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      生活中的循環(huán)應(yīng)用——圖形化編程mBlock循環(huán)算法

      2023-06-28 15:17:32王小斌
      江蘇科技報(bào)·E教中國 2023年4期
      關(guān)鍵詞:口罩現(xiàn)象程序

      王小斌

      江蘇省泰州市實(shí)驗(yàn)小學(xué)信息科技教師,泰州市卓越教師,學(xué)科帶頭人,泰州市311人才工程培養(yǎng)對象,海陵區(qū)十佳青年教師。曾獲江蘇省小學(xué)信息技術(shù)優(yōu)秀課評(píng)比一等獎(jiǎng),泰州市青年教師基本功比賽一等獎(jiǎng)、優(yōu)秀課評(píng)比一等獎(jiǎng)。代表江蘇省在北京參加全國中小學(xué)信息技術(shù)機(jī)器人教學(xué)活動(dòng),獲特等獎(jiǎng)。在國家、省級(jí)刊物發(fā)表信息技術(shù)教研論文多篇,主持市級(jí)規(guī)劃課題3項(xiàng)并結(jié)題。輔導(dǎo)數(shù)名學(xué)生在各類競賽中取得優(yōu)異的成績。

      教學(xué)背景

      編程是STEM教育中最重要一環(huán),即提高學(xué)生多學(xué)科學(xué)習(xí)能力的教育方式之一。小學(xué)階段主要通過圖形化編程初步培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。學(xué)生們通過本課學(xué)習(xí)學(xué)會(huì)使用圖形化編程軟件mBlock的重復(fù)執(zhí)行模塊,在算法分析過程中理解循環(huán)概念,進(jìn)一步厘清循環(huán)結(jié)構(gòu)的思想和方法,懂得對程序設(shè)計(jì)中的循環(huán)算法進(jìn)行總結(jié)與提升,為以后的算法學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。

      程序設(shè)計(jì)中的循環(huán)結(jié)構(gòu)內(nèi)容適合已掌握一定信息技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)和技能的小學(xué)高年級(jí)學(xué)生。高年級(jí)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣廣,求知欲和好奇心強(qiáng),能夠獨(dú)立思考,并進(jìn)行課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)。教師可以鼓勵(lì)學(xué)生對簡單問題進(jìn)行自主探究,學(xué)會(huì)把大問題分解為小問題,找到重復(fù)的步驟,初步理解計(jì)算機(jī)的工作方式;同時(shí)發(fā)揮學(xué)生間的引領(lǐng)互幫作用,激發(fā)學(xué)生的探究欲。

      教學(xué)目標(biāo)

      1.學(xué)生能夠發(fā)現(xiàn)生活中存在的循環(huán)現(xiàn)象,認(rèn)識(shí)到循環(huán)在交通、建筑、圖書館等方面的應(yīng)用;學(xué)會(huì)主動(dòng)質(zhì)疑、評(píng)價(jià)現(xiàn)有程序,并嘗試優(yōu)化程序,具有自主發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的意識(shí)。(信息意識(shí))

      2.學(xué)生通過分析圖書館的自動(dòng)還書機(jī)和口罩自動(dòng)識(shí)別機(jī)的工作原理,體驗(yàn)真實(shí)問題的抽象、分解等思維過程,理解算法在問題解決中的作用,能夠運(yùn)用循環(huán)算法對方案進(jìn)行個(gè)性化設(shè)計(jì)以及迭代優(yōu)化。(計(jì)算思維)

      3.利用mBlock平臺(tái)的重復(fù)執(zhí)行模塊驗(yàn)證算法,體會(huì)運(yùn)用工具實(shí)現(xiàn)算法的可視化呈現(xiàn)。(數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新)

      4.理解口罩自動(dòng)識(shí)別對提高疫情場所檢驗(yàn)效率的作用,體會(huì)信息科技對社會(huì)現(xiàn)代化管理的正面影響,形成崇尚科技的意識(shí)。(信息社會(huì)責(zé)任)

