指向真实问题解决的小学高年段信息科技学科编程教学实践

信息技术的快速发展使编程成为现代社会的一项基本技能。在数字化、智能化的趋势下，编程语言和计算思维已成为人们解决问题、创新实践的重要工具。在信息技术迅猛发展的时代背景下，编程教育正逐渐成为培养未来社会人才不可或缺的一环。特别是对于小学高年段学生而言，编程教育的引入不仅顺应了时代潮流，还是对学生认知发展、创新能力培养的重要支撑。而且小学高年段学生正处于逻辑思维和创新能力发展的关键时期，借助编程教育，可有效培养学生的逻辑思维、创新思维以及问题解决能力。

一、真实问题解决与编程教学的结合点

在编程教育领域，真实问题解决与编程教学的结合点体现在多个层面。编程，作为一种强大的工具，其核心价值在于能够解决实际问题。通过系统的编程教学，学生不仅能够掌握编程语言和技术，还能够培养运用这些技术解决实际问题的能力。这种以实际问题为驱动的教学方法使学习过程更具针对性和实效性，学生能够直观地看到编程技术的实际应用，从而加深对编程的理解和兴趣。

再者，真实问题的解决往往需要跨越学科的界限。编程教学在此过程中展现出其独特的跨学科融合潜力。通过与数学、物理、艺术等学科的结合，编程教学能够帮助学生建立更为全面的知识体系，培养学生在面对复杂问题时的综合素养。这种跨学科的教学模式，不仅丰富了编程教学的内容，还为学生提供了更广阔的视野和思维空间。

需要注意的是，真实问题的解决过程往往需要学生发挥创新思维。编程教学通过引导学生自主探索、尝试和调试，能够激发学生的创新思维，培养学生的创新能力和解决问题的能力。这种以创新为导向的教学方式，不仅有助于提升学生的编程技能，还能够培养学生的终身学习能力和适应未来社会变革的能力。

真实问题解决与编程教学的结合是编程教育领域的重要发展趋势，这种结合不仅能够提升学生的编程技能，还能够培养学生的综合素养和创新能力，为学生未来的发展奠定坚实的基础。

二、小学高年段信息科技编程教学实践策略

（一）明确教学目标与内容选择

在小学高年段的信息科技编程教学中，首要且至关重要的是明确并细化教学目标。这一阶段的教学目标不仅包括提升学生的信息素养，使其具备基本的计算机操作能力和信息技术应用能力，还要注重培养学生的逻辑思维能力和问题解决能力。学生应当通过编程学习，学会如何系统地分析问题、提出解决方案，并运用计算机语言实现算法设计，从而锻炼自身的逻辑推理能力和创新思维。

在教学内容的选择上，教师应注重实践性和应用性，让学生学习变量、循环、条件判断等基本概念，并通过完成小项目来加深理解。教师可以结合学生日常生活场景和社会科技热点问题，设计既富有趣味性又能激发学生探索欲望的编程项目。例如，Python和Scratch等编程语言，具有简单易懂、易于学习等特点，非常适合初学者入门。同时结合图形化编程工具，可以帮助学生更直观地理解编程语言的概念，提高学习兴趣和效率。在学习过程中，学生可以逐步掌握编程语言的基础知识，如变量、数据类型、控制结构、函数等概念，并通过实践操作，熟悉编程语言的语法规则和用法。

（二）创新教学方法与手段运用

1.项目式学习

项目式学习（PBL）是一种以学生为中心的教学模式，它强调在真实的问题情境中，学生通过团队合作的方式，从项目的需求分析、系统设计、编程实现到性能测试等一系列环节，全程参与并主导学习过程。这种方法不仅能够让学生深入理解计算机科学的基础知识，还能锻炼学生的实际操作能力和解决问题的能力。在项目式学习中，学生需要在实际的项目实践中学习和掌握编程技能，这有助于学生更好地理解编程在实际应用中的价值和作用。同时，项目式学习还强调团队合作和项目管理能力的培养，让学生学会如何与他人协作、如何规划项目进度、如何进行质量控制等，这些对于提升学生的综合素质和职业发展能力具有重要意义。

2.情境教学

情境教学则是一种通过创设贴近学生生活实际的教学情境，将抽象的编程知识寓于具体的生活场景之中，以帮助学生更好地理解和掌握的教学方法。例如，教师可以创设模拟超市收银系统、在线游戏开发等情境，让学生在解决实际问题的过程中学习编程知识，这不仅能够有效激发学生的学习兴趣和积极性，还能培养学生的逻辑思维能力和创新能力。

