我會(huì)自己來判斷之智能小夜燈

劉家寶

【摘要】隨著新課程在全國普遍實(shí)施，如何開展教學(xué)？依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)，本文以項(xiàng)目的學(xué)習(xí)方式進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，貼近生活，結(jié)合學(xué)生已有的經(jīng)驗(yàn)開展教學(xué)，啟發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題并通過學(xué)習(xí)新知識(shí)來動(dòng)手解決問題并提出新的問題，為后面內(nèi)容學(xué)習(xí)埋下伏筆。

【關(guān)鍵詞】項(xiàng)目教學(xué);分支結(jié)構(gòu);智能

《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中倡導(dǎo)課程基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)方式，可結(jié)合學(xué)生已有的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)和將要經(jīng)歷的社會(huì)生活，通過豐富多樣的任務(wù)情境，在鼓勵(lì)學(xué)生動(dòng)手解決問題的過程中讓學(xué)生建構(gòu)知識(shí)、培養(yǎng)技能和發(fā)展思維。

本案例內(nèi)容基于教育科學(xué)出版社《信息技術(shù)必修1：數(shù)據(jù)與計(jì)算》第2單元“編程計(jì)算”的第二節(jié)內(nèi)容“做出判斷的分支”，2.1節(jié)中學(xué)生學(xué)習(xí)了計(jì)算機(jī)解決問題的過程，本節(jié)2.2做出判斷的分支，讓學(xué)生掌握順序、分支的基本結(jié)構(gòu)，并結(jié)合具體問題利用Python進(jìn)行編程的學(xué)習(xí)。本課在第一節(jié)內(nèi)容的基礎(chǔ)上讓學(xué)生完整體驗(yàn)計(jì)算機(jī)解決問題的整個(gè)過程，為后面解決其他復(fù)雜問題打下基礎(chǔ)。

這部分內(nèi)容在課程標(biāo)準(zhǔn)中的相關(guān)要求是：“1.6從生活實(shí)例出發(fā)，概述算法的概念與特性，運(yùn)用恰當(dāng)?shù)姆椒ê涂刂平Y(jié)構(gòu)表示簡單算法。1.7掌握一種程序設(shè)計(jì)語言的基本知識(shí)，使用程序設(shè)計(jì)語言實(shí)現(xiàn)簡單算法。通過解決實(shí)際問題，體驗(yàn)程序設(shè)計(jì)的基本流程，掌握程序調(diào)試與運(yùn)行的方法?！?/p>

【項(xiàng)目教學(xué)目標(biāo)】

學(xué)生已經(jīng)了解了計(jì)算機(jī)解決問題的一般過程，但自己沒有思考并親自動(dòng)手去體驗(yàn)計(jì)算機(jī)解決問題的過程，對(duì)解決問題的算法了解不多，對(duì)算法的描述不太熟練，但高中同學(xué)已經(jīng)在初中接觸過編程，邏輯思維能力較好，能表達(dá)出自己的想法并進(jìn)行實(shí)踐，學(xué)習(xí)能力較強(qiáng)。

基于課程標(biāo)準(zhǔn)的要求和內(nèi)容、學(xué)情的分析，本項(xiàng)目的教學(xué)目標(biāo)設(shè)定為：

1. 能針對(duì)問題有各自的解決方法和具體步驟。

2. 學(xué)習(xí)順序、分支結(jié)構(gòu)的知識(shí)，結(jié)合算法完成程序的編寫并解決問題。

3. 通過解決生活中的實(shí)際問題，激發(fā)學(xué)生利用計(jì)算機(jī)解決問題的興趣，理解算法和程序設(shè)計(jì)的作用。

其中，教學(xué)重點(diǎn)為掌握順序和分支的基本結(jié)構(gòu)，教學(xué)難點(diǎn)為運(yùn)用順序、分支語句編寫簡單程序解決一些實(shí)際問題。

【項(xiàng)目概述】

如今家庭中越來越多的電器具有智能，能夠根據(jù)家中的實(shí)際狀況自動(dòng)開關(guān)或進(jìn)行調(diào)整，讓家中環(huán)境更好、更舒適，它們是如何做到的呢？它們?cè)趺磿?huì)有這些判斷和自我調(diào)節(jié)的能力呢？

基于這個(gè)問題，本次課圍繞“智能小夜燈”項(xiàng)目開展，借助讓小夜燈具有智能來實(shí)施教學(xué)，從學(xué)生思考到分析問題，然后確定解決方法，最終利用學(xué)習(xí)的新知識(shí)編程來解決問題。通過這一流程，讓學(xué)生體會(huì)到智能的核心是算法，需要通過編程來實(shí)現(xiàn)，逐步培養(yǎng)學(xué)生利用計(jì)算機(jī)來解決問題的意識(shí)和能力。