      教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)

      教學(xué)重點(diǎn):1.對生活中的循環(huán)現(xiàn)象進(jìn)行分析,理解算法自動(dòng)化運(yùn)行的作用。2.對自動(dòng)還書和口罩識(shí)別的工作流程進(jìn)行抽象、分解,能描述步驟。

      教學(xué)難點(diǎn):理解循環(huán)的基本概念及要素,初步學(xué)會(huì)運(yùn)用循環(huán)算法優(yōu)化實(shí)際問題的解決。

      教學(xué)過程

      一、情境導(dǎo)入,感知生活中的循環(huán)現(xiàn)象

      教師出示有關(guān)春夏秋冬,寒來暑往,時(shí)間在不停流逝的幻燈片,讓學(xué)生感知生活中的循環(huán)現(xiàn)象。如:寒來暑往,秋收冬藏。云騰致雨,露結(jié)為霜。(南北朝·周興嗣《千字文》)春夏作頭,秋冬為尾。循環(huán)反復(fù)無窮已。(唐·羅隱《樂府雜曲》)

      教師相應(yīng)提出問題:這些詩句描繪了怎樣的現(xiàn)象,共同點(diǎn)是什么?通過這些詩句描繪的現(xiàn)象,我們可以獲得哪些知識(shí)?學(xué)生們通過朗讀、思考后發(fā)現(xiàn),中國古人早已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了天地間的重復(fù)現(xiàn)象。古往今來,春夏秋冬,大自然季節(jié)的重復(fù)變化,循環(huán)往復(fù)。由此引出課題:生活中的循環(huán)。

      二、新授知識(shí),任務(wù)驅(qū)動(dòng)層層推進(jìn)

      1.體驗(yàn)生活中的循環(huán)

      剛才讓學(xué)生們領(lǐng)會(huì)了古人發(fā)現(xiàn)的大自然重復(fù)現(xiàn)象,那么在科技日益發(fā)達(dá)的現(xiàn)代生活中,有哪些重復(fù)現(xiàn)象呢?教師通過播放校園視頻,讓學(xué)生們再次體驗(yàn)熟悉的校園生活,請學(xué)生們思考:在我們熟悉的校園、圖書館里,有哪些需要重復(fù)完成的事情?

      學(xué)生們通過觀察發(fā)現(xiàn),校園門口馬路上正在工作的破碎機(jī)、進(jìn)入校園大門時(shí)門口的電子屏顯示(標(biāo)語的重復(fù)滾動(dòng))、進(jìn)入圖書館時(shí)的口罩自動(dòng)檢測、歸還借閱圖書時(shí)的掃碼等,很多設(shè)備都在做著重復(fù)的步驟。

      2.講授循環(huán)知識(shí)

      任務(wù)一:讓學(xué)生們來分析一下前面提到的馬路上破碎機(jī)(如圖1)的動(dòng)作,重復(fù)的步驟是哪幾步?學(xué)生之間互相討論、思考,填寫下表。

      通過對破碎機(jī)的動(dòng)作分解,學(xué)生們分析得出,破碎機(jī)重復(fù)動(dòng)作共有三步。這些動(dòng)作循環(huán)的工作中,如果規(guī)劃控制好重復(fù)的動(dòng)作程序就可以省去我們很多辛苦的體力勞動(dòng)。

      教師相機(jī)總結(jié)出,中間重復(fù)的步驟就叫作循環(huán)體。生活中有很多重復(fù)的工作都可以通過控制機(jī)器程序來完成,機(jī)器自動(dòng)化執(zhí)行可用來簡化我們的勞動(dòng),達(dá)到事半功倍的效果。特別是相同的步驟要重復(fù)執(zhí)行成千上萬次的話,機(jī)器自動(dòng)化執(zhí)行的優(yōu)勢就會(huì)體現(xiàn)得十分明顯。

