許薇

● 項目設(shè)計依據(jù)

《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中提出的學(xué)科核心素養(yǎng)之一是“計算思維”，強(qiáng)調(diào)個人運(yùn)用計算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，在形成問題解決方案的過程中產(chǎn)生的一系列思維活動。本案例基于教育科學(xué)出版社教材《信息技術(shù)必修1：數(shù)據(jù)與計算》第2單元編程計算第1節(jié)內(nèi)容，圍繞“算法”概念展開，將對問題抽象或形式化描述作為算法基礎(chǔ)，旨在讓學(xué)生了解編程思想，初步建立編程解決問題的思維和方法，為過渡到本單元其他知識內(nèi)容的學(xué)習(xí)做鋪墊。

● 項目教學(xué)目標(biāo)

基于課程標(biāo)準(zhǔn)要求和內(nèi)容、學(xué)情分析，本項目教學(xué)目標(biāo)設(shè)定為：①了解計算機(jī)解決問題的基本步驟。②學(xué)會算法的兩種表達(dá)方式;掌握算法的三種基本結(jié)構(gòu);學(xué)會利用流程圖描述簡單問題。③體驗用編程解決實際問題，培養(yǎng)學(xué)生正確的信息素養(yǎng)觀。其中，教學(xué)重點為計算機(jī)解決問題的過程、算法的描述;教學(xué)難點為算法的描述、算法的三種基本結(jié)構(gòu)。

● 項目概述

本項目以探究“智能晾衣架”功能為主題，通過對“智能晾衣架”功能分析、設(shè)計與實現(xiàn)，體驗計算機(jī)解決問題的過程。在利用計算機(jī)解決智能晾衣的過程中，讓學(xué)生通過自主探究、親身體驗、合作交流等方式進(jìn)一步加深理解用計算機(jī)解決問題的基本過程，通過對比算法與流程圖，使學(xué)生充分理解算法對程序設(shè)計的重要作用。（本節(jié)課預(yù)設(shè)為1課時）

● 項目教學(xué)準(zhǔn)備

①硬件環(huán)境：網(wǎng)絡(luò)機(jī)房。

②學(xué)習(xí)工具：python3.84。

③教學(xué)資源：PPT課件、Python程序、拓展閱讀文檔。

● 項目實施流程

計算機(jī)解決問題的過程——“智能晾衣架”項目實施流程（如下圖）。

● 項目教學(xué)過程

1.項目引入：智能晾衣架的使用

知識技能：分析和獲取有價值的信息，遷移學(xué)習(xí)。

活動形式：學(xué)生討論、代表發(fā)言、教師引導(dǎo)。

問題：無人在家的時候，突然下雨了，家里陽臺外還晾著衣服，來不及回家收;怕會下雨衣服晾在室內(nèi)，后天氣晴好，又沒時間回家將衣服晾至室外。若遇到這些問題，大家考慮過怎么解決嗎？

聚焦：從智能家居設(shè)備“智能晾衣架”功能得到啟發(fā)，嘗試通過編程實現(xiàn)“智能晾衣”，倡導(dǎo)便捷的生活方式。

設(shè)計意圖：培養(yǎng)學(xué)生主動關(guān)注信息技術(shù)工具發(fā)展中的新動向和新趨勢，在較為復(fù)雜的信息情境中能認(rèn)識到數(shù)據(jù)管理與分析對提高信息價值的重要性。

2.項目分析

活動1：分析問題，確定需求。

知識技能：問題的界定與描述。

活動要求：分析問題，明確項目要求。

在下面環(huán)境中，如何解決晾衣問題？

①無人在家，下雨，衣服晾在室外;②無人在家，天氣晴好，衣服晾在室內(nèi)。

學(xué)生思考討論：是否能設(shè)計一種智能晾衣架來解決無人在家晾衣的問題？

學(xué)生分組討論智能晾衣架應(yīng)具備的功能：選擇一種功能進(jìn)行項目探究。

①智能升降：除了保持原有自動升降衣架功能外，還可以定時;②智能烘干：可設(shè)置模式為烘干、風(fēng)干等功能;③紫外線殺菌。

設(shè)計意圖：讓學(xué)生明白解決問題的需求，分析已有信息，明確解決問題的方法，為后面用流程圖解決問題打下基礎(chǔ)。

3.設(shè)計算法

活動2：算法的概念、自然語言描述算法。

知識技能：學(xué)會用自然語言描述解決問題的算法。

引入算法概念：解決問題的方法和步驟。找到算法后，還需要準(zhǔn)確、具體地將它描述出來。描述算法可以有多種方法，如可以使用自然語言進(jìn)行描述。讓學(xué)生分組用自然語言描述不同環(huán)境下智能感應(yīng)衣架升降收縮功能的算法（①當(dāng)日照充足時晾衣架自動伸展至室外;②室外空氣濕度達(dá)到80%，晾衣架自動收縮歸位;③室外晾曬時長超出5小時或日照不充足時，晾衣架自動收縮歸位）。

