核心素养导向下的小学六年级信息科技《迷宫问题解决-计算思维与程序结构》教学设计

核心素养导向下的小学六年级信息科技《迷宫问题解决——计算思维与程序结构》教学设计

一、课程标准与设计理念

本教学设计严格遵循《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》中对于第三学段（5-6年级）“过程与控制”模块的要求，并深度融合闽教版（2020）六年级上册第一单元“趣味编程入门”的教学内容。课程设计跳出传统的软件操作技能讲授，转而以学科核心素养为纲，将“迷宫问题解决”作为载体，旨在通过真实情境下的项目式学习，系统性地培养学生的计算思维、数字化学习与创新能力以及信息社会责任。本课以“问题解决”为核心主线，强调让学生在“做中学”、“用中学”和“创中学”，通过“分析问题—设计算法—编写程序—调试优化—迁移创新”的完整闭环，引导学生亲历计算思维的全过程，理解计算机科学的基本原理，从而将碎片化的编程指令知识内化为系统化的、可迁移的问题解决策略，实现从“游戏玩家”向“游戏创造者”乃至“规则设计者”的角色转变。

二、教材与学情分析

【基础】本课内容基于闽教版信息技术六年级上册第5课《趣味编程2：迷宫游戏》进行二次开发与重构。原教材侧重于“计时器”、“按键是否按下？”、“碰到颜色？”等具体指令的掌握。本设计将其提升至“程序结构”与“问题分解”的层面，将具体指令视为实现算法思想的工具，重点在于引导学生理解如何通过组合这些基本指令，形成顺序、分支、循环这三种基本的程序控制结构，从而解决“迷宫穿越”这一具体问题。教材中的迷宫游戏只是一个引子，其背后的核心价值在于渗透“分而治之”的程序设计思想和严谨的逻辑推理训练。

【重要】教学对象为小学六年级学生。通过前序课程的学习，学生已经初步体验了图形化积木式编程（如Scratch）的基本操作，对顺序结构和简单的条件判断有了感性认识，具备基础的计算机操作能力。这个年龄段的学生好奇心强，对游戏有着天然的浓厚兴趣，具备一定的生活经验（如走迷宫），抽象逻辑思维开始萌芽但仍有赖于具体形象的支持。【难点】然而，学生对于如何将一个复杂的现实任务（如走迷宫）分解成若干个计算机可执行的子任务（功能模块），以及如何理解程序执行的并行性和事件驱动机制，往往感到困难。他们习惯于线性思维，对于“侦测”与“响应”、“条件”与“结果”之间的逻辑关联缺乏系统认知。因此，本课的教学设计必须搭建适宜的“脚手架”，通过具身认知活动（如角色扮演、流程图绘制）将抽象的编程逻辑可视化、具象化，帮助学生跨越从“生活逻辑”到“程序逻辑”的鸿沟。

三、教学目标与核心素养指向

1.【重要】信息意识与数字化创新：能够识别生活中与“迷宫”类似的问题情境（如路径规划、条件限制下的任务执行），认识到利用数字化工具（编程）解决问题的效率与优势。通过对游戏规则的再设计，培养创新意识和个性化表达的能力。

2.【非常重要】计算思维：

1.3.问题分解：能够将一个完整的“迷宫游戏”分解为“角色控制”、“边界侦测”、“胜利/失败判定”、“计时反馈”等相对独立的子问题或功能模块。

2.4.抽象与建模：能够理解角色的位置变化对应舞台坐标系（x,y）的数值变化，将“撞墙”抽象为“碰到特定颜色”的逻辑判断，将“游戏规则”抽象为“如果...那么...”的条件语句。

3.5.算法设计：能够综合运用顺序、循环、分支（选择）结构，设计出控制角色移动、侦测障碍并做出相应反馈的算法，并能用流程图清晰地表达算法思路。

4.6.模式识别：能够发现“键盘控制角色移动”这一系列指令中存在的重复模式（四个方向，仅是坐标增减方向和面向角度不同），进而通过与修改指令来提高编程效率。

7.【基础】数字化学习与创新：能够熟练运用图形化编程环境（如Scratch3.0）的各项功能，自主探究并掌握“侦测”模块中“按键是否按下？”、“碰到颜色？”、“计时器”等核心指令的用法，实现创意设计，创作出具有个性化特色的迷宫游戏作品。

8.【热点】信息社会责任：在创作与分享游戏的过程中，树立规则意识（游戏规则的公平性、合理性），培养尊重他人知识产权的意识，并在评价同伴作品时能够进行客观、公正、有建设性的交流，营造积极的在线学习社区氛围。

四、教学准备

1.环境准备：多媒体计算机网络教室（安装有Scratch3.0离线版或在线版）、电子教室广播教学软件、学生机分组（便于小组协作与互评）。

2.资源准备：【重要】教师精心设计并制作分层教学资源包，包含：①基础版迷宫游戏半成品（已完成背景绘制与角色初始化，但缺失核心逻辑）；②进阶版探究案例（如“计时器探秘.sb3”、“坐标与按键关系.sb3”）；③数字化学习任务单（含核心问题链与操作步骤提示）；④迷宫背景图片素材库；⑤多元化评价量规（电子版）。

