玩转算法，智启未来：五年级信息科技《身边的算法》教学设计集锦（教学指南版）

文摘 2024-09-14 00:07 山东

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在信息化浪潮席卷全球的今天，算法作为一种解决问题的核心方法，已经渗透到我们生活的方方面面。为了让小学生尽早接触算法、理解算法、应用算法，我们精心设计了五年级信息科技《身边的算法》教学设计集锦，旨在通过趣味游戏、动手实践、模拟体验等多种教学方式，将抽象的算法知识和儿童的认知特点相结合，引导学生在玩中学、学中玩，激发他们的学习兴趣和探索欲望，培养他们的计算思维和问题解决能力，为他们成为未来信息社会的主人奠定坚实的基础。

一、智能快递分拣：探索“分而治之”的奥秘

如何将海量的快递包裹快速准确地送达到千家万户？这背后离不开智能分拣机器人的高效工作，而智能分拣机器人的“智慧”则源于算法。在本课中，我们以“智能快递分拣”为例，带领学生走进算法世界，探索“分而治之”的算法思想。

首先，我们通过播放电商购物节和物流中心的视频，创设情境，引发学生思考。然后，我们组织学生进行“快递分拣”游戏，让他们亲身体验不同的分拣策略对效率的影响，从而感知算法的重要性。在此基础上，我们引导学生抽象出算法的概念，并通过“颜色分类”案例，讲解“分而治之”的算法思想，即：将一个大问题分解成若干个结构相同的小问题，分别解决小问题，最后合并结果。为了帮助学生更好地理解算法的步骤和逻辑，我们引入了流程图，并演示如何利用流程图清晰地表达算法。最后，学生们分组运用“分而治之”的思想，设计“智能快递分拣”算法，并通过模拟演示和优化，加深对算法的理解。

二、巧妙排序：玩转“冒泡排序”

生活中，我们经常需要将物品按照一定的顺序进行排列，例如：身高、年龄、成绩等。在本课中，我们以“巧妙排序”为主题，带领学生学习“冒泡排序”算法，并通过动手操作、模拟实践等方式，让他们体验算法的魅力。

首先，我们通过“排队”游戏引入排序问题，并引导学生思考如何快速高效地完成排序任务。然后，我们以“冒泡排序”为例，讲解算法的步骤和思想。为了让学生更好地理解“冒泡排序”的原理，我们利用数字卡片和白板进行演示，将抽象的算法步骤可视化。接着，学生们通过模拟练习和“数字排序”游戏，巩固对“冒泡排序”算法的理解。最后，我们引导学生分析“冒泡排序”的优缺点，并思考其他排序方法，例如：选择排序、插入排序等，为学生未来的算法学习奠定基础。

三、解码“二维码”：揭秘信息编码的奥秘

二维码，作为一种常见的编码方式，已经广泛应用于我们的生活中。在本课中，我们以“解码‘二维码’”为主题，带领学生探索二维码的奥秘，了解算法在信息处理中的重要作用。

首先，我们展示生活中常见的二维码图片，让学生观察和思考，并通过扫描二维码体验其功能。接着，我们揭秘二维码的编码原理，利用多媒体课件展示二维码的基本结构，并以简单的例子，例如：将数字或字母转换成二进制代码，引导学生初步了解信息编码的概念和方法。在此基础上，我们组织学生利用彩色卡纸等工具，设计制作简单的“个性化二维码”，让他们在模仿中体验二维码的编码过程，并激发他们的创造力。最后，我们引导学生思考二维码在生活中的应用，以及其他类似的技术，例如：条形码、NFC等，拓展他们的视野。

四、奇幻编程之旅：用“魔法指令”操控世界

编程，作为一种与计算机交流的方式，越来越受到人们的重视。在本课中，我们以“奇幻编程之旅——‘魔法指令’大挑战”为主题，带领学生体验编程的乐趣，初步了解编程的基本概念，并尝试使用可视化编程工具创作简单的程序。

首先，我们播放一段展现主人公通过指令控制机器人或魔法道具完成任务的视频，创设情境，引出编程的概念。然后，我们组织学生进行“魔法指令”操控机器人游戏，让他们在游戏中体验指令控制的过程，感知编程的基本思想。接着，我们介绍可视化编程软件，并用简单的例子演示如何编写程序。最后，学生们分组利用可视化编程软件，设计和编写程序，完成不同的挑战任务，并在作品展示和评价环节中，学习改进和优化程序。

五、“猜数字”的秘密：探秘高效查找的利器

如何在大量数据中快速找到目标信息？这需要借助高效的查找算法。在本课中，我们以“‘猜数字’的秘密——探秘二分查找算法”为主题，带领学生学习“二分查找”算法，体验其高效查找的魅力。

首先，我们通过“猜数字”游戏引入查找问题，激发学生的学习兴趣。然后，我们以数字卡片和白板为道具，演示“二分查找”算法的操作步骤，并通过“查找数字23”的例子，帮助学生直观理解算法的执行过程。接着，学生们通过分组游戏和模拟练习，巩固对“二分查找”算法的理解。最后，我们引导学生思考“二分查找”算法的应用场景，例如：在字典中查找单词、在图书馆查找书籍等，并将“二分查找”算法与传统查找方法进行比较，分析其效率优势。

