包凌琰

《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》提出了培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)的概念。要求學(xué)生能夠?qū)で笄‘?dāng)方式獲取與處理信息（信息意識）;能夠采用計算機科學(xué)領(lǐng)域的思想方法解決問題（計算思維）。本案例基于教育科學(xué)出版社高中版信息技術(shù)必修教材《數(shù)據(jù)與計算》第二單元“編程計算”第3節(jié)的內(nèi)容，旨在培養(yǎng)學(xué)生抽象與邏輯思維的能力、創(chuàng)新能力以及分析和解決問題的能力。

學(xué)生能利用流程圖來描述簡單問題并轉(zhuǎn)為程序代碼，但熟練度還有所欠缺。本課涉及的知識點較多，要求學(xué)生有較強的邏輯思維能力?；谡n程標(biāo)準(zhǔn)要求、學(xué)情分析，教學(xué)目標(biāo)定為：掌握循環(huán)的結(jié)構(gòu)和執(zhí)行過程;運用循環(huán)解決實際問題。教學(xué)重點為：for語句含步長的格式與功能;for與while的聯(lián)系與區(qū)別。教學(xué)難點為：循環(huán)語句的格式與調(diào)試;運用循環(huán)語句解決實際問題。

項目概述

如今，健康養(yǎng)生成為關(guān)注熱點，人們對空氣質(zhì)量關(guān)注度也越來越高。本項目學(xué)生通過對空氣監(jiān)測結(jié)果的分析，結(jié)合循環(huán)語句特性，學(xué)習(xí)運用計算思維解決問題。教學(xué)策略上以學(xué)生為主，教師引導(dǎo)。學(xué)生在不斷發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的過程中，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S習(xí)慣，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)、協(xié)同學(xué)習(xí)的能力。

項目教學(xué)準(zhǔn)備

硬件環(huán)境：網(wǎng)絡(luò)機房;學(xué)習(xí)工具：python3.0;教學(xué)資源：PPT課件、程序半成品、學(xué)生學(xué)案。

教學(xué)過程

1.項目引入

問題：健康對每個人都至關(guān)重要，智能家居可以監(jiān)控我們的環(huán)境并評估，如空氣中的pm2.5，其數(shù)據(jù)往往很多，如何實現(xiàn)對大量數(shù)據(jù)的高效處理呢？假設(shè)傳感器每小時向系統(tǒng)傳遞一次數(shù)值（實際頻率更高），如何評估當(dāng)天空氣質(zhì)量的好壞呢？

2.項目分析

活動1：分析問題，確定需求，資料收集

知識技能：掌握從程序設(shè)計的角度分析問題的常見思路;掌握列表的基本使用方法。問題：如果你是系統(tǒng)工程師，以監(jiān)測pm2.5為例，你覺得工作需分為幾個步驟？學(xué)生活動：分析討論并回答。教師小結(jié)：空氣質(zhì)量的評估需要經(jīng)過以下步驟：①獲取pm2.5數(shù)據(jù)并傳給系統(tǒng);②通過某種策略計算，得出結(jié)果;③將結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)對比，得出結(jié)論。

問題：其中最大的阻礙是什么？能否克服？學(xué)生活動：小組討論并回答。教師小結(jié)：不難發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)統(tǒng)計時數(shù)據(jù)量較大，程序處理困難。因而急需一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，希望其能夠方便地對大量數(shù)據(jù)進行讀、寫等操作。學(xué)生活動：打開學(xué)案，自學(xué)列表知識。

設(shè)計意圖：列表知識并非由教師強行灌輸，而是學(xué)生在研究問題過程中的自發(fā)需求，是學(xué)生主動要求了解掌握的知識與技能。列表只需掌握最基本的讀寫操作即可，其他可以作為拓展資料由學(xué)生自學(xué)。

3.項目設(shè)計

活動2：討論可行計算方案，選擇一種方案設(shè)計出算法

知識技能：將解決問題的思路轉(zhuǎn)化為流程圖或偽代碼。問題：哪種數(shù)據(jù)分析策略更加科學(xué)呢？學(xué)生活動：小組討論分析策略。

設(shè)計意圖：數(shù)據(jù)分析方法不唯一，可能用到均值、方差等各種知識，學(xué)生通過對問題的不斷思考與討論，鍛煉解決問題的能力。

教師：確定方案并繪制流程圖。

設(shè)計意圖：求平均值的方案簡單易懂，流程圖繪制難度較低，確保每位學(xué)生項目順利推進。

4.項目實現(xiàn)

活動3：編寫程序?qū)崿F(xiàn)算法

知識與技能：掌握循環(huán)的各種功能與格式。教師：若市場上還沒有類似產(chǎn)品，請工程師們通過“人無我有”策略來搶占市場。學(xué)生活動：結(jié)合學(xué)案，參照流程圖編寫程序，調(diào)試并運行;作品展示。

設(shè)計意圖：教師利用半成品及學(xué)案資料保障學(xué)生項目的順利實施。

教師：能否用while實現(xiàn)功能？學(xué)生活動：分組討論;通過代碼展示的形式共同探討多種結(jié)構(gòu)的異同點。

教師：若市場上已有類似產(chǎn)品，請工程師們通過“人有我優(yōu)”策略來搶占市場。假設(shè)傳感器不僅能夠測得pm2.5，還能測得CO2的濃度數(shù)值。程序該如何修改？拓展：學(xué)生結(jié)合學(xué)案中for循環(huán)含步長的格式，實現(xiàn)產(chǎn)品升級。

設(shè)計意圖：學(xué)有余力的學(xué)生能夠通過自學(xué)進一步提高程序設(shè)計的能力，其他學(xué)生也能夠通過閱讀拓展視野。最終所有學(xué)生通過編寫代碼解決實際問題，體驗編程的快樂。

5.知識梳理

知識技能：循環(huán)語句的格式、注意事項、使用技巧?；顒有问剑河懻摻涣鲗W(xué)習(xí)體會;討論智能家居其他場合可以用到循環(huán);完成評價量規(guī)表。

設(shè)計后感

循環(huán)作為程序設(shè)計中一個極其重要的知識點，需要每一位學(xué)生深入學(xué)習(xí)并掌握其使用方法。本教學(xué)設(shè)計通過引導(dǎo)學(xué)生對智能家居空氣監(jiān)測系統(tǒng)使用過程的分析，歸納出智能系統(tǒng)的執(zhí)行策略，結(jié)合循環(huán)語句的特性，學(xué)習(xí)運用編程加工信息來分析問題、解決問題的方法。項目式教學(xué)法作為一種行之有效的教學(xué)方法，對傳統(tǒng)的教學(xué)模式進行了突破，通過解決生活中的問題來幫助學(xué)生更加輕松、牢固地掌握知識，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，動手能力和解決問題的能力也得到了極大的鍛煉，有助于學(xué)生信息素養(yǎng)的提高。

作者單位：南京師范大學(xué)附屬中學(xué)