沈建國(guó)

今天的編程教學(xué)，不再是單純地學(xué)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的語(yǔ)法結(jié)構(gòu)，也不再是按部就班地從變量、常量到數(shù)據(jù)類(lèi)型一點(diǎn)點(diǎn)剝皮式地學(xué)習(xí)了，而是基于算法設(shè)計(jì)、計(jì)算思維的信息科技探究、體驗(yàn)、應(yīng)用式地學(xué)習(xí)，本期解碼讓我們從兩節(jié)賽課設(shè)計(jì)探討編程教與學(xué)的策略與實(shí)施。

《做出判斷的分支》是教科版《信息技術(shù)》必修1（數(shù)據(jù)與計(jì)算）第二單元《編程計(jì)算》第二節(jié)的內(nèi)容。教材圍繞“最適宜運(yùn)動(dòng)心率計(jì)算器”項(xiàng)目，介紹了輸入輸出語(yǔ)句、賦值語(yǔ)句以及分支結(jié)構(gòu)等知識(shí)。筆者遵循“以解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題為出發(fā)點(diǎn)設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，在知識(shí)應(yīng)用中培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)”的原則，結(jié)合當(dāng)下人工智能應(yīng)用中有大量程序設(shè)計(jì)知識(shí)的特點(diǎn)，選擇“天貓精靈”案例開(kāi)展項(xiàng)目式教學(xué)。

● 學(xué)情分析

本節(jié)課授課對(duì)象為高一年級(jí)學(xué)生，他們已具備一定的信息技術(shù)基礎(chǔ)，對(duì)應(yīng)用類(lèi)知識(shí)興趣濃厚，渴望趣味性、實(shí)用性的課堂，但缺少程序設(shè)計(jì)的能力，對(duì)信息技術(shù)知識(shí)類(lèi)的學(xué)習(xí)缺乏興趣。

● 教學(xué)目標(biāo)

①理解分支結(jié)構(gòu)的基本功能，掌握分支結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法;②結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)和天貓精靈應(yīng)用實(shí)踐，設(shè)計(jì)相關(guān)應(yīng)用場(chǎng)景，并通過(guò)程序模擬實(shí)現(xiàn);③了解分支結(jié)構(gòu)算法思想在生活中的應(yīng)用，形成關(guān)注信息技術(shù)應(yīng)用的意識(shí)和習(xí)慣。

● 教學(xué)重難點(diǎn)

重點(diǎn)：理解多分支語(yǔ)句的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

難點(diǎn)：結(jié)合生活中的具體問(wèn)題，設(shè)計(jì)合理的分支結(jié)構(gòu)程序以滿足應(yīng)用需求。

● 教學(xué)時(shí)長(zhǎng)

2課時(shí)。

● 教學(xué)環(huán)境

硬件環(huán)境：網(wǎng)絡(luò)機(jī)房、可遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)控制的天貓精靈及網(wǎng)絡(luò)攝像頭設(shè)備組合。軟件環(huán)境：Python3.8。教學(xué)素材：課件、天貓精靈應(yīng)用場(chǎng)景視頻。

● 教學(xué)過(guò)程

1.情境引入

教師播放天貓精靈視頻，視頻包含三個(gè)功能場(chǎng)景：①天氣鬧鐘功能：您6點(diǎn)35分的鬧鐘即將播報(bào)天氣、溫度等信息。②語(yǔ)音喚醒功能。③整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能：主人，現(xiàn)在是早上7點(diǎn)整;主人，現(xiàn)在是晚上9點(diǎn)整……

設(shè)計(jì)意圖：每個(gè)學(xué)生對(duì)天貓精靈的關(guān)注和了解情況各不相同，通過(guò)錄制家中的天貓精靈應(yīng)用的視頻，既給學(xué)生一種真實(shí)感，又使所有學(xué)生對(duì)天貓精靈有基本認(rèn)識(shí)。

教師再呈現(xiàn)天貓精靈和網(wǎng)絡(luò)攝像頭在同一畫(huà)面場(chǎng)景中的圖片并介紹：安裝了網(wǎng)絡(luò)攝像頭APP的手機(jī)具有語(yǔ)音對(duì)講功能，可以遠(yuǎn)程語(yǔ)音控制天貓精靈。找兩位學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)體驗(yàn)。進(jìn)一步提問(wèn)：天貓精靈的語(yǔ)音是事先錄制好的嗎？它是如何實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音播放的？

