探索魔法水晶球的奧秘

謝作如

算法教學(xué)和數(shù)學(xué)是密切聯(lián)系的。《普通高中技術(shù)課程標準》指出：算法教學(xué)要強調(diào)理論與實踐的結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生注意尋找、發(fā)現(xiàn)身邊的實際問題，進而設(shè)計出算法和計算機程序去解決這些問題。所以，教師選擇的實例最好來源于生活，讓學(xué)生深刻體會計算機是現(xiàn)代信息處理的基本工具。

本課是《信息技術(shù)基礎(chǔ)》（廣東版）的第四章《信息的加工與表達》第一節(jié)內(nèi)容，教材通過演示并剖析一段給文本文件加密和解密的計算機程序，來幫助學(xué)生了解利用高級語言解決實際問題的基本過程，然后以這段加密和解密的計算機程序為例，講解用計算機程序解決問題的基本過程，為學(xué)生學(xué)習(xí)選修模塊打下基礎(chǔ)。但對高一學(xué)生來說，在短時間內(nèi)用VB編寫加密解密的程序是很困難的，學(xué)生很難在一節(jié)課中完整地體驗“用計算機程序解決問題”這一過程。

教學(xué)目標

知識與技能：掌握Scratch的基本操作，能根據(jù)算法編寫簡單的Scratch程序；初步了解什么是算法和常見的編程語言。

過程與方法：能歸納利用計算機程序解決問題的基本思想方法——“分析問題、設(shè)計算法、編寫程序、調(diào)試運行、檢測結(jié)果”，能設(shè)計多種算法來實現(xiàn)分析“讀心術(shù)”；親歷用計算機程序解決問題的過程。

情感、態(tài)度與價值觀：引導(dǎo)學(xué)生了解程序設(shè)計的更多知識，體驗信息技術(shù)的強大魅力；激發(fā)學(xué)生對計算機編程解決現(xiàn)實問題的學(xué)習(xí)欲望，提高學(xué)習(xí)興趣。

教學(xué)重、難點

教學(xué)重點：體驗用計算機程序解決問題的基本過程。

教學(xué)難點：根據(jù)算法編寫程序。

教學(xué)流程

1.設(shè)置情境

教師打開一個“讀心術(shù)”的游戲。

師：這是吉普賽人的一個古老而神秘的游戲，游戲中的水晶球具有神奇的魔法。請大家先想好一個10 ～ 99之間的數(shù)，把這個數(shù)的十位與個位相加，再把想好的數(shù)減去這個和。例如：你想的數(shù)是78，7+8=15，78-15=63。然后，在圖表中找出與最后得數(shù)相對應(yīng)的符號。請把這個符號牢記心中，然后點擊水晶球，奇跡就出現(xiàn)了……

設(shè)計意圖：通過演示“讀心術(shù)”游戲，讓學(xué)生在驚訝中產(chǎn)生疑問，激發(fā)探究原理的好奇心。

2.分析問題

（1）出示具體問題，引導(dǎo)學(xué)生分析

師：看起來大家都很驚訝，因為水晶球真的顯示出大家心里所記住的符號。但是，水晶球真的會“讀心術(shù)”嗎？全班這么多同學(xué)，想好的數(shù)字肯定不會完全相同，為什么記住的符號卻一樣？

師生討論。

通過師生討論，教師推薦一個看上去很“笨”卻很有效的辦法：將所有的二位數(shù)逐一計算，根據(jù)結(jié)果來分析其中是否存在某種規(guī)律，最終找出原因。計算機因為其運算速度快、運算精度高和可靠性高等特點，最適合來進行重復(fù)的計算工作。這種看起來很“笨”的方法，在計算機的幫助下，就變得很有效了。那么，如何編寫一個計算機程序，來解決這個問題呢？

（2）分析問題

師：要讓計算機來完成這一計算工作，我們得告訴它要做哪些事，并且要有明確的步驟。那么，計算機如何完成一次計算過程呢？

教師引導(dǎo)學(xué)生一步一步寫出步驟：

① 給出一個數(shù)i，i=26；

② 取出i的個位上的數(shù)字；

③ 取出i的十位上的數(shù)字；

④ 結(jié)果=（i-十位上的數(shù)字-個位上的數(shù)字）；

⑤ 輸出結(jié)果；

計算所有的二位數(shù)，步驟為：

⑥ 給出一個數(shù)i，i=10；

⑦ 取出i的個位上的數(shù)字；

⑧ 取出i的十位上的數(shù)字；

⑨ 結(jié)果=（i-十位上的數(shù)字-個位上的數(shù)字）；

⑩ 輸出結(jié)果；

把i的值加上1；

重復(fù)執(zhí)行①-⑥，直到i=100。

（3）小結(jié)

現(xiàn)在，我們已經(jīng)把抽象的問題分析成為具體步驟或方法。在程序設(shè)計中，我們把解決問題的方法和步驟稱之為算法。它是“用計算機程序解決問題”的一個重要步驟。

設(shè)計意圖：在討論中，學(xué)生能得出“二位數(shù)經(jīng)過計算后，得到的結(jié)果中存在某種規(guī)律”的結(jié)論。逐一計算的方法雖然有效，卻需要進行大量的計算工作。這時，教師引出用計算機程序來解決問題，讓學(xué)生對計算機計算快且準確的特點有了更深的理解。

3.編寫程序

（1）介紹編程軟件（Scratch）

師：剛才我們已經(jīng)完成了算法的步驟，接下來就要開始編程了。計算機編程語言分為機器語言、匯編語言和高級語言，我們一般使用高級語言。 常見的編程語言如下表所示：