六、小小导航员：规划最佳路线的智慧

导航软件，作为现代人出行的必备工具，其背后离不开路径规划算法的支撑。在本课中，我们以“小小导航员——探究路径规划算法”为主题，带领学生探索路径规划算法的奥秘，了解算法如何帮助我们选择最佳路线。

首先，我们通过播放智能交通的视频，展示导航软件、无人驾驶等技术，引出“出行路线”话题。然后，我们组织学生进行“最快到达目的地”游戏，让他们在游戏中体验路径规划的过程，并思考选择路线时需要考虑的因素。接着，我们介绍图和最短路径的概念，并引导学生尝试设计简单的路径规划算法。最后，学生们利用地图软件进行路径规划，并尝试选择不同的路线方案进行比较，分析软件推荐路线的依据，并思考除了时间之外，选择路线还需要考虑哪些因素。

七、小小音乐家：个性化推荐的魔法

音乐推荐算法，作为一种个性化推荐服务的核心技术，已经成为现代人发现新音乐的重要方式。在本课中，我们以“小小音乐家——探秘音乐推荐算法”为主题，带领学生探索音乐推荐算法的奥秘，了解其如何根据个人喜好推荐音乐。

首先，我们通过播放音乐和提问的方式，引导学生思考音乐推荐算法的工作原理。然后，我们组织学生进行音乐推荐体验活动，让他们体验音乐推荐功能，并尝试使用不同的推荐算法。接着，我们介绍音乐推荐算法的基本原理，例如：基于内容的推荐、协同过滤推荐、混合推荐等。为了帮助学生理解算法的运作机制，我们组织学生以小组为单位，模拟音乐推荐算法的工作过程，并尝试找出数据中的规律和模式。最后，学生们分组设计简单的音乐推荐系统，并进行角色扮演游戏，体验用户使用音乐推荐系统的场景。

八、其他案例：将算法融入更多学科

除了以上案例，我们还设计了其他主题的算法教学案例，例如：“小小侦探家——破解密码中的算法”、“小小设计师——用算法创作艺术图案”、“小小城市规划师——用算法优化交通”、“小小数据分析师——用算法分析数据”、“小小程序员——用算法编写程序”以及“小小密码学家——用算法加密信息”。在这些案例中，我们将算法与不同学科的知识相结合，例如：数学、语文、英语、美术、社会等，让学生在学习算法的同时，也能够巩固其他学科的知识，实现跨学科学习。