      任務(wù)二:分小組解析圖書館的口罩自動(dòng)檢測和自助還書裝置循環(huán)的步驟。

      學(xué)生以小組的形式,分析進(jìn)入圖書館時(shí)的口罩自動(dòng)檢測和在圖書館里自助還書裝置循環(huán)的步驟,加深對循環(huán)體的理解。(如圖2、圖3)

      學(xué)生們在分小組討論后,每小組推薦1名學(xué)生進(jìn)行匯報(bào),其他學(xué)生進(jìn)行補(bǔ)充。最后教師進(jìn)行小結(jié)與提醒。我們在編寫程序時(shí),經(jīng)常會(huì)遇到某一個(gè)角色重復(fù)做同一個(gè)動(dòng)作,這時(shí)候,就可以用到循環(huán)語句來幫助我們簡化程序。

      任務(wù)三:搭建佩戴口罩檢測循環(huán)程序。

      通過小組的分析,學(xué)生們了解了循環(huán)結(jié)構(gòu)的步驟和作用。接著教師可以帶領(lǐng)學(xué)生們搭建程序,實(shí)現(xiàn)圖書館入場口罩檢測的程序編寫。

      首先教師對軟件平臺(tái)進(jìn)行相應(yīng)的介紹,在圖形化編程mBlock中,可以用不同的積木程序模塊(次數(shù)循環(huán)如圖4、無限循環(huán)如圖5、條件循環(huán)如圖6)實(shí)現(xiàn)不同的循環(huán)功能。

      接下來,教師讓學(xué)生們根據(jù)剛才的口罩檢測推理與算法設(shè)計(jì),結(jié)合mBlock積木中的循環(huán)積木模塊,嘗試自己搭建口罩檢測循環(huán)算法程序。在學(xué)生操作的過程中,教師巡視并提供相應(yīng)的指導(dǎo)。

      任務(wù)四:優(yōu)化佩戴口罩檢測程序。

      一些學(xué)生獨(dú)立搭建程序成功后,教師可以進(jìn)行舉一反三,將學(xué)生設(shè)計(jì)成功的程序與教師設(shè)計(jì)的程序(如圖7)進(jìn)行比較分析,讓學(xué)生們討論交流,進(jìn)而讓學(xué)生們繼續(xù)優(yōu)化自己設(shè)計(jì)的程序。(實(shí)現(xiàn)效果如圖8所示)

      三、總結(jié)提升,拓展探究

      教師通過課堂總結(jié),讓學(xué)生們知曉生活中的循環(huán)現(xiàn)象無處不在。我們可以通過循環(huán)程序設(shè)計(jì)將重復(fù)的工作簡潔化,提高工作效率。課后延伸活動(dòng)中,教師可以讓學(xué)生們分小組選擇一個(gè)生活的循環(huán)現(xiàn)象(交通紅綠燈、空調(diào)制冷循環(huán)、熱水器加熱工作等),進(jìn)行解析并嘗試程序的搭建。

      教學(xué)反思

      本節(jié)課讓學(xué)生們感受生活中循環(huán)知識(shí),嘗試結(jié)合不同的軟件平臺(tái),解決生活中的問題。第一課堂不在機(jī)房,而是在教室中使用平板電腦進(jìn)行信息科技課教學(xué),學(xué)生們興趣高漲。大部分學(xué)生可以完成相應(yīng)的任務(wù),也有極少數(shù)學(xué)生因?yàn)闆]有接觸過平板電腦,在操作時(shí)不是十分順暢,這也為今后開設(shè)類似的課堂教學(xué)提出了新的要求。

      本課設(shè)計(jì)基于2022年新課標(biāo),在教學(xué)目標(biāo)與任務(wù)設(shè)計(jì)上作了相應(yīng)的創(chuàng)新。學(xué)生們利用平板電腦進(jìn)行學(xué)習(xí),也是對2022年新課標(biāo)信息科技主編熊璋教授提出的“信息科技課程可以有電腦,可以沒有電腦上課,可以在機(jī)房上課,也可以在班級(jí)上課”的嘗試實(shí)踐。

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