〔摘" "要〕" 信息科技的快速發(fā)展使小學信息科技教育備受關(guān)注，其中實驗教學對于提升學生的信息素養(yǎng)和實踐能力至關(guān)重要。本文探討了小學信息科技實驗教學的價值，強調(diào)其在培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維、實踐能力和解決問題能力方面的作用，并將圍繞“雞兔同籠”問題，以義務(wù)教育信息科技教學指南五年級下冊《窮舉算法的設(shè)計與驗證》實驗教學為例，通過系統(tǒng)的設(shè)計思路、實施步驟及效果評估，對驗證性實驗教學過程進行設(shè)計和實施，提升學生的信息素養(yǎng)和算法思維能力，這項研究為小學信息科技實驗教學的開展提供了參考。

〔關(guān)鍵詞〕" 信息科技；實驗教學；驗證性實驗；信息素養(yǎng)

〔中圖分類號〕" G424" " " " " " " " 〔文獻標識碼〕" A" " " " 〔文章編號〕" 1674-6317" " （2025）21" " 0073-03

隨著《義務(wù)教育信息科技課程標準（2022年版）》的發(fā)布，信息科技課程正式轉(zhuǎn)型，不再僅僅是信息技術(shù)的簡單應用，而是更加注重“科”與“技”的并重，強調(diào)學生信息素養(yǎng)、創(chuàng)新能力和實踐能力的培養(yǎng)。2023年《教育部等十八部門關(guān)于加強新時代中小學科學教育工作的意見》頒布，強調(diào)了實驗教學在培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)和創(chuàng)新能力中的關(guān)鍵作用。實驗教學作為一種新型的教育方式，注重學生實踐和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，符合教育創(chuàng)新的需求。本文以義務(wù)教育信息科技教學指南五年級下冊《窮舉算法的設(shè)計與驗證》實驗教學為例，深入探討小學信息科技實驗教學的實踐研究，對驗證性實驗教學過程進行設(shè)計和實施，旨在揭示實驗教學在提升學生信息素養(yǎng)、實踐能力和問題解決能力方面的獨特作用，并為小學信息科技實驗教學的設(shè)計與實施提供有益的參考和借鑒。

一、小學信息科技實驗教學的價值分析

小學信息科技實驗教學在培養(yǎng)學生信息素養(yǎng)、提升實踐能力以及問題解決能力等方面展現(xiàn)出了明顯的價值。

（一）培養(yǎng)學生信息素養(yǎng)

實驗教學通過讓學生親手操作、親身體驗，加深學生對信息科技基本概念和原理的理解，有效提升了學生的信息素養(yǎng)。例如，在《窮舉算法的設(shè)計與驗證》實驗中，學生通過編程實現(xiàn)算法，不僅掌握了算法設(shè)計的基本步驟，還學會了調(diào)試程序、分析算法效率等，這些技能對于未來在信息科技領(lǐng)域的學習和工作都至關(guān)重要。

（二）提升學生實踐能力

實驗教學強調(diào)動手操作和實踐應用，使學生在實踐中鍛煉了解決問題的能力和創(chuàng)新思維。通過參與實驗活動，學生能夠?qū)⒗碚撝R轉(zhuǎn)化為實際技能，如使用編程工具、調(diào)試程序、分析數(shù)據(jù)等。這些實踐能力的提升，為學生未來的學習和職業(yè)發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。

（三）培養(yǎng)學生問題解決能力

實驗教學通過創(chuàng)設(shè)真實或模擬的問題情境，引導學生主動探索、分析問題并提出解決方案。在《窮舉算法的設(shè)計與驗證》實驗中，學生需要面對算法設(shè)計、程序調(diào)試、效率分析等多個問題，通過不斷嘗試和調(diào)整，最終找到解決方案。這一過程不僅鍛煉了學生的問題解決能力，還培養(yǎng)了他們的耐心和毅力。

