1、 第13课算法的设计教学设计【课标内容要求】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时在时间效率上的差别。【教学内容分析】本教学内容处于第三学段第三单元是一个用算法解决问题的项目式主题学习，结合前两单元学习基础，通过问题的分析将其分解为一系列的实施步骤，使用顺序、分支两种基本控制结构简单描述实施过程并验证。本单元学习算法解决问题主要聚焦计算思维，对问题分析、抽象、建模、算法设计、算法验证等逐个进行剖析，为后续综合应用算法解决问题作铺垫。在学习本课之前，学生已经对该问题进行了分析、抽象和模型的建立。本课是这一单元的第4课，主要内容是算法的设计，包括输入输出的确定
2、、计算过程的确定，根据已知条件，确定算法的输入包括每段路线的长度，为确保合适的难度输出可以确定为最短距离的值，从而更好地考察学生的实际应用能力以及算法思维能力，为后续继续锤炼计算思维建立基本范式以及为综合应用算法解决问题作铺垫。【教学目标】1.了解算法设计的一般流程。2.学会最短距离问题算法的设计。3.了解解决同一问题可以使用不同的算法。重点：学会最短距离问题的算法设计。难点：掌握算法设计的一般流程。【核心素养指向】计算思维：运用计算机科学领域的思想方法，对问题进行抽象、分解、建模，并通过设计算法形成解决方案，知道解决同一问题可能会有多种方法，认识到采用不同方法解决同一问题时可能存在时间效率上
3、的差别。信息意识：有一定的信息感知力，能根据解决问题的需要，评估数据来源，自主动手解决问题。针对简单问题，确定解决问题的需求和数据源，主动获取、筛选、分析数据，解决问题。数字化学习与创新：通过学习身边的算法，体会算法的特征，有意识地将其应用于数字化学习过程中，适应在线学习环境。能利用在线平台和工具寻找生活中的过程与控制场景。能设计用计算机实现过程与控制的方案。【学情分析】学生在三、四年级初步接触了问题的分解及解决问题的步骤描述，五年级上册前两单元已通过自然语言与流程图描述了多个简单问题解决的算法，了解了顺序与分支两个基本控制结构的概念与特点，已经初步具备计算思维，并且接触过算法解决问题的简易版
4、，但可能难以理解同一问题不同算法的思想。【设计构想】1.整体设想精心分析，梳理知识清单课前，精心分析学习内容，列出前置知识清单和当前课堂需要消化的知识点，做成知识清单资源放到学生机上，让学生在课前五分钟进行自主学习。前置知识清单资源能让学生复习旧知、链接新知，新知识点使学生在学习过程中学有目标，心中有数。本课所涉及的知识包括前三课的知识复习以及新课中的确定输入与输出、设计计算过程、算法的描述三个部分。潜心研究，巧妙设计微项目项目选题决定了学生的学习目标是否能够达成；选题主题要考虑是否能够引发学生兴趣，体现多维学科课程标准。从真实的社会信息系统出发，所选微项目主题的基本工作原理与所学知识点紧密联
5、系，且具有较大的可拓展性，能够很好地激发学生的学习积极性，促进学习目标的实现和学科标准的达成。本次微项目主题校园寻宝大比拼从学生的真实生活场景学校出发，融合藏宝游戏，激发学生兴趣。2.课堂探索与实践微项目的情境导入在微项目的导入前，教师分析学情，根据学生的已有知识经验、知识层次、能力水平确定目标，提出具体要求。在校园寻宝大比拼微项目中，为了说明微项目要实现的目标，教师从校园环境、比拼要求，引申到微项目的具体要求，让学生全面理解项目要求。布置任务，发布任务单。分析问题并设计算法明确问题是解决问题的前提。在教师的引导下，学生通过阅读书本以及知识清单，借助学习范例和学习支持脚手架分析微项目，界定问题