本節(jié)內(nèi)容加上知識(shí)拓展，建議兩課時(shí)。

【項(xiàng)目教學(xué)準(zhǔn)備】

1. 硬件環(huán)境：多媒體網(wǎng)絡(luò)機(jī)房

2. 電腦軟件：廣播電子教學(xué)軟件、Python軟件

3. 項(xiàng)目資源：Python學(xué)習(xí)幫助文件

【項(xiàng)目教學(xué)過程】

一、項(xiàng)目引入

提出問題：如今家庭電器設(shè)備越來越多，各種設(shè)備變得越來越智能，很多家用電器已經(jīng)不需要我們親自操作或發(fā)出命令了，它們自己會(huì)根據(jù)家中環(huán)境自動(dòng)地開關(guān)和調(diào)節(jié)。問題來了，家里一般會(huì)有一個(gè)夜燈，方便夜間照明，當(dāng)然我們可以手動(dòng)去開關(guān)，但是能不能讓它夜間自動(dòng)打開，或者在我們需要的時(shí)候亮，不需要的時(shí)候不亮呢？這就是我們今天要學(xué)習(xí)的內(nèi)容—“智能小夜燈之我會(huì)自己來判斷”。

設(shè)計(jì)意圖：越來越多的同學(xué)們家里都有了各種各樣的小夜燈，大家對(duì)各自家里的小夜燈工作過程很熟悉，但不同的小夜燈的效果是不一樣的，他們會(huì)有比較，會(huì)有思考，為什么有的需要手動(dòng)去打開，有的晚上會(huì)自動(dòng)打開？其實(shí)在于各自的工作策略不同，如何進(jìn)行設(shè)計(jì)，能滿足我們的需求？引起他們的思考，進(jìn)入本次課的課題。

二、項(xiàng)目分析

活動(dòng)1：分析問題，確定需求

知識(shí)技能：問題的界定和描述

活動(dòng)要求：分析問題，明確項(xiàng)目要求

家里的夜燈，我們?cè)趺茨茏屗约簺Q定開關(guān)呢？每位同學(xué)都要去思考、討論，如果是你來設(shè)計(jì)，你會(huì)怎么去做？需要些什么？什么情況下需要燈開或關(guān)？

學(xué)生思考討論：

1. 夜燈能不能自己收集家里實(shí)時(shí)光線情況呢？根據(jù)家里光線情況決定開關(guān)。

2. 夜燈如果能收集到我的聲音就好了，這樣就可以根據(jù)我的聲音來決定開關(guān)。

3. 什么條件下需要小夜燈自動(dòng)打開或關(guān)閉呢？

……

總結(jié)：同學(xué)們想的都很好，我們可以借助各種傳感器來收集各種信息，這樣就可以解決大家的問題了。那么如何去實(shí)現(xiàn)呢？今天我們就以光線傳感器收集家里光線情況來決定燈的開關(guān)為例來進(jìn)行今天的學(xué)習(xí)。

設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)讓學(xué)生自己明確問題的需求，自己去思考、分析提出的解決方法，確定解決方法的每一個(gè)具體步驟，為后面程序的實(shí)現(xiàn)打下基礎(chǔ)。

三、項(xiàng)目設(shè)計(jì)

活動(dòng)2：明確智能小夜燈工作的具體過程

知識(shí)技能：確定智能小夜燈的算法

活動(dòng)要求：

（1）明確智能小夜燈具體的每一個(gè)步驟。

（2）利用自然語言或流程圖將小夜燈工作的步驟表示出來。

設(shè)計(jì)意圖：基于上面一個(gè)活動(dòng)的分析，讓學(xué)生將小夜燈工作的整個(gè)過程，利用自然語言或流程圖將每一個(gè)具體的步驟表示出來，便于接下來功能的實(shí)現(xiàn)。

活動(dòng)3：收集光線數(shù)值

知識(shí)技能：了解變量、輸入語句input及類型轉(zhuǎn)換函數(shù)int的使用，掌握順序結(jié)構(gòu)的基本格式，學(xué)會(huì)賦值語句的使用。

活動(dòng)要求：

（1）通過光線傳感器收集小夜燈所在位置光線的數(shù)值，本次課使用input語句直接輸入光線的具體數(shù)值，數(shù)值范圍約定為[0，100]，數(shù)值越大，光線越強(qiáng)。

（2）學(xué)習(xí)變量，并將光線的數(shù)值保存在變量中。

設(shè)計(jì)意圖：根據(jù)流程圖的步驟，收集光線數(shù)值，學(xué)習(xí)Python中輸入語句的使用，邊解決問題，邊學(xué)習(xí)新知識(shí)。

活動(dòng)4：判斷小夜燈的開關(guān)

知識(shí)技能：掌握分支的基本結(jié)構(gòu)以及常見的關(guān)系運(yùn)算符，學(xué)會(huì)if語句的用法。

活動(dòng)要求：

（1）比較此時(shí)光線的值和設(shè)定需要開燈情況的值，學(xué)習(xí)關(guān)系表達(dá)式的使用。

（2）學(xué)習(xí)if語句的格式和使用，根據(jù)關(guān)系表達(dá)式的結(jié)果，輸出小夜燈是開還是關(guān)。

設(shè)計(jì)意圖：通過判斷開關(guān)，讓學(xué)生多想，認(rèn)真練習(xí)，熟悉并掌握if語句及關(guān)系表達(dá)式的使用。

