小学信息科技五年级上册·第一单元《算法初步》第2课：用自然语言表达算法步骤的教学设计

小学信息科技五年级上册·第一单元《算法初步》第2课：用自然语言表达算法步骤的教学设计一、教学内容分析  本课内容在《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》中，归属于第二学段“算法与编程”模块，是学生系统接触计算思维核心概念“算法”的起始与关键环节。从知识图谱上看，它上承第1课对“算法”概念的初步感知，下启后续课程中对流程图、编程语言等更形式化算法描述工具的学习，起着承上启下的枢纽作用。其核心认知要求在于“应用”：学生需将抽象的算法思想，转化为用自然语言进行清晰、有序、无歧义的步骤描述，这本质上是将“问题解决思路”进行逻辑化、条理化表达的过程，是计算思维中“分解”与“算法设计”能力的初步体现。课标蕴含的学科思想方法在于“算法建模”，即引导学生将纷繁复杂的现实任务，抽象为一系列可执行的基本步骤。本课的育人价值在于培养学生严谨、有序、逻辑化的思维习惯，通过精确描述任务步骤，体会“步骤明确”在与人协作、与机器交互中的重要性，为数字化时代下高效的沟通与问题解决能力奠基。  五年级学生已具备一定的生活经验与语言组织能力，能够描述简单事件的先后顺序，这是学习本课的认知起点。然而，学生普遍存在“思维跳跃”和“默认共识”的认知特点，在描述中容易遗漏关键细节或认为某些步骤“不言而喻”，这恰恰是迈向精准算法描述需要突破的核心障碍。因此，本课的教学设计需创设大量从“模糊”到“精确”的认知冲突情境。在过程评估上，将通过“你说我做”互动游戏、任务单上的步骤纠错、同伴互评描述完整性等形成性评价手段，动态捕捉学生的思维漏洞。针对学情差异，教学将提供多层次脚手架：对描述困难的学生，提供“第一步、第二步…”的步骤序号支架和关键词提示卡；对思维敏捷的学生，则挑战其用更简洁或更普适的语言优化描述，并鼓励尝试“如果…那么…”的条件判断初步表达，实现差异化提升。二、教学目标  知识目标：学生能准确复述“算法描述”的目的与意义，理解“自然语言描述”作为算法表达方式之一的特点（直观但有歧义风险）；能结合具体生活与学习任务，识别出其中隐含的算法步骤，并运用“顺序”、“分支”的雏形思维，条理清晰、无关键信息遗漏地将其转化为书面或口头的自然语言叙述。  能力目标：通过完成“为机器人设计指令”等情境任务，学生能够将一个复合任务（如“冲泡奶茶”）系统性地分解为一系列有序的原子步骤；在“描述执行反馈”的互动中，锤炼用语言精确控制行为的能力，初步体验“调试”与“优化”描述的过程，发展计算思维中的分解与算法设计能力。  情感态度与价值观目标：在小组合作设计算法的活动中，学生能主动倾听同伴描述，并基于是否可执行提出建设性意见，培养合作沟通中的精确表达意识与责任感；通过体会模糊描述导致的执行失败，建立起对“步骤明确性”、“逻辑严谨性”的价值认同。  学科思维目标：重点发展“计算思维”中的分解与算法思想。通过“将大任务拆解为小步骤”的反复训练，引导学生形成“分步解决问题”的思维模式；通过对比模糊描述与精确描述的执行效果，初步建立“确定性”是算法核心特质的观念。  评价与元认知目标：引导学生依据“步骤完整、顺序正确、用语明确”三项基础量规，对自我或同伴的自然语言算法描述进行初步评价；在课堂小结阶段，能够反思在描述过程中遇到的困难及克服方法，归纳出“从执行者角度思考”等描述技巧。三、教学重点与难点  教学重点：运用自然语言，条理清晰、无关键信息遗漏地描述一个简单任务的完成步骤。其确立依据在于，这是将算法思想进行外化表达的第一个也是最重要的技能出口，是衔接算法理解与后续所有算法描述工具（流程图、代码）学习的桥梁。课标中强调的“用计算思维方法解决简单问题”，其首要体现就是能够将解决方案步骤化、清晰化。从学科能力发展看，此技能是培养学生逻辑思维与精确表达能力的直接载体。  教学难点：学生在描述过程中克服思维跳跃，意识到并补全那些“自认为显而易见”的关键性细节步骤。