6、，对微项目实现的过程进行设计，形成算法，进而建立起符合要求的学习框架。学生讨论、分析问题，并根据问题的分析思路，设计算法。内化拓展在信息技术课堂教学中，学生可以通过基于真实情境的微项目培养计算思维，也可以有意识地通过进阶实践或思维拓展等方式，进一步将知识内化拓展，不断提升解决问题的能力。校园寻宝大比拼是基于书上案例的进一步拓展，在微项目实践过程中，在教师有意识的启发下，学生扩散思维，发现其他类似的算法，通过共通性和相似性，可以鼓励学生创新性地设计。展示交流展示交流是微项目学习的重要环节。展示分享既能够激发学生的学习成就感，促进共同进步，也有助于发现学生学习过程中出现的问题，及时修正。课堂展示因
7、目的而异，有时候是学生上台展示别具一格的微项目成果及其算法思路，有时候是展示一些具有共同性的问题或是特别求助，在展示台上请大家一起解决，通过这种方式梳理知识，归纳总结。课后，所有的作品都可以通过任务单展示，学生可以互相学习交流。项目总结，深化拓展在微项目课堂教学中，要达到提升学科核心素养的育人目标，项目总结可谓点睛之笔。在项目总结中，师生既对学习过程进行总结，又梳理归纳知识与技能，加强知识与信息系统的融合，深化微项目，引发学生的进一步思考，逐步养成良好的思维习惯，同时进一步提升学生的计算思维。在校园寻宝大比拼微项目中，学生在教师的指导下及时总结重要知识点的灵活运用，提出算法设计过程中需要注意的
8、问题，主动思考并尝试解决。基于真实情境的微项目，以真实问题为研究背景，引导学生经历原理运用过程、计算思维过程和数字化应用过程，建构知识，提升问题解决能力，有效达成信息技术学科育人目标。3.教法学法本次课堂教学以微项目实践为主线贯穿整个课堂，充分体现以教师为主导、学生为主体的教学理念。教师在实施的过程中，注重微项目的设计与实践，在设计微项目时，有意识地将学生看作数字时代的学习者和合作者，在做好内容分析和学情分析的基础上引导学生并与学生一同进入真实的问题情境中，随后进行算法设计。在课堂教学实践中紧紧围绕学科核心素养，凸显“学主教从、以学定教、先学后教”，教师将自己的教与学生的学紧密结合起来。同时基
9、于以下原则：真实性原则、适度性原则、整体性原则，要思考自己的教和学生的学（图1）。教师的教要围绕学科核心素养，以学定教，把真实情境整合在微项目中，充分发挥教师的主导作用，引导学生在开展微项目学习过程中学会分析问题，探索实践，并有意识地进行深度拓展。学生的学要以提升学科核心素养为目标，体现出“自主、探索、应用”的特点，在微项目实践中内化知识，拓展能力，发展核心素养。4.情境与任务本课延续本单元前三课设置的主情境“校园寻宝大比拼”，便于大单元整体学习。情境为：下个月我们学校将举行“校园寻宝大比拼”活动，为了能够成为最快获得宝藏的同学，我们五年级相较于其他低年级有个特别大的优势，就是我们可以利用算法
10、，通过设计出寻宝最短路径的算法，我们就可以在最短时间内找到宝藏，成为获胜者，想不想试试看？同时分为多个小任务：问题描述与分解、抽象与建模、算法设计与描述。5.学生活动同桌两人根据前面课中已绘制好的校园建筑节点图以及建立好的模型，讨论如何设计出具体的求解最短距离即最快寻到宝藏的算法，回顾算法解决问题的一般过程，引出算法设计。阅读知识清单，明确算法设计的一般步骤。小组合作完成三大任务：问题描述与分解、抽象与建模、算法设计与描述，并填写在任务单上。小组汇报6.核心素养的落实信息意识：落点在“能够根据解决问题的需要，自觉、主动地寻求恰当的方式获取与处理信息”。本节课分析的“规划最短路径”项目难度不低，
11、需要学生认真阅读材料，并从中提取有效信息，明确问题的已知数据和求解目标，并找出二者的关系，建立计算模型，以便设计算法。学生还要在老师的引导下总结规律，提炼出算法设计的一般步骤，这对学生主动获取和处理信息的能力要求较高，有利于培养学生自主学习的意识和习惯。计算思维：落点在“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”。本条例提供的项目实例较为复杂，可以对解题过程进行分解，逐层细化，深入分析每个步骤的各个细节问题。要回答这些问题，需要学生综合运用之前学习的算法特征和描述方法，提炼问题的核心要素，进行抽象与建模，使用自然语言和流程图等方法来描述算法。在熟悉了教材提供