設(shè)計(jì)意圖：網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的使用，讓學(xué)生真切體會(huì)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代信息化產(chǎn)品的創(chuàng)新應(yīng)用。通過(guò)手機(jī)APP控制天貓精靈，實(shí)現(xiàn)教師與學(xué)生、學(xué)生與設(shè)備的多重互動(dòng)，增強(qiáng)學(xué)生的參與感，引出學(xué)習(xí)主題。

教師呈現(xiàn)天貓精靈應(yīng)用場(chǎng)景的文字信息，學(xué)生填空，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)：天貓精靈語(yǔ)音中有的內(nèi)容是變化的，有的內(nèi)容固定不變。引出變量的概念，即可以變化的量，可以是文本，也可以是數(shù)字。

設(shè)計(jì)意圖：填空的內(nèi)容屬于學(xué)科外知識(shí)，沒(méi)有難度，意在學(xué)生參與;變量的概念是結(jié)合具體實(shí)例進(jìn)行口語(yǔ)化描述的，并不具有精準(zhǔn)性，但便于學(xué)生理解，學(xué)生更易接受。

說(shuō)明后續(xù)項(xiàng)目活動(dòng)的規(guī)則：“天貓精靈”是在語(yǔ)音輸入、輸出基礎(chǔ)上進(jìn)行的。為了便于計(jì)算機(jī)程序模擬，將語(yǔ)音對(duì)話轉(zhuǎn)換為文字的輸入輸出，模擬“天貓精靈”的功能。

2.活動(dòng)1.1：模擬“天氣鬧鐘”功能

①實(shí)現(xiàn)效果：屏幕顯示播報(bào)文字。②知識(shí)技能：了解print（）、input（）函數(shù)及賦值語(yǔ)句的簡(jiǎn)單應(yīng)用。結(jié)合變量的知識(shí)，將變量賦值后輸出（如圖1）。③學(xué)生實(shí)踐要求：分別運(yùn)行這三個(gè)程序文件，體驗(yàn)三個(gè)程序的應(yīng)用特點(diǎn);在三個(gè)程序文件基礎(chǔ)上嘗試修改代碼，并調(diào)試運(yùn)行。

設(shè)計(jì)意圖：借助“在屏幕上顯示文字”應(yīng)用場(chǎng)景，通過(guò)逐步增加功能，分別體現(xiàn)print（）、賦值語(yǔ)句、input（）的效果。學(xué)生程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)較弱，為體現(xiàn)高中信息技術(shù)重在培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維、弱化編程技能培訓(xùn)，讓學(xué)生在原有代碼的基礎(chǔ)上進(jìn)行“修修補(bǔ)補(bǔ)”式的替換更改，降低學(xué)習(xí)難度，最大程度地保持學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

3.活動(dòng)1.2：模擬“喚醒”功能

①實(shí)現(xiàn)效果：若輸入“天貓精靈”，則輸出“你好，主人！”。②知識(shí)技能：if語(yǔ)句、代碼縮進(jìn)、==（關(guān)系運(yùn)算符）。③學(xué)生實(shí)踐要求：同活動(dòng)1.1。

設(shè)計(jì)意圖：介紹簡(jiǎn)單的if語(yǔ)句，為后續(xù)多分支結(jié)構(gòu)語(yǔ)句學(xué)習(xí)做鋪墊。

4.活動(dòng)1.3：模擬“整點(diǎn)報(bào)時(shí)”功能1

①實(shí)現(xiàn)效果：在早7點(diǎn)至晚9點(diǎn)間開(kāi)啟整點(diǎn)報(bào)時(shí)，其余時(shí)間段關(guān)閉（如圖2）。②知識(shí)技能：if...else...語(yǔ)句。③學(xué)生實(shí)踐要求：同活動(dòng)1.1。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生了解整點(diǎn)報(bào)時(shí)功能在某一時(shí)間段才適宜使用，體現(xiàn)人工智能“人性化”的設(shè)計(jì)理念。

5.拓展任務(wù)

計(jì)算機(jī)能夠準(zhǔn)確、不知疲倦地獲取網(wǎng)絡(luò)時(shí)間，提高工作效率。如下頁(yè)圖3所示程序能自動(dòng)獲取網(wǎng)絡(luò)時(shí)間。