难点成因在于学生的认知处于“自我中心”阶段，难以完全切换到“执行者”（尤其是无经验的执行者，如机器人或新同学）视角。常见错误表现为步骤描述过于笼统（如“打开软件”而未指明哪个软件）、遗漏前提条件（如“输入密码”却未说明密码是什么）、默认执行者具备特定知识。突破方向在于创设强烈的认知冲突，例如让一名学生严格按另一名学生的模糊描述执行动作，通过执行失败的反溯，让学生切身感受“明确性”的必要。四、教学准备清单1.教师准备1.1媒体与教具：交互式课件，内含对比性案例（模糊描述vs.精确描述）、任务情境动画（如“机器人取快递”）；实物教具：一套乐高积木（用于搭建简单模型，配合描述任务）；课堂任务单（分层设计）。1.2学习支架：“算法描述评价量规”小卡片（步骤完整☆、顺序正确☆、用语明确☆）；“描述小助手”词汇提示卡（包含“首先、然后、接着、如果…那么…、重复…直到…”等连接词）。2.学生准备：复习第一课“算法”的概念；观察并思考一项日常活动（如系鞋带）的详细步骤。3.环境布置：教室桌椅调整为四人小组合作式；黑板划分区域，用于张贴学生生成的优秀算法描述案例与常见问题案例。五、教学过程第一、导入环节  1.情境创设与冲突激发：“同学们，上节课我们认识了无处不在的‘算法’，它就是解决问题的步骤序列。现在，假设我们班新来一位同学，他需要从教室走到学校图书馆。谁能用几句话告诉他该怎么走？”（请12名学生口头描述）。随后，教师扮演这位“新同学”，并刻意按照学生描述中可能存在的模糊处执行：“‘出教室门左转’——教室有几个门，走哪个？‘走到尽头再右转’——尽头是哪里的尽头？我好像迷路了。”通过制造执行困惑，引发学生思考。  1.1核心问题提出：“大家看，为什么听起来清楚的描述，实际做起来却会出问题？我们怎样才能把‘怎么做一件事’说得清清楚楚，让任何人（甚至一台机器）都能准确无误地执行呢？”  1.2路径明晰与旧知唤醒：“这就是今天我们要攻关的核心技能——用自然语言精准地描述算法步骤。我们会像侦探一样，先去发现模糊描述的漏洞；再像工程师一样，学习构建清晰指令的秘诀；最后，还要挑战为我们的小伙伴或虚拟机器人设计一份‘完美行动指南’。”第二、新授环节  本环节采用支架式教学，通过五个层层递进的任务，引导学生从感知问题、模仿实践到自主建构，逐步掌握用自然语言精准描述算法的核心技能。任务一：火眼金睛——对比中发现“明确性”原则教师活动：首先，呈现两组针对同一任务（“用电脑播放音乐”）的描述。A描述模糊：“打开软件，找到歌，播放。”B描述精确：“第一步：双击桌面上的‘酷狗音乐’图标。第二步：在搜索框中输入‘孤勇者’，点击搜索。第三步：在搜索结果中，点击第一个歌曲右侧的‘播放’按钮。”接着，组织讨论：“请大家做个小裁判，哪份‘说明书’更好？为什么？如果让一个从没操作过电脑的老人来执行，哪一份他更可能成功？”教师引导学生聚焦关键词：提到了具体的软件名称吗？操作对象（图标、按钮）指明了吗？动作（双击、输入、点击）清楚吗？最后，板书归纳第一个描述要点：明确对象与动作。学生活动：观察对比两组描述，积极参与讨论，指出B描述的优点在于指出了具体的软件名、操作位置和动作。尝试用自己的话总结，怎样的描述才算“明确”。即时评价标准：1.能否指出对比案例中模糊的具体点（如“软件”不具体）。2.能否用“因为…所以…”的句式说明精确描述为何更易执行。3.倾听时能否认同或补充同伴的发现。形成知识、思维、方法清单：★核心概念：算法的明确性。算法的每一个步骤都必须是清晰、无二义的，不能有模棱两可的表述。▲教学提示：通过极端案例（如让机器执行“稍微加点糖”），强化“明确”的重要性。★描述要点一：明确对象。描述中需明确指出操作所针对的具体事物，如“桌面上的‘此电脑’图标”、“浏览器地址栏”。★描述要点二：明确动作。使用准确的动词描述操作，如“双击”、“拖动”、“输入”。任务二：分解高手——拆解“泡一杯奶茶”的步骤教师活动：提出一个稍复杂的熟悉任务：“为妈妈泡一杯速溶奶茶，需要哪些步骤？请各小组讨论，并把每一步写在便签条上。”