今后的教学中，我将不断优化教学设计，关注学生个体差异，加强小组合作引导，努力提高教学质量，让学生更好地掌握算法知识，提升计算思维和解决问题的能力。

 

研修记录

课题名：《基于算法逻辑主线发展小学生计算思维的研究》

参赛课研究主题：以“算法的描述”助力小学第三学段学生计算思维发展的课堂实践研究

所要解决的主要问题：

（1）学生层面

如何帮助第三学段学生克服对算法概念的陌生感和抽象性，使其能够准确理解算法的含义和作用？

怎样设计教学活动，让学生直观地感受算法在解决问题中的具体应用，从而加深对算法的理解？

面对不同学生在计算思维方面的基础差异，如何进行分层教学，确保每个学生都能在原有基础上实现计算思维的发展？

怎样识别学生的计算思维水平层次，为其提供个性化的学习支持和挑战？

（2）教学层面

合适的算法描述方法选择：对于第三学段的学生，哪种算法描述方法（自然语言、流程图等）最为有效？如何根据不同的教学内容和学生特点进行选择？怎样将多种算法描述方法有机结合，以更好地帮助学生理解和应用算法？

教学内容与算法融合难题：如何将小学第三学段的各学科知识与算法描述巧妙融合，设计出既符合学科要求又能培养计算思维的教学内容？在融合过程中，如何避免教学内容的碎片化和算法的生硬植入，确保教学的连贯性和系统性？

课堂教学策略有效性：什么样的课堂教学策略能够最大程度地激发学生的学习兴趣和参与度，促进其计算思维的发展？

研究课结构图：