設(shè)計(jì)意圖：拓展任務(wù)將手動(dòng)輸入時(shí)間改為自動(dòng)獲取時(shí)間，供學(xué)有余力的學(xué)生探索。

6.活動(dòng)1.4：模擬“整點(diǎn)報(bào)時(shí)”功能2

①實(shí)現(xiàn)效果：早7點(diǎn)至晚9點(diǎn)間準(zhǔn)點(diǎn)報(bào)時(shí)（如下頁(yè)圖4）。②知識(shí)技能：代碼結(jié)構(gòu)化表達(dá)，if...elif...else...。

③學(xué)生實(shí)踐要求：同活動(dòng)1.1。

設(shè)計(jì)意圖：前兩個(gè)活動(dòng)主要介紹了if、if...else語(yǔ)句的應(yīng)用，在本活動(dòng)中沒(méi)有直接呈現(xiàn)if...elif...else...語(yǔ)句，而是從“如果…就…”“如果…就…”的實(shí)際生活思維入手，先使用了多個(gè)if語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)效果。繼而在比較中發(fā)現(xiàn)代碼結(jié)構(gòu)的不足，再引出多分支結(jié)構(gòu)，使學(xué)習(xí)活動(dòng)更接近真實(shí)的思維過(guò)程。

7.知識(shí)小結(jié)

將雙分支結(jié)構(gòu)和多分支結(jié)構(gòu)語(yǔ)句進(jìn)行比較，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)分支結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)。結(jié)合程序?qū)?yīng)的流程圖，讓學(xué)生了解流程圖的運(yùn)行過(guò)程。

設(shè)計(jì)意圖：程序設(shè)計(jì)教學(xué)一般先介紹流程圖，再介紹代碼。由于此段程序結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，結(jié)合生活應(yīng)用學(xué)生也易于理解，所以設(shè)計(jì)時(shí)是反過(guò)來(lái)先程序代碼再流程圖，進(jìn)行流程圖的學(xué)習(xí)。

8.探索應(yīng)用

①在探討天貓精靈運(yùn)行原理的基礎(chǔ)上，學(xué)生以小組為單位，圍繞天貓精靈功能開(kāi)展頭腦風(fēng)暴，發(fā)掘更多應(yīng)用，設(shè)計(jì)程序模擬實(shí)現(xiàn)。②參考案例1：天氣高溫預(yù)警——紅色：40度以上;橙色：37度以上;黃色：35度以上。參考案例2：空氣質(zhì)量指數(shù)AQI——優(yōu)：AQI≤50;良：AQI<=100;輕度污染：AQI≤150;中度污染：AQI≤200;重度污染：AQI≤300;嚴(yán)重污染：AQI>300。其他案例如穿衣指數(shù)提示等。鼓勵(lì)學(xué)生深入研討，呈現(xiàn)創(chuàng)意應(yīng)用作品。③學(xué)生實(shí)踐要求：結(jié)合評(píng)價(jià)表開(kāi)展小組協(xié)作學(xué)習(xí)。

設(shè)計(jì)意圖：項(xiàng)目圍繞真實(shí)任務(wù)開(kāi)展，學(xué)生在實(shí)踐過(guò)程中培養(yǎng)計(jì)算思維。教師提供的部分案例可以活化學(xué)生思維，引發(fā)學(xué)生的創(chuàng)意思考;沒(méi)有創(chuàng)意的學(xué)生根據(jù)教師提供的案例進(jìn)行程序模擬實(shí)現(xiàn)，使所有學(xué)生都能夠參與到活動(dòng)中。項(xiàng)目評(píng)價(jià)表能夠引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展活動(dòng)，提高團(tuán)體學(xué)習(xí)效率。

9.總結(jié)提升

引導(dǎo)學(xué)生由天貓精靈項(xiàng)目擴(kuò)展到對(duì)更多智能設(shè)備的關(guān)注，關(guān)注其基本工作邏輯，用程序設(shè)計(jì)的思維去認(rèn)識(shí)它們。

設(shè)計(jì)意圖：“學(xué)習(xí)是為了更好地生活”，引導(dǎo)學(xué)生將學(xué)習(xí)到的知識(shí)和生活實(shí)踐結(jié)合，形成利用程序設(shè)計(jì)知識(shí)分析生活中智能化應(yīng)用設(shè)備的意識(shí)和習(xí)慣。