12、的算法及其流程图后，教师引导学生思考如何改进算法和对算法进一步细化，并对流程图进行改进，帮助学生感受解决同一个问题时算法的多样性，为今后实际设计算法、对算法进行迭代而积累认知。7.评价设计过程性评价课堂评价量表：在每一节课的学习中有一个评价量表，成为这一课的课堂评价表，通过自评，他评，师生评，多元化的评价针对整堂课学生各方面的表现进行打分。依据“逆向设计”教学设计模式，项目的启动阶段就出示“项目星级评价表”，告诉孩子在这个项目中，个人和小组需要达成的项目目标是什么，以星级评价的方式，让它们知道自己的完成项目目标过程中在项目规划、技术应用、功能实现、学习过程、项目进度、展示交流等方面需要做哪些努
13、力。终结性评价项目结束：反思卡项目快结束时，每人对自己在整个项目化学习过程中的表现进行反思。最终评价任务设计：设计出一个寻完宝藏的最短路径算法。问题：全部寻完宝藏有多少条路线，如何选出最短路线实现最快寻完全部宝藏？实践：请用自然语言或流程图表示最短路径算法的流程。【教学环境及资源准备】教学环境：计算机教室资源准备：自然语言描述或流程图描述的最短距离算法的样例、绘制流程图的软件Drawio、知识清单、校园地图【教学活动设计】学习任务学习过程设计意图（写出一个环节的设计意图，包括：本环用时（单位：分钟）（各环节）教师活动学生活动节学生学习情况的检测，核心素养的渗透，重难点的落实）情境导入，复习旧知
14、回顾前几课的内容（提问：前三课分别对问题做了什么分解、抽象、建模），设立情境“校园寻宝大比拼”，提问：为了在这次校园寻宝大比拼中获得胜利，需要设计最快寻到宝藏（即最短路径）的路径算法，你们应该如何设计呢？回答问题，小组讨论利用活动情境，激发学生的求知欲，并为下面的学习提供背景材料。5探究实践教师介绍书本案例，帮助学生明确每个小任务的标准，讲解清楚每个环节所用到的知识点。一、问题描述与分解（该部分在前面课中已完成，教师再与同学复述校对一遍。）二、抽象与建模参考书本内容，通过自主探究、小组合作等形式依次完成任务（寻宝藏路径算法设计与描述）知识回顾有助于学生更加明确“用算法解决问题”的一般步骤，再对
15、具体的步骤分别提问，引导学生感受到“自顶向下、逐步求精”结构化设计思想的重要性。思考与练习的设计，一是为了进一步引导学生深入探究教材呈现的算法，二是帮助25（该部分在前面课中已完成，教师再与同学复述校对一遍。）三、算法设计和描述1.先引导同学们思考如何确定输入、输出（教师提醒使用合适的变量名）2.构思算法的计算过程选择算法确定数据间的数学关系（借助上节课所建立的数学模型，进行计算）确定控制结构，是否需要使用选择结构3.算法的描述要求同学们用自然语言描述出来写在任务单上，请两位同学口述后请其他同学指出不足，教师与学生共同确定正确的答案。小组两人合作完成流程图绘制学生初步感受解决同一个问题时算法的
16、多样性，为今后实际设计算法、对算法进行迭代而积累认知。鼓励学生使用不同于教材的方法来设计算法，培养学生使用自然语言将计算模型转化成算法的能力，增强学生的计算思维。作品展示教师安排几个不同的小组上台展示任务单上台汇报作品5（选取答案不同的同学展示），并对最后成果进行评价课堂教师总结算法设计4小结一般流程（包括如何确定输入输出、设计计算过程）作业布置基础作业（面向所有学生）：完成作业课后作业是课堂学习的延伸，是巩固和升1根据抽象后的图例数据，找出校园寻宝的最短路径。提升作业（面向学有余力同学）：华知识点的有效途径。根据学生的基础和能力设置不同难度的作业，以满足不同层次的学生需求。思考是否可以用别的算法来解决这个问题并用自然语言或流程图的形式进行描述【板书设计】