巡视中，关注学生是否遗漏“烧水”、“撕开包装”等“隐性”步骤。随后，请一个小组展示他们的步骤条，并引导全班审视：“‘倒入热水’这一步，需要先做什么准备？（烧水、准备杯子）‘搅拌’之前，所有材料都放进杯子了吗？（糖包、奶茶粉）”。教师将步骤条在黑板上进行排序、合并与补充演示，强调任务的序列性与完整性。并提问：“如果步骤顺序调换，比如先放奶茶粉再烧水，会怎样？”引出顺序的重要性。学生活动：小组合作，讨论并分解“泡奶茶”任务，将每一步写在便签上。在教师引导和小组间互评下，检查步骤是否有遗漏、顺序是否合理。通过动手排列便签条，直观感受步骤的先后顺序。即时评价标准：1.分解出的步骤是否都是可执行的一个小动作。2.小组内分工是否明确，讨论是否有序。3.能否根据他人建议，对步骤进行补充或顺序调整。形成知识、思维、方法清单：★核心方法：任务分解。将复杂任务拆解为一系列简单的、顺序执行的原子步骤，这是算法设计的基石。★描述要点三：顺序正确。步骤的前后次序直接影响结果的正确性，描述时必须保证逻辑顺序准确。★易错点：遗漏前提步骤。容易忽略那些被视为“常识”或“背景”的准备步骤，描述时应站在“零经验”执行者角度思考。▲思维进阶：引导学生思考是否存在可以同时进行的步骤（并行思想雏形），如“烧水”的同时可以“准备杯子和奶茶包”。任务三：语言化妆师——将零散步骤组织成通顺描述教师活动：承接上一个任务，展示一组正确但生硬的步骤：“1.拿杯子。2.烧水。3.拆奶茶包。4.水开。5.倒水入杯。6.搅拌。”挑战学生：“这些步骤都对，但读起来像机器人说话。谁能用更通顺、像给朋友介绍一样的自然语言把它们连起来说一遍？”引导学生使用“首先…然后…接着…最后…”等连接词。并进一步提出：“‘水开’是一个步骤吗？它更像一个…？（条件或状态）我们怎么描述它？”引入“等到水烧开之后”这样的条件性描述语言。提供“描述小助手”词汇卡作为支撑。学生活动：个人练习将零散的步骤清单，组织成一段连贯、通顺的口头或书面描述。尝试运用不同的连接词使描述更流畅。思考如何将“水开”这样的状态转化为可嵌入步骤的描述。即时评价标准：1.能否恰当使用连接词使描述连贯。2.描述语言是否接近日常自然表达，避免机械罗列。3.能否将非动作的状态（如水开）合理转化为步骤的一部分。形成知识、思维、方法清单：★描述要点四：使用连接词。运用“首先、然后、接着、最后”等词语，使步骤描述条理清晰，逻辑流畅。▲表达技巧：描述可以像讲故事一样自然，但前提是每一步的明确性不能丢失。★初步认识“条件”。意识到某些步骤的执行需要等待特定条件满足（如“水开后”），这是后续学习分支判断的基础。★核心能力：语言组织与转化。将思维中离散的步骤点，转化为线性、连贯的语言表达，是思维外化的关键一步。任务四：实战演练——为“图形机器人”编写指令教师活动：在课件中展示一个虚拟的“图形机器人”，其基本动作只有“前进N步”、“左转90度”、“右转90度”、“抬起画笔”、“落下画笔”。发布挑战任务：“请用自然语言为这个机器人编写算法，让它从起点出发，在黑板上画出一个边长为100步的正方形。”首先，引导学生分解任务：“画正方形，机器人需要重复做什么动作组合？”然后，让学生分组编写指令。教师巡视，收集典型描述，特别是可能出现的循环描述雏形（如“重复4次：前进100步，右转90度”）。学生活动：小组合作，分析“画正方形”这一任务所需的动作序列。尝试用自然语言编写指令，并思考如何让描述更简洁（是否用到“重复”）。可能经历“编写模拟验证修改”的微型调试过程。即时评价标准：1.编写的指令是否能让机器人从起点出发并返回起点。2.是否尝试用“重复”来简化对相同动作序列的描述。3.小组是否模拟执行了指令以验证其正确性。形成知识、思维、方法清单：★知识应用：在限定指令集中描述算法。体验在给定基本操作集的情况下，组合出复杂行为的过程，这是编程思维的直接体验。★核心思维：模式识别与抽象。发现“前进右转”是一个重复出现的模式，并用“重复4次”进行抽象，是循环思维的萌芽。★方法对比：自然语言vs.伪代码。