3.分组策略：异质分组，每组4人，明确角色分工（如：组长负责协调与进度把控，程序员负责核心代码编写，测试员负责寻找程序漏洞，记录员负责记录问题与解决方案），角色定期轮换。

五、教学实施过程（核心环节）

（一）情境创设与问题定义：从游戏体验到问题抽象（预计时长：5分钟）

上课伊始，教师并不直接揭示课题，而是通过电子教室向所有学生机推送一个精心设计的“迷宫游戏挑战”程序。这个程序并非完美成品，而是存在明显缺陷的版本（例如，角色移动不流畅、穿墙而过、触碰到终点无反应等）。教师引导学生以“游戏测试员”的身份体验该程序，并抛出核心问题：“这个迷宫看似好玩，但背后存在严重的程序逻辑漏洞，导致游戏规则无法生效。请大家在体验后，像侦探一样，找出这个程序违背了哪些我们熟知的迷宫游戏规则？”学生通过亲身体验，能够迅速发现“撞墙不失败”、“到达终点不胜利”、“角色卡在墙里”等bug。此时，教师引导学生从感性体验转向理性分析，追问：“那么，一个‘好’的、符合规则的迷宫游戏，计算机程序必须能够理解和处理哪些核心环节？”组织学生进行小组讨论，引导他们归纳出迷宫游戏的几个核心要素：明确的任务起点与终点、受控的角色移动、对障碍物的识别与反应、对任务成败的判定与反馈。这一环节的目的在于将学生熟悉的“生活经验中的游戏规则”转化为“编程视角下的程序功能需求清单”，【非常重要】为后续的“问题分解”奠定基础。教师顺势板书核心关键词：“起点/终点”、“移动控制”、“障碍侦测”、“成败判定”，并由此引出本课课题，揭示本节课的核心任务——不是简单地“玩”游戏，而是用计算思维去“解构”和“创造”游戏。

（二）问题分解与算法建模：从“分而治之”到“流程图表达”（预计时长：12分钟）

【非常重要】这是本节课的核心认知建构环节。教师引导学生回顾刚才总结的四个核心要素，并提问：“如果我们想用编程来解决这个复杂问题，一股脑儿地写代码会非常混乱。在计算机科学领域，我们有一个强大的思想武器，叫做‘分而治之’。谁能尝试将这个迷宫问题，分解成几个相对独立、更容易处理的小任务？”鼓励学生小组讨论并发言。在教师的引导下，学生逐步将问题分解为：①初始化模块（设置角色起点位置、大小、初始状态，设定游戏计时器归零）；②移动控制模块（通过键盘按键控制角色上下左右移动）；③侦测与判定模块（持续侦测角色是否碰到墙壁、是否到达终点、是否超时）；④反馈与结束模块（根据侦测结果，给出“成功”或“失败”的提示，并停止游戏）。教师对学生的回答进行提炼和升华，强调这种将大问题拆解为小功能模块的思想，正是结构化程序设计的基础，能使编程思路豁然开朗。

紧接着，进入算法建模阶段。针对“移动控制模块”这个相对复杂的部分，教师提出问题：“要让角色响应键盘的‘→’键向右移动，计算机需要执行哪些具体的、按步骤的操作？”引导学生深入思考。教师不直接给出答案，而是邀请一位学生上台进行“角色扮演”：这位学生扮演“计算机”，教师扮演“程序员”发出指令。当教师说“按下右键”时，扮演计算机的学生必须做出相应的动作。通过这种具身活动，学生意识到，看似简单的“向右移动”，计算机需要理解一系列精确的指令：“面向90度方向”、“将x坐标增加10”。教师顺势引出“流程图”这一表达算法的工具，以大屏幕演示如何将“如果按下右键，那么面向右边并移动”这一逻辑用流程图（包括判断菱形框、执行矩形框）表示出来。随后，发放纸质或电子版的半成品流程图，【基础】要求学生在小组内合作，尝试用类似的逻辑，填充完整“上下左右”四个方向的移动控制流程图，以及简单的“碰到红色（终点）则说胜利并停止”的成败判定流程图。这一环节将内隐的思维过程外显化、结构化，让学生在做中学，深刻理解算法是程序的灵魂，而流程图是算法的图纸。

