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

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。