学生自发生成的“重复X次…”的描述，已非常接近编程中的“循环”伪代码，教师可点明这正是自然语言描述向形式化语言过渡的桥梁。▲课堂用语：“看，同学们发明的‘重复4次’说法多棒！这已经很像程序员思考问题的方式了！”任务五：评议优化——依据量规完善算法描述教师活动：出示一份来自其他小组（或教师预设）的、存在12处典型模糊问题的“取快递”算法描述。分发“算法描述评价量规”小卡片（三颗星：步骤完整、顺序正确、用语明确）。带领学生依据量规，逐条评议该描述，并提出修改建议。例如，描述中说“去快递柜取快递”，引导学生评议：“‘快递柜’在哪里？需要什么凭证？步骤完整吗？”然后，请各小组交换在任务四中编写的“画正方形”指令，依据量规进行互评，并给出星级和修改意见。学生活动：学习使用评价量规，对示例描述进行诊断和“治疗”。然后小组间进行作品互评，从“执行者”视角审视他人描述的清晰度，并提出具体优化建议。根据反馈修改本组的描述。即时评价标准：1.能否依据量规的维度（完整、顺序、明确）指出问题。2.提出的修改意见是否具体、可操作。3.能否虚心接受同伴的合理建议并改进自己的作品。形成知识、思维、方法清单：★元认知技能：基于标准的评价与反思。学习使用工具（量规）来客观评价算法描述的质量，这是发展批判性思维和自我修正能力的重要环节。★实践原则：描述的可测试性。优秀的描述应该能够被他人直接测试和执行，互评过程即是测试过程。★学习态度：开放的协作观。理解算法设计往往需要多次评审和迭代优化，乐于接受反馈并完善作品。▲教学提示：此环节是差异化教学的关键点，能力强的学生可以担任“高级评审员”，思考如何优化描述使其更优雅（简洁、通用）。第三、当堂巩固训练  设计分层巩固任务，学生可根据自身情况选择完成：  基础层（必做）：请用自然语言描述“利用校园一卡通在食堂成功打一份饭菜”的算法步骤。要求步骤完整、顺序正确。（反馈：同桌互换，检查是否有遗漏步骤，如“确认卡内余额”、“将卡贴近读卡器”等）。  综合层（选做）：小明的智能扫地机器人被困在了房间中央（四面都有障碍物）。已知它可以执行“前进/后退一步”、“左转/右转90度”和“检测前方障碍”。请你为它设计一个“尝试脱困”的简单算法，并用自然语言描述出来。（反馈：教师选取有代表性的描述（如“一直右转直到前方无障碍，然后前进”）进行全班分享，讨论其可行性与局限性）。  挑战层（选做）：设计一个“猜数字”游戏的算法。你想一个110之间的数字，让同学猜。你只能回答“猜大了”、“猜小了”或“猜对了”。请描述这个游戏中，猜数字的同学可以采用的策略步骤，以保证在最少的次数内猜中。（反馈：引导至“二分法”思想，作为拓展视野，不要求所有学生掌握，鼓励学有余力者课后探究）。第四、课堂小结  1.知识结构化：引导学生共同回顾，形成思维导图框架。中心是“自然语言描述算法”，主分支包括“为什么”（明确性重要性）、“是什么”（步骤序列）、“怎么做”（四个要点：明确对象动作、顺序正确、使用连接词、站在执行者角度思考）。  2.方法提炼与元认知：提问：“今天这节课，我们像什么家一样在工作？（拆解任务的‘分解家’、组织语言的‘作家’、测试指令的‘调试员’）”“回顾一下，从最初模糊的指路到后来清晰的指令，你觉得最大的进步是什么？下次描述步骤时，你会最先提醒自己注意什么？”（引导学生说出“要想象对方完全不懂”、“检查有没有漏掉的细节”）。  3.作业布置与延伸：“今天的作业就是一份‘生活算法说明书’。必做：选择一项家务活（如扫地、叠衣服），为其撰写一份详细的自然语言算法描述，并请家人根据你的描述执行，看看能否成功。选做：观察一个手机APP（如地图导航）的路径规划，尝试用自然语言概括它为你设计的‘从家到学校’的算法步骤。下节课，我们将学习用一种更直观的图形工具——流程图，来描述算法，看看它和自然语言相比，各有何妙处。”六、作业设计  基础性作业（全体必做）：“我是家庭小管家”说明书。选择一项你熟悉的日常家务（例如：用微波炉加热一杯牛奶、给绿色植物浇水、整理书包），撰写一份极其详细的自然语言算法描述。要求：1.步骤完整，无常识性遗漏。2.