（四）發(fā)展學生創(chuàng)新思維

實驗教學鼓勵學生自主設(shè)計實驗方案、嘗試新的方法和思路，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維。在實驗過程中，學生可以充分發(fā)揮想象力和創(chuàng)造力，提出獨特的見解和解決方案。這種創(chuàng)新思維的激發(fā)，對于學生未來的學習和工作都具有重要的意義。

二、驗證性實驗教學及窮舉算法

（一）驗證性實驗教學概述

信息科技課程實驗教學是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要途徑。魏雄鷹在文章《加強信息科技實驗教學發(fā)揮信息科技育人價值》中提到：“義務(wù)教育信息科技基本實驗目錄涵蓋了驗證性實驗、探究性實驗、創(chuàng)新應用性實驗和虛擬仿真實驗等實驗類型。”驗證性實驗教學是信息科技實驗中最基礎(chǔ)也是最常見的類型之一，其目的是通過實踐驗證或證明特定的現(xiàn)象或理論。它基于已知的科學原理或理論知識，通過實驗操作來驗證或證明這些原理或知識的正確性。學生可以通過編程實驗來驗證算法設(shè)計的正確性、驗證程序代碼運行效率、驗證過程與控制系統(tǒng)的設(shè)計方案的可行性、驗證物聯(lián)系統(tǒng)中控制與反饋等。這種實驗方法注重培養(yǎng)學生的實踐動手能力和辯證思維能力，幫助學生鞏固和應用所學的理論知識。

（二）窮舉算法概述

算法，作為計算思維的核心要素之一，扮演著至關(guān)重要的角色。它不僅是人工智能得以廣泛應用于我們生活各個領(lǐng)域的三大支柱之一，而且是推動科技進步和創(chuàng)新的關(guān)鍵驅(qū)動力。在新課標中，針對五年級學生的學習內(nèi)容，特別設(shè)計了“身邊的算法”這一模塊。通過這個模塊，學生將能夠接觸到日常生活中的各種算法實例，從而理解如何利用算法來解決實際問題。這不僅有助于學生掌握求解簡單問題的基本方法，而且能夠培養(yǎng)他們運用算法思維來思考問題的習慣。通過一系列的實踐活動，學生將逐步形成設(shè)計和分析簡單算法的能力，為他們未來在更復雜問題上的算法應用打下堅實的基礎(chǔ)。

窮舉算法，作為一種基礎(chǔ)的算法策略，其核心思想是通過逐一檢查所有可能的選項來找到問題的解決方案。這種方法雖然在效率上可能不是最優(yōu)的，但它簡單直觀，易于理解和實現(xiàn)。在“身邊的算法”模塊中，窮舉算法可以作為教學的一個重要工具，幫助學生理解算法解決問題的基本原理，并且在實際操作中體驗算法的力量。在“雞兔同籠”問題中，學生可以運用窮舉算法，通過列出所有可能的雞和兔的組合，來計算出符合題目條件的答案。這種方法不僅能夠加深學生對問題的理解，而且能夠鍛煉他們的邏輯思維能力和解決問題的技巧。本文將圍繞“雞兔同籠”問題，通過《窮舉算法的設(shè)計與驗證》實驗教學設(shè)計與實施，對小學信息科技驗證性實驗教學進行探索研究，旨在通過實踐教學，讓學生在解決具體問題的過程中，深入理解算法的原理和應用，提高信息科技素養(yǎng)。

三、《窮舉算法的設(shè)計與驗證》實驗教學設(shè)計與實施

（一）確定實驗目的

本次實驗教學的目的是讓學生深入理解窮舉算法的基本原理，掌握使用流程圖描述算法的方法，并通過源碼編輯器編寫程序來驗證算法的正確性。通過該實驗，學生還能對比不同輸入數(shù)據(jù)規(guī)模下的算法執(zhí)行次數(shù)，從而分析算法效率，培養(yǎng)計算思維與科學探究能力。此外，實驗還旨在提升學生的動手實踐能力，加深對算法設(shè)計和編程實現(xiàn)的理解。