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探秘算法世界————以“智能快递分拣”为例

一、核心素养目标：

信息意识：认识到算法是解决问题的重要工具，体验算法在信息处理中的应用价值和现实意义，增强对信息技术发展和应用的敏感性。

计算思维：通过分析智能快递分拣问题的特征，尝试运用“分而治之”的算法思想，将复杂问题分解为多个简单问题并设计解决方案，提升抽象思维和逻辑推理能力。

数字化学习与创新：体验利用流程图等数字化工具表达算法步骤，并尝试优化算法设计，提升利用信息技术解决实际问题的能力和创新意识。

信息社会责任：了解算法在现代物流等领域的应用价值，形成对信息技术发展带来的社会影响的初步认知，以及合理、负责任地使用信息技术的意识。

二、教学重点：

理解算法的概念和特征。

运用“分而治之”的思想设计算法。

三、教学难点：

将实际问题抽象成算法步骤。

优化算法，提高算法效率。

四、教学准备：

多媒体课件、投影仪。

快递盒模型（不同颜色，代表不同区域）、不同区域标识牌。

流程图绘制软件(可选，如ProcessOn、draw.io等)，平板电脑或电脑。

五、教学过程：

1.情境导入，引出主题

【创设情境】

播放一段精心剪辑的视频，展现电商购物节的火爆场景和物流中心的繁忙景象，视频中突出智能分拣机器人高效工作的画面，引发学生思考。

提问1：视频中展示了什么场景？你发现了哪些信息技术在其中发挥作用？

提问2：海量的快递包裹如何快速准确地送达每个人的手中？智能分拣机器人是如何工作的？

【引出主题】

教师引导：智能分拣机器人之所以能高效工作，是因为它们应用了算法。今天我们就来学习一种解决问题的利器——算法，一起探索算法的奥秘。

板书课题：探秘算法世界——以“智能快递分拣”为例

2.趣味游戏，感知算法

【游戏准备】

将学生分成若干个小组，每个小组模拟一个小型快递分拣中心。为每组准备不同颜色的快递盒模型（代表不同配送区域）和相应的区域标识牌，并提前设定好游戏规则。

【游戏规则】

每个小组需要在规定时间内，根据快递盒颜色将快递分拣到相应的区域，颜色和区域的对应关系由教师预先设定。

每组设置计时员，记录完成分拣任务所用的时间，并统计错误率。

【游戏体验】学生以小组为单位进行游戏，并在游戏中初步感受分类规则和步骤的重要性，体会到高效的分拣策略可以节省时间。

【交流分享】

提问：哪个小组最快完成了任务？你们的小组采用了什么样的分拣策略？

引导学生思考：不同的分拣策略对分拣效率的影响。

3.探究学习，建构概念

【回顾游戏，抽象概念】

提问：在游戏中，你们是如何进行快递分拣的？能用清晰的步骤描述出来吗？

引导学生思考：快递分拣过程中，哪些步骤是必不可少的？这些步骤的执行顺序能否改变？为什么要这样做？

【引出概念】

教师总结：解决问题的一系列清晰的步骤和规则，就叫做算法。

举例说明：生活中做菜的食谱、组装玩具的说明书等，都可以看作是算法。

【强调特征】以快递分拣为例，引导学生理解算法的特征：

明确性：每一步操作都要有明确的指令，不能含糊不清。

有限性：算法的步骤必须是有限的，不能无限循环下去。

有效性：算法执行后，必须能够得到预期的结果。

4.案例分析，学习方法

【引入新情境】

教师：现在我们来玩一个新游戏——“颜色分类”。假设有一堆不同颜色的积木混在一起，你能设计一个算法，将它们按颜色分类吗？

引导学生思考：如何将复杂的任务分解成若干个简单步骤？

【引入新思想】

介绍“分而治之”的算法思想：将一个大问题分解成若干个结构相同的小问题，分别解决小问题，最后合并结果。

以“颜色分类”为例，演示如何运用“分而治之”的思想设计算法：

1.将所有积木分成若干堆，每堆只包含一种颜色的积木（分解）。

2.将所有相同颜色的积木合并在一起（解决和合并）。

【介绍新工具】

介绍流程图的概念和用途，讲解流程图的基本符号。

演示如何使用流程图清晰地表达算法步骤，并以“颜色分类”算法为例，绘制相应的流程图。

5.实践应用，巩固提升

【回归主题情境】

教师：现在我们回到“智能快递分拣”的问题，能否运用今天所学的算法知识，设计一个更高效的快递分拣算法呢？

【小组合作设计】学生分组讨论，利用流程图设计“智能快递分拣”算法，鼓励学生设计不同的分拣方案，例如：

方案一：按区域划分，设置不同区域的分拣通道，每个通道专门负责分拣一个区域的包裹。

方案二：按快递公司划分，先将不同公司的包裹分拣出来，然后再进行区域分拣。

【模拟演示与优化】

各小组选派代表，利用快递盒模型和场地模拟演示自己设计的算法，并说明设计思路和优化策略。

其他小组观察和评价，思考如何改进算法，例如：

如何根据快递数量和区域分布，设计更高效的分拣方案？

如何减少包裹的搬运次数？

如何避免分拣错误？

【教师点评】教师对各小组的设计方案进行点评，肯定学生的创新思维，并引导学生思考如何进一步优化算法，提高分拣效率。

6.课堂总结，拓展延伸

【回顾与总结】

引导学生回顾本节课的主要内容：算法的概念、特征，“分而治之”的算法思想，流程图的应用等。

强调算法在信息处理中的重要作用：算法是解决问题的有效工具，可以帮助我们更高效、更准确地处理信息。

【拓展与思考】

引导学生思考：生活中还有哪些地方应用了算法？例如：导航软件、搜索引擎、人脸识别等。

布置课后任务：

任务一：查找资料，了解生活中更多应用算法的例子，并尝试用自己的语言描述这些算法。

任务二：思考未来生活中，算法还能帮助我们解决哪些问题？例如：智能家居、无人驾驶等。

八、教学反思

本节课力图将抽象的算法概念与学生熟悉的生活场景相结合，以“智能快递分拣”为主线，通过趣味游戏、案例分析、小组合作、模拟演示等多种教学方式，将“玩中学、做中学”的理念融入课堂，引导学生在实践中理解算法的本质，体验算法设计的乐趣，并初步掌握利用算法解决问题的方法。希望通过本节课的学习，学生能够在信息意识、计算思维、数字化学习与创新以及信息社会责任等方面得到发展。

设计思路：

注重情境创设，激发学习兴趣:从学生感兴趣的电商购物节和智能机器人入手，创设问题情境，激发学生的求知欲。

采用游戏化教学，寓教于乐:将算法学习融入到“快递分拣”游戏中，让学生在玩中学，在做中学，提高学习的主动性和积极性。

突出学生主体地位，倡导合作探究:设计小组合作环节，鼓励学生集思广益，共同设计和优化算法，培养学生的合作精神和问题解决能力。

结合数字化工具，提升学习效率:引导学生利用流程图等工具表达算法，并借助模拟软件进行算法演示，提高学习的直观性和趣味性。

关注生活应用，拓展学生视野:引导学生思考算法在生活中的应用，例如导航、搜索引擎等，帮助学生将所学知识迁移到实际生活中。

通过以上教学设计，希望能够帮助学生更好地理解算法的概念和重要性，培养他们的计算思维和问题解决能力，并激发他们对信息科技的学习兴趣，为未来的数字化生活做好准备。

巧妙排序——探秘算法世界

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