顺序正确。3.使用明确的动词和对象名称。完成后，可以尝试让一位不太熟悉这项家务的家人或朋友照着做，观察能否顺利执行，并根据实际情况优化你的描述。  拓展性作业（建议大多数学生完成）：“校园导航员”挑战。为你学校的一座标志性建筑（如图书馆、体育馆）设计一个从校门口出发的“寻宝路线”算法描述。要求除了基本的行进指令（左转、直走）外，还需包含至少一个“条件判断”的描述，例如“如果你看到了花坛，那么向右转”。让你的描述生动而准确。  探究性/创造性作业（学有余力学生选做）：“算法诗人”。尝试用自然语言描述一个具有简单规则的游戏策略，例如“井字棋”先手如何确保不败，或“汉诺塔”游戏的递归移动步骤。或者，创作一个简短的“交互式故事”，其中故事的发展由读者做出的是/否选择来决定，并用自然语言描述出这个分支故事的算法结构。七、本节知识清单及拓展  1.★算法：解决问题或完成任务的一系列准确而完整的步骤。它强调有穷性、确定性、可行性。  2.★算法描述：将算法思想用某种形式表达出来，以便交流、理解和执行。自然语言描述是其中最直观的一种。  3.★自然语言描述算法的优点：直观易懂，易于人类理解和交流，无需特殊符号或工具。  4.★自然语言描述算法的缺点：容易产生歧义，不够严谨，冗长，不适合描述复杂逻辑。  5.★算法的明确性（核心原则）：描述中的每一步都必须清晰、无二义，不能让人产生多种理解。（教学提示：通过“执行失败”的反例深刻理解）  6.★任务分解（核心方法）：将复杂问题拆解成一系列简单的、可顺序执行的小步骤或子任务。这是设计任何算法的起点。  7.★描述要点一：明确对象与动作。使用具体名称指出操作对象（如“Word图标”），使用精确动词描述动作（如“双击”）。  8.★描述要点二：确保顺序正确。步骤的先后次序必须符合事物本身的逻辑，顺序错误会导致结果错误或无法执行。  9.★描述要点三：保障步骤完整。不能遗漏关键步骤，尤其是那些看似“理所当然”的准备性或前提性步骤。（易错点）  10.★描述要点四：善用连接词组织。使用“首先…然后…接着…最后…”等词语，使描述逻辑流畅，条理清晰。  11.★执行者视角（关键思维）：描述算法时，要假设执行者不具备相关背景知识，从“零经验”角度审视每一步是否足够明确。  12.▲模式识别：在步骤序列中发现重复出现的相同或相似的操作模式。  13.▲循环思想雏形：对于重复的模式，可以用“重复X次…”这样的自然语言进行概括，这是编程中循环结构的思维基础。  14.▲条件判断雏形：用“如果…那么…”、“等到…之后…”等句式描述需要根据特定情况决定下一步操作，这是分支结构的思维基础。  15.★算法评价：可以从“步骤完整性”、“顺序正确性”、“用语明确性”等多个维度对一份自然语言算法描述进行评价和优化。  16.★调试：发现描述中的错误或模糊之处并进行修改的过程。让他人按描述执行是有效的调试方法。  17.▲自然语言与形式化语言：自然语言描述是通向流程图、伪代码、编程语言等更形式化、更严谨的算法描述工具的桥梁。  18.▲计算思维在本课的体现：主要体现在“分解”（将大任务拆小）和“算法设计”（设计步骤序列）这两个环节。八、教学反思  （一）教学目标达成度分析：从课堂“当堂巩固训练”的完成情况看，约85%的学生能独立完成基础层任务，步骤描述基本完整、明确，表明“明确性”原则和基本描述要点已初步内化。在小组互评环节，学生能依据量规指出“对象不明确”、“顺序可能颠倒”等问题，说明评价能力目标有所落实。情感目标在“你说我做”的失败体验和成功协作中得到了较好渗透，学生普遍表现出对“说清楚”的重视。然而，在综合层任务中，涉及简单条件判断的描述，仅约30%的学生能较清晰表达，这提示“条件”思维的萌芽需要更多情境和课时来培育。  （二）教学环节有效性评估：1.导入环节：制造认知冲突成功激发了探究欲望，“迷路”的表演让学生立刻感受到问题所在，驱动性强。2.任务一（对比发现）与任务二（分解步骤）：这两个任务构成了坚实的认知支架。从“评析他人”到“自己动手拆解”，符合从认识