（三）编程实现与自主探究：从“指令工具”到“结构建构”（预计时长：15分钟）

【高频考点】在拥有了清晰的“问题分解清单”和“算法流程图”后，学生进入编程实现阶段。教师提供半成品的项目文件（迷宫背景、角色均已就位），学生只需拖拽积木实现核心逻辑。教师首先集中演示并讲解本课的三个核心指令及其背后的科学原理：【重要】①“事件”模块中的“当按下...键”，强调这是程序执行的“启动开关”和“并行处理”的体现——多个按键事件可以同时被侦测；②“侦测”模块中的“碰到颜色？”指令，这是一个【难点】，教师需通过类比演示（如用颜色传感器），帮助学生理解计算机是通过判断角色轮廓是否触及到特定颜色来实现碰撞检测的，并强调更改颜色值的方法（用吸管工具吸取背景中的墙壁色和终点色）；③“控制”模块中的“计时器”及其归零操作，讲解计时器作为系统变量的概念，以及它在游戏难度控制中的应用。

随后，学生根据之前分解的模块和流程图，开始自主编程。教师进行巡视指导，并提供分层支持：

对于基础薄弱的学生，鼓励他们参照教材和教师提供的“脚手架”卡片，优先完成“移动控制模块”和简单的“初始化模块”，这是本节课的【基础】要求。

对于学有余力的学生，教师鼓励他们挑战更【高阶】的任务：如何让角色移动更平滑（如重复执行中每次移动步数更少但频率更高）？如何实现碰到墙壁不仅退回原处，还发出“碰撞”的提示音？如何为游戏添加一个“倒计时”的紧张感？

教师在巡视中，重点关注学生对“并行程序”的理解。很多学生会将四个方向的移动指令串行放在一个“重复执行”里，导致逻辑混乱。这时，教师不是直接纠错，而是引导学生思考：“如果我把所有方向的判断都串在一起，计算机是不是必须依次检查？这和同时检查有什么不同？哪个更符合我们玩游戏时的真实感受？”从而引出“当按下...键”这一事件驱动模块的优势，帮助学生建构并行处理的概念。同时，针对【热点】问题“为什么我的角色有时会卡在墙边？”，引导学生思考碰撞检测的精度问题，并尝试通过设置“退回原点”或“退回上一步”的策略来优化逻辑。

（四）调试运行与协作优化：从“个人创作”到“群体智慧”（预计时长：8分钟）

【重要】编程的本质是调试。本环节专门用于培养学生的调试能力和批判性思维。完成初步编程后，教师组织“组间互测”活动。每个小组将本组完成的程序（哪怕还有bug）通过局域网分享给相邻的小组。测试小组的任务是“找茬”，他们需要像专业软件测试员一样，尽可能地尝试各种操作，试图让程序崩溃或出现不符合规则的行为，并详细记录发现的bug（例如：按住两个方向键时角色乱跑、快速移动时钻过墙缝、计时器归零后不停止等）。

测试结束后，两组面对面交流，测试组汇报发现的“问题”，开发组进行记录和回应。教师引导学生在交流中使用专业术语，描述问题时要说清楚“在什么情况下，做了什么操作，导致了什么不符合预期的结果”。这种“同伴互评”与“协同调试”的模式，不仅能帮助作者发现自己思维的盲区，更能让测试者在“找茬”的过程中，从另一个角度加深对程序逻辑严密性的理解。教师在这一过程中巡回指导，对共性问题（如角色陷入墙壁的判定逻辑不严谨）进行集中点拨。最后，每个小组根据互测反馈，对本组程序进行最后的修改与优化，并填写《调试记录单》，记录遇到的bug及其解决方案，形成过程性学习档案。

（五）展示评价与创意重构：从“技能习得”到“素养升华”（预计时长：5分钟）

课程尾声，教师选取具有代表性的作品进行全班展示。展示的作品不一定是最完美的，但可以是某一方面特别突出的，例如“界面设计最有创意”、“算法逻辑最简洁”、“音效配合最有趣”或“在互测中被发现bug最少最稳定”。学生上台演示自己的迷宫游戏，并对照着最初的“问题分解”思路，讲解自己的编程逻辑和遇到的挑战。教师引导学生从“游戏体验”、“逻辑严谨性”、“创意创新”三个维度，对照电子评价量规进行即时评价。

最后，教师并未止步于作品的完成，而是将视野引向更广阔的天地。教师展示一段视频或图片，内容是扫地机器人如何通过算法规划路线避开障碍物（物理迷宫），以及无人驾驶汽车如何通过传感器识别路况（动态迷宫）。教师总结道：“今天我们在计算机世界里，用编程解决了一个迷宫问题。在这个过程中，我们运用了‘分而治之’、‘抽象与建模’、‘算法设计’这些伟大的计算思维。这些思维不仅能帮我们制作好玩的游戏，更能帮我们解决现实世界中的复杂问题，比如让机器人走出仓库，让汽车安全抵达目的地。这就是信息科技的魅力，也是我们学习编程的根本目的。”通过这样的拓展，将本课的知识与技能上升为可迁移的学科素养和认识世界的新视角，完成课程的育人目标。

六、教学评价设计

本课采用过程性评价与终结性评价相结合的多元化评价体系。课堂中通过观察学生在小组讨论中的参与度、问题分解的合理性、流程图的准确性，以及在调试环节中的合作与批判性