3.翻转课堂

翻转课堂是一种新型的教学模式，它能充分利用课前视频、微课等数字化资源，让学生在课前自主学习基础知识。在课堂上，教师主要负责组织讨论、引导学生进行实践操作和解决问题，从而实现了教学效率的最大化。通过翻转课堂模式，学生可以在课前自主安排学习进度，课堂上则有更多的时间进行深入交流和实际操作，这有助于培养学生的批判性思维能力和创新能力。

4.跨学科融合

跨学科融合是当前教育改革的重要趋势之一。在编程教学中，跨学科融合意味着将编程与其他学科（如数学、科学、艺术等）相结合，设计跨学科的项目和课程，这种教学模式有助于促进不同学科之间的相互渗透和融合，培养学生的综合素质和创新能力。通过跨学科融合的教学模式，学生可以在学习编程的同时，拓宽视野、提高跨学科素养。

（三）完善评价体系与反馈机制

1.多元化评价

在编程教育领域，实施多元化评价体系至关重要。该体系应整合形成性评价和终结性评价两种模式，以实现对学生的全面评估。形成性评价侧重于对学生学习过程的表现进行持续跟踪和评价，如课堂参与度、项目完成进度、技能掌握程度以及创新思维的发展等;而终结性评价则关注学生阶段性学习成果的考核，如编程项目的最终呈现、代码质量的审核、解决问题能力的测试等，通过项目展示、代码审查、同伴评价、自我评价等多种方式进行。

2.即时反馈

利用现代编程平台和工具中内置的实时反馈机制，教师可以有效提高学生的编程效率和错误排查能力。在学生编写代码的过程中即时识别出潜在的错误、不规范的写法以及可能存在的逻辑问题，并及时给出提示和建议，帮助学生立即修正错误，调整思路，从而避免在后续阶段出现更大的困扰。教师应在学生遇到困难时给予正面、具体的反馈，鼓励学生继续前进，帮助学生建立自信并明确改进方向。

3.个性化指导

在编程教学中，教师应考虑不同学生的个体差异和学习需求，实施个性化的指导策略。对于基础较为薄弱的学生，应提供基础性的辅导，帮助学生建立扎实的编程基础;而对于具备较强学习能力和兴趣的学生，可以设计更具挑战性的任务和项目，鼓励学生探索前沿技术，提升编程技能和创新思维能力。

三、指向真实问题解决的具体案例分析

案例一：智能垃圾分类器设计项目

1.学情分析

小学高年段的学生已经具备了一定的逻辑思维能力和初步的信息技术基础，对编程有一定的兴趣，但缺乏实践经验。学生喜欢动手操作，对新鲜事物充满好奇，渴望通过自己的努力解决实际问题。