（二）了解實驗原理

該實驗原理主要包括窮舉算法的基本原理和算法效率分析。窮舉算法是一種通過遍歷所有可能的解來驗證是否滿足條件的算法，它在解決某些特定問題時非常有效。在“雞兔同籠”問題中，窮舉算法通過遍歷所有可能的雞和兔的數(shù)量組合，找到滿足總頭數(shù)和總腳數(shù)條件的解。算法效率分析則通過記錄程序執(zhí)行次數(shù)，理解輸入數(shù)據(jù)規(guī)模對算法執(zhí)行時間的影響，從而評估算法在實際應用中的可行性。

（三）準備實驗材料和設(shè)備

本次實驗所需的材料和設(shè)備包括軟件工具（如源碼編輯器，支持變量、循環(huán)和分支結(jié)構(gòu)模塊）、輔助材料（如導學案、流程圖模板、實驗任務(wù)單、微課視頻教程）以及硬件設(shè)備（如計算機，需安裝源碼編輯器及實驗程序）。這些材料和設(shè)備為學生提供了必要的實驗條件，確保實驗能夠順利進行。

（四）實施實驗過程

1.填寫流程圖，理清算法邏輯

步驟描述：首先，教師引導學生回顧“雞兔同籠”問題的數(shù)學解法，然后介紹窮舉算法的基本概念。接著，學生根據(jù)導學案中的列表法示例（如頭數(shù)8，腳數(shù)26），使用流程圖模板補全窮舉算法流程圖。

教學過程：教師通過提問和討論的方式，幫助學生理解流程圖中的每個步驟和邏輯關(guān)系。例如，詢問學生“為什么我們需要初始化雞數(shù)為0？”或“循環(huán)終止條件是什么？”等問題，以引導學生深入思考。

2.編寫程序，驗證算法正確性

步驟描述：在源碼編輯器中，學生根據(jù)流程圖編寫程序，實現(xiàn)窮舉算法。學生編寫程序時，需要設(shè)置雞和兔的總頭數(shù)和總腳數(shù)作為輸入?yún)?shù)，然后使用循環(huán)結(jié)構(gòu)遍歷所有可能的雞和兔的數(shù)量組合。程序應包含變量聲明、循環(huán)結(jié)構(gòu)、條件判斷、輸出結(jié)果等部分。編寫完成后，學生運行程序驗證輸入數(shù)據(jù)的正確性，并調(diào)試程序以確保其正常運行。

教學過程：教師提供示例代碼或代碼片段，幫助學生快速上手。同時，鼓勵學生分組合作，相互討論和解決問題。在調(diào)試過程中，教師引導學生使用斷點調(diào)試、逐步執(zhí)行等方法，幫助學生找到并修正程序中的錯誤。

3.分析算法效率

步驟描述：學生修改程序，添加執(zhí)行次數(shù)變量，記錄不同輸入數(shù)據(jù)規(guī)模下的執(zhí)行次數(shù)。通過對比數(shù)據(jù)，分析算法效率與數(shù)據(jù)規(guī)模的關(guān)系，得出算法效率的相關(guān)結(jié)論。

教學過程：教師引導學生設(shè)計不同的輸入數(shù)據(jù)規(guī)模，運行程序并記錄執(zhí)行次數(shù)。隨后，學生使用圖表或表格等形式展示數(shù)據(jù)，并進行分析和討論。通過分析不同輸入數(shù)據(jù)規(guī)模下的執(zhí)行次數(shù)，學生可以發(fā)現(xiàn)算法效率與數(shù)據(jù)規(guī)模之間存在一定的關(guān)系。例如，當輸入數(shù)據(jù)規(guī)模較小時，算法執(zhí)行次數(shù)較少；而當輸入數(shù)據(jù)規(guī)模較大時，算法執(zhí)行次數(shù)顯著增加。這有助于學生理解算法效率的重要性，并激發(fā)他們探索優(yōu)化算法的興趣。