設(shè)計意圖：針對不同環(huán)境需求，讓學(xué)生學(xué)會用自然語言描述解決問題的步驟。

活動3：流程圖描述算法、算法結(jié)構(gòu)。

知識技能：學(xué)會用流程圖描述解決問題的算法，了解算法的三種基本結(jié)構(gòu)。

活動要求：①學(xué)會用流程圖描述算法。流程圖也稱為程序框圖，它是算法的一種圖形化表示方法。與自然語言相比，用流程圖描述算法形象、直觀，更易理解。對于一些復(fù)雜的算法，可以先用流程圖描述算法，然后根據(jù)流程圖寫出程序代碼。②掌握三種基本結(jié)構(gòu)的流程圖。算法的三種基本結(jié)構(gòu)是順序結(jié)構(gòu)、分支結(jié)構(gòu)和循環(huán)結(jié)構(gòu)（教師演示三種結(jié)構(gòu)的流程圖執(zhí)行過程）。③學(xué)生對照自然語言描述，畫出下頁表中智能晾衣架感應(yīng)升降收縮功能相關(guān)環(huán)節(jié)的流程圖。

設(shè)計意圖：針對不同場景模塊，選擇合適的算法結(jié)構(gòu)，用流程圖實現(xiàn)模塊功能。讓學(xué)生能夠?qū)ΤＳ玫臄?shù)字化工具與資源進(jìn)行評估，根據(jù)需要合理選擇算法表述。

流程圖一般不能直接在計算機(jī)上運(yùn)行，這時需要使用一種計算機(jī)能理解的程序設(shè)計語言來表達(dá)算法。

4.項目實現(xiàn)

活動4：用Python語言實現(xiàn)智能晾衣架感應(yīng)升降功能。

知識技能：程序運(yùn)行、根據(jù)算法分析理解代碼。

活動要求：①嘗試運(yùn)行已有Python程序，實現(xiàn)在室外濕度大于80%的情況下收縮衣架的功能。②嘗試分析代碼，找出條件表達(dá)式。③嘗試根據(jù)不同情境修改其中的代碼，運(yùn)行程序（如根據(jù)日照是否充足來判斷衣架是否收縮等）。

設(shè)計意圖：讓學(xué)生體驗在某一情境下用Python語句實現(xiàn)智能晾衣功能，讓學(xué)生感受利用算法編程思想智能化解決實際問題的優(yōu)勢。

針對課堂表現(xiàn)、程序作品等，完成評價量規(guī)表。

5.項目總結(jié)

知識技能：①計算機(jī)解決問題的思路;②算法的概念及基本結(jié)構(gòu);③識別生活工作模式。

活動形式：小組討論、學(xué)生交流、教師補(bǔ)充。

活動要求：①交流活動過程中的收獲與感想;②聯(lián)系生活，談?wù)勆磉呥€有哪些場景問題可以應(yīng)用計算機(jī)解決問題的過程來設(shè)計;③教師總結(jié)，主題升華。

設(shè)計意圖：幫助學(xué)生回顧本節(jié)課內(nèi)容，聯(lián)系生活實際，發(fā)現(xiàn)身邊可以應(yīng)用算法思想解決問題的現(xiàn)象，讓學(xué)生認(rèn)清問題，學(xué)會知識遷移，真正做到用“算法的眼睛”看待生活，用“算法的思維”解決實際問題。

點? 評

高中生已有較高的知識理解能力和抽象思維能力，但對算法的概念和結(jié)構(gòu)還比較陌生。本案例采用STEM項目教學(xué)理念，將學(xué)生對抽象的算法概念、結(jié)構(gòu)、思想的認(rèn)識與理解置于真實的項目中，將STEM項目融入整個信息技術(shù)課堂教學(xué)中。本案例基于STEM理念的項目活動來設(shè)計框架，并做了實證研究。教師在項目導(dǎo)入階段，從晾曬衣服的問題入手，以真實情境調(diào)動學(xué)生的積極性，在完成項目任務(wù)的過程中，學(xué)生通過自主的真實項目程序代碼分析、修改、調(diào)試掌握了專業(yè)知識，獲得了實踐經(jīng)驗，學(xué)會了協(xié)作及學(xué)科知識的綜合應(yīng)用，創(chuàng)新思維與創(chuàng)造能力得到提升。設(shè)計過程性評價，在項目探究環(huán)節(jié)中有效應(yīng)用，并及時反饋。各小組結(jié)合評價意見撰寫項目報告，并引導(dǎo)學(xué)生基于現(xiàn)有的智能晾衣架設(shè)計進(jìn)行拓展，最后討論環(huán)節(jié)，學(xué)生的創(chuàng)造性得到充分發(fā)揮。

由于受傳感器條件的限制，項目的真正實現(xiàn)還有待課程的優(yōu)化與完善，以及解決方案和核心算法的成功探究。今后可結(jié)合更多的STEM課題深入研究與應(yīng)用，以期更好地實施STEM教育理念下的項目教學(xué)。