2.教学内容与资源

编程语言：Scratch或Python（根据学生基础和学校条件选择）。

硬件资源：微型电脑（如Raspberry Pi）、摄像头传感器、颜色传感器、舵机、LED指示灯等。

软件资源：Scratch软件或Python IDE（如PyCharm、IDLE）、图像处理库（如OpenCV，若使用Python）。

教学材料：垃圾分类知识手册、项目设计模板、编程教程视频等。

3.教学活动设计

（1）导入阶段（1课时）

活动一：环保小课堂

内容：介绍垃圾分类的重要性和现状，引发学生对环保问题的关注。

形式：观看环保纪录片片段，小组讨论分享感想。

活动二：项目介绍

内容：介绍智能垃圾分类器的概念、功能和应用前景。

形式：教师展示PPT，激发学生的兴趣和好奇心。

（2）需求分析与设计阶段（2课时）

活动一：需求调研

内容：学生分组进行社区或学校垃圾分类现状调研，收集用户需求。

形式：问卷调查、访谈、实地考察等。

活动二：设计讨论

内容：根据调研结果，讨论并确定智能垃圾分类器的设计方案，包括功能模块、外观造型等。

形式：小组讨论、思维导图绘制、PPT汇报等。

（3）编程与硬件EnnL+0Ztw2v6BQST4z3BiA==搭建阶段（4课时）

活动一：编程基础培训

内容：教授Scratch或Python编程基础，包括变量、条件判断、循环等基本语法。

形式：教师讲解、学生操作练习。

活动二：传感器原理学习

内容：讲解摄像头传感器、颜色传感器等的工作原理和应用方法。

形式：观看教学视频、实验操作演示。

活动三：编程实现

内容：学生分组编写程序，控制传感器识别垃圾类型，并根据识别结果控制舵机分类投放或LED指示灯显示。

形式：小组协作、编程实践、教师指导。

活动四：硬件搭建

内容：将编程模块与硬件模块相结合，完成智能垃圾分类器的实体搭建。

形式：小组合作、动手实践、教师辅助。

（4）测试与优化阶段（2课时）

活动一：初步测试

内容：在实验室环境下测试智能垃圾分类器的功能，记录测试数据和问题。

形式：小组分工合作、数据记录与分析。

活动二：问题反馈与优化

内容：根据测试结果反馈问题，讨论并提出优化方案，进行改进。

形式：小组讨论、代码修改、硬件调整。

活动三：最终测试

内容：在更接近实际应用的环境中（如校园一角）进行最终测试，确保智能垃圾分类器的稳定性和准确性。

形式：全校展示、师生体验、建议收集。

（5）总结与展示阶段（1课时）

活动一：项目总结

内容：各小组总结项目过程中的收获与不足，分享经验与教训。

形式：小组汇报、PPT展示。

活动二：成果展示

内容：展示智能垃圾分类器的实物和操作演示，邀请师生参观体验。

形式：现场展示、互动体验、媒体报道（可选）。

4.教学评价

过程评价：观察学生在各个活动环节中的表现，包括参与度、合作精神、问题解决能力等。

作品评价：从设计创意、编程质量、硬件搭建、功能实现等方面评价智能垃圾分类器的最终成果。

自我反思：鼓励学生进行项目自我反思，总结个人成长和收获。

案例二：校园导航系统开发项目

1.知识准备与预习

●知识准备

编程基础：了解至少一种编程语言（如Scratch、Python）的基本语法和编程思想。

地理信息系统基础：简要了解GIS（地理信息系统）的基本概念和应用场景。

界面设计：了解基本的UI（用户界面）设计原则和方法。

●预习任务

学生需提前学习并熟悉所选编程语言的基础知识。

阅读关于校园导航系统的相关资料，了解系统的基本功能和实现方式。

思考并提出自己对校园导航系统的需求和改进建议。

2.问题分析

●问题分析会议

组织学生进行小组讨论，收集师生对校园导航系统的具体问题。

问题包括：地图显示、地点搜索、路径规划、实时定位、导航提示等。

绘制用户故事图或问题列表，明确每个功能的详细要求和优先级。

●问题整理与评审

将收集到的问题进行整理，去除冗余和不合理部分。

邀请教师或专家对需求进行评审，确保需求的合理性和可行性。

3.技术选型与设计

●技术选型

编程语言：根据学生基础和教学资源选择Scratch或Python作为开发语言。

开发平台：确定使用Web开发（HTML/CSS/JavaScript）还是移动应用开发（如Android、iOS）技术。

地图服务：选择合适的地图API（如百度地图、高德地图）提供地图显示和路径规划功能。

●系统设计

架构设计：设计系统的整体架构，包括前端展示层、后端逻辑处理层和数据存储层。

界面设计：根据用户需求设计简洁明了的用户界面，确保用户体验良好。

数据库设计：设计存储地点信息和用户数据的数据库结构。

4.编程实现

●分工与合作

将学生分为若干小组，每个小组负责系统的一个或多个功能模块。

小组内部进行任务分配，确保每个学生都能参与到项目中来。

●编程实践

学生根据系统设计文档开始编程实现各个功能模块。

教师定期检查项目进度，提供必要的指导和帮助。

教师鼓励学生使用版本控制工具（如Git）管理代码，促进团队协作。

5.测试与优化

●单元测试

每个功能模块完成后进行单元测试，确保功能正确无误。

编写测试用例，覆盖所有可能的输入情况和边界条件。

●集成测试

将各个功能模块集成到系统中，进行整体测试。

解决集成过程中出现的兼容性和性能问题。

●用户体验测试

邀请师生进行实际使用测试，收集反馈意见。

根据用户反馈对系统进行优化和改进。

四、总结

在小学高年段的信息科技编程教学领域，指向真实问题解决的教学模式展现了其独特且强大的教育价值与实践效果。这种教学模式下，教师不再仅仅局限于教授基本的编程语言知识和技能，而是将学生置于真实的、具有挑战性的问题情境之中，鼓励学生运用所学编程知识去分析、设计并解决实际问题。因此，在小学高年段的信息科技编程教学中，教师应积极引入并实践指向真实问题解决的教学模式。

编辑：曾彦慧