四、《窮舉算法的設(shè)計與驗證》實驗教學效果評估

（一）學生表現(xiàn)與反饋

在整個實驗過程中，學生總體表現(xiàn)出較高的參與度和學習熱情，大多數(shù)學生能夠積極投入實驗討論和操作中，對窮舉算法產(chǎn)生濃厚的興趣。通過實驗，學生有效掌握了窮舉算法的基本原理和應用方法，對變量、循環(huán)和分支結(jié)構(gòu)的使用有了更深入的理解，并學會了調(diào)試程序和糾正錯誤。同時，學生在團隊合作中展現(xiàn)出了良好的溝通能力和協(xié)作精神。

（二）實驗結(jié)果分析

算法正確性驗證。在實驗過程中，所有學生編寫的程序均能夠正確驗證“雞兔同籠”問題的解。通過對比不同輸入數(shù)據(jù)下的輸出結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)程序結(jié)果與預期結(jié)果完全一致。

算法效率分析。數(shù)據(jù)分析：通過分析不同輸入數(shù)據(jù)規(guī)模下的執(zhí)行次數(shù)，我們發(fā)現(xiàn)算法執(zhí)行次數(shù)與輸入數(shù)據(jù)規(guī)模成正比關(guān)系。例如，當輸入頭數(shù)為5時，平均執(zhí)行次數(shù)為10次；而當輸入頭數(shù)為50時，平均執(zhí)行次數(shù)則增加到了250次。這一結(jié)果驗證了算法效率與數(shù)據(jù)規(guī)模之間的直接關(guān)聯(lián)。

（三）教學效果總結(jié)

本次實驗教學取得了顯著成效，不僅成功實現(xiàn)了教學目標，幫助學生深入理解了窮舉算法的原理和應用，還培養(yǎng)了學生的計算思維和科學探究能力。任務(wù)驅(qū)動法、小組合作法和微課輔助法等教學方法和策略的有效運用，極大地激發(fā)了學生的學習興趣和積極性，提高了他們的自主學習和合作能力。

本文對小學信息科技驗證性實驗教學進行了實踐研究，通過《窮舉算法的設(shè)計與驗證》實驗教學的設(shè)計與實施，詳細介紹了驗證性實驗教學的設(shè)計思路、實施步驟及效果評估，驗證了其在培養(yǎng)學生信息素養(yǎng)、實踐能力和創(chuàng)新思維方面的獨特價值。未來，我們將繼續(xù)深化實驗教學改革，優(yōu)化實驗設(shè)計，加強跨學科融合，探索更多創(chuàng)新性的教學模式和方法，以進一步提升學生的信息科技素養(yǎng)和綜合能力，為培養(yǎng)新時代創(chuàng)新人才貢獻力量。

【本文系2025年深圳市寶安區(qū)教育科學“十四五”規(guī)劃2024年度立項課題“基于核心素養(yǎng)的小學信息科技實驗教學課程的探索與實踐研究”的研究成果，課題編號：BAKG2024024】

參考文獻

[1]教育部，中央宣傳部，中央網(wǎng)信辦等18部門.關(guān)于加強新時代中小學科學教育工作的意見[S].北京：教監(jiān)管〔2023〕2號，2023.

[2]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育信息科技課程標準[M].北京：北京師范大學出版社，2022.

[3]魏雄鷹.加強信息科技實驗教學發(fā)揮信息科技育人價值[J].教育與裝備研究，2024（2）：12-15.

[4]吳良輝，彭燕.基于信息科技新課標的實驗教學研究[J].中國信息技術(shù)教育，2024（2）：21-23.

[5]郝曉娟.基于關(guān)鍵能力培養(yǎng)的初中信息科技實驗教學的實踐研究：以《互聯(lián)網(wǎng)基本原理與功能》實驗項目學習為例[J].中國信息技術(shù)教育，2024（9）：16-19.