四、項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)

活動(dòng)5：Python編程完成智能小夜燈程序

知識(shí)技能：學(xué)會(huì)代碼編寫和調(diào)試運(yùn)行。

活動(dòng)要求：

（1）根據(jù)前4個(gè)活動(dòng)，完成整個(gè)程序的編寫。

（2）調(diào)試運(yùn)行查看結(jié)果。

（3）完成自我評(píng)價(jià)量規(guī)表。

拓展思考：

（1）如果輸入數(shù)值不在約定的范圍內(nèi)，應(yīng)該怎么做？怎么保證數(shù)值在約定的[0，100]范圍內(nèi)呢？

（2）如果只根據(jù)家里光線的情況來決定燈的開關(guān)，會(huì)有什么情況出現(xiàn)？家里光線暗的時(shí)候，燈一直亮著，這樣不節(jié)能，能不能在有人經(jīng)過的時(shí)候才亮呢？光線值符合打開燈的條件和有人經(jīng)過，這兩種情況同時(shí)滿足的時(shí)候，燈才亮，這樣才符合節(jié)能的要求，我們應(yīng)該如何修改呢？

設(shè)計(jì)意圖：根據(jù)前4個(gè)活動(dòng)的分析，讓學(xué)生完成智能小夜燈程序的編寫、運(yùn)行和驗(yàn)證結(jié)果是否正確，體驗(yàn)計(jì)算機(jī)解決問題的一般過程。需要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是，小夜燈的程序在實(shí)際的產(chǎn)品中是一直在重復(fù)執(zhí)行的，這是循環(huán)，為后面的教學(xué)內(nèi)容埋下伏筆。

拓展讓學(xué)生多思考，考慮得更全面，這樣設(shè)計(jì)的作品才會(huì)更好。

五、項(xiàng)目總結(jié)

知識(shí)技能：input函數(shù)的使用，賦值語句和if語句。

活動(dòng)形式：學(xué)生回答，老師補(bǔ)充。

拓展思考：本次課中我們完整地體驗(yàn)了計(jì)算機(jī)解決問題的整個(gè)過程，完成了根據(jù)光線情況來判斷小夜燈開關(guān)的項(xiàng)目，有些同學(xué)還增加了要物體經(jīng)過這個(gè)條件來判斷開關(guān)的，非常好。如果現(xiàn)在需要一個(gè)聲控的智能小夜燈，怎么辦？如果本課的小夜燈還要能自動(dòng)調(diào)節(jié)亮度，又該怎么做呢？

設(shè)計(jì)意圖：通過知識(shí)的梳理，讓學(xué)生回顧智能小夜燈程序中涉及的知識(shí)，進(jìn)一步熟悉Python語言，加深對(duì)計(jì)算機(jī)解決問題的一般過程的理解。通過拓展思考，讓學(xué)生了解一個(gè)智能化的產(chǎn)品也會(huì)進(jìn)行改進(jìn)、更新，這樣產(chǎn)品才會(huì)更加完美和智能。

【設(shè)計(jì)后感】

《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中提出，信息技術(shù)課程是一門旨在全面提升學(xué)生信息素養(yǎng)的基礎(chǔ)課程，并強(qiáng)調(diào)“計(jì)算思維”，旨在強(qiáng)調(diào)學(xué)科思維的養(yǎng)成。因此，《編程計(jì)算》教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)，應(yīng)該著眼于如何解決問題，在解決問題的過程中學(xué)習(xí)新知識(shí)，需要什么，學(xué)習(xí)什么，知識(shí)不一定要全，這一章四個(gè)小節(jié)的知識(shí)不需要孤立，可以根據(jù)具體需求進(jìn)行融合，解決問題了即可。內(nèi)容的設(shè)計(jì)可以貼近學(xué)生的實(shí)際生活，來源于真實(shí)的生活場景，這樣可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，在發(fā)現(xiàn)和認(rèn)識(shí)生活的過程中，學(xué)習(xí)新知識(shí)。課標(biāo)中倡導(dǎo)要基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)方式，因此每節(jié)內(nèi)容的設(shè)計(jì)不要孤立，可以建立起聯(lián)系。整個(gè)章節(jié)可以是一個(gè)大項(xiàng)目，每個(gè)小節(jié)間可以相互關(guān)聯(lián)，給學(xué)生一個(gè)整體的概念。如今的智能產(chǎn)品都是項(xiàng)目工程，正因?yàn)椴粩嗟匕l(fā)現(xiàn)問題，不斷地在設(shè)計(jì)和更新去解決問題，才會(huì)讓人感覺產(chǎn)品越來越人性化、智能化。而這樣的設(shè)計(jì)可能會(huì)更好地提高學(xué)生參與信息社會(huì)的責(zé)任感與行為能力，成為具備較高信息素養(yǎng)的中國公民。

【參考文獻(xiàn)】

[1]中華人民共和國教育部.普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)[M].北京：人民教育出版社，2017：13.