C、C++：經(jīng)典的編程語言之一；

VB：一種可視化的編程語言；

JAVA：著名的跨平臺編程語言；

C#：微軟為.net環(huán)境設(shè)計的語言；

Pascal：第一個結(jié)構(gòu)化的編程語言；

Delphi：著名的快速應(yīng)用程序開發(fā)工具。

教師介紹常見的編程語言后，給學(xué)生推薦一個簡單的圖形化編程語言——Scratch。教師運行Scratch，簡要介紹編程界面，按照剛才總結(jié)出來的算法，以計算78這個數(shù)字為例，演示如何編寫程序。

（2）學(xué)生實踐

教師將分析“讀心術(shù)”的程序分解為兩個部分，讓學(xué)生實踐。

① 計算一個二位數(shù)78；

② 計算所有的二位數(shù)。

鼓勵學(xué)生自主探究，并有所創(chuàng)新（即采用和教師不同的流程圖），同桌之間要互助。參考代碼如下：

（3）解決問題

師：在剛才的編程過程中，估計大家已經(jīng)明白了這個神奇的魔法水晶球的奧秘所在。說出來其實很簡單，所有的二位數(shù)經(jīng)過計算后，得到的結(jié)果都是9的倍數(shù)。這時，我們可以拿出數(shù)學(xué)公式，來分析讀心術(shù)的數(shù)字原理了：

一個二位數(shù)可以看作10x+y；

二位數(shù)減去十位和個位上的數(shù)字，也就是：

（10x+y）-x-y=9x；

9x當(dāng)然就是9的倍數(shù)了。

教師重新展示魔法水晶球的Flash動畫，讓學(xué)生仔細觀察，數(shù)字為9的倍數(shù)所對應(yīng)的圖標是否總是相同。

設(shè)計意圖：讓學(xué)生嘗試自己編程解決問題，在有意義的任務(wù)驅(qū)動下，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣變得更高，不知不覺中進入了學(xué)習(xí)的最佳狀態(tài)。

4.課堂總結(jié)

師：今天，我們在這節(jié)課中研究了魔法水晶球的奧秘。其實，我們這節(jié)課的學(xué)習(xí)過程，就是一個典型的“用計算機程序解決問題”的過程。

教師歸納“用計算機程序解決問題”的一般過程，即“分析問題→設(shè)計算法→編寫程序→調(diào)試運行→解決問題”，在介紹的同時，逐步用課件展示板書。

師：從解決問題的過程中可以發(fā)現(xiàn)，程序編寫是很重要的。因為我們至少要掌握一門編程語言，才能夠?qū)崿F(xiàn)算法。但是編寫程序也有前提，那就是設(shè)計算法，因為算法才是程序的靈魂。編程語言很多，Scratch僅僅是其中的一種。我們只有掌握一門編程語言以后，才能真正讀懂程序、讀懂算法、讀懂問題，學(xué)會真正的“讀心術(shù)”，成為計算機的主人。

設(shè)計意圖：在探索了魔法水晶球奧秘后，教師引導(dǎo)學(xué)生進行回顧，總結(jié)出“用計算機程序解決問題”的一般過程，有效地完成了教學(xué)任務(wù)。

5.布置作業(yè)

（1）通過網(wǎng)絡(luò)了解常見的編程語言，并用Scratch編寫“韓信點兵”

韓信帶1500名士兵打仗，戰(zhàn)死四五百人。他讓士兵站3人一排，多出2人；站5人一排，多出4人；站7人一排，多出6人，然后馬上說出剩余的士兵人數(shù)。

（2）自學(xué)教材4.1節(jié)，調(diào)試書中關(guān)于文本加密解密的VB范例

設(shè)計意圖：作業(yè)環(huán)節(jié)是不可缺少的，不僅僅是鞏固知識，還能繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生如何解決類似的問題，從而對編程產(chǎn)生濃厚的興趣。

教學(xué)反思

這是我2011年參加全國高中信息技術(shù)優(yōu)質(zhì)課展評活動獲得特等獎的課例。教學(xué)目標明確，主線清晰，環(huán)環(huán)相扣，連預(yù)設(shè)的教學(xué)意外都沒有發(fā)生。那節(jié)課雖然是上午的最后一節(jié)，但是因為教學(xué)內(nèi)容新穎有趣，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣還是很高。

1. 程序設(shè)計是信息技術(shù)教育的重要組成內(nèi)容

《普通高中技術(shù)課程標準》強調(diào)要“培養(yǎng)解決問題的能力，倡導(dǎo)運用信息技術(shù)進行創(chuàng)新實踐”，因而，我認為程序設(shè)計的教學(xué)要盡量滿足以下兩點：一是選擇的例子（載體）盡可能貼近學(xué)生實際，既要達到吸引學(xué)生的目的，又能體現(xiàn)技術(shù)的真實內(nèi)涵；二是要讓學(xué)生理解計算機解決問題的基本過程，即把抽象的問題分析成為具體步驟或方法，從而形成算法，然后根據(jù)算法設(shè)計進行編制程序。最終讓學(xué)生體驗到信息技術(shù)的強大魅力，親歷利用編程來解決現(xiàn)實中的問題這一過程。所以，我選擇編寫程序來分析“讀心術(shù)”游戲作為教學(xué)任務(wù)，該任務(wù)貼近生活、數(shù)學(xué)味兒濃、趣味性強，對學(xué)生具有一定的吸引力。

2. 基礎(chǔ)模塊的教學(xué)中可以適當(dāng)采用圖形化編程語言

因為這節(jié)課的教學(xué)必須要讓學(xué)生初步嘗試編程。但實際上在一節(jié)課中無論讓學(xué)生用QB還是VB來編程，都顯得太難，尤其是這節(jié)課的內(nèi)容中還涉及循環(huán)。為此，我選擇Scratch作為程序設(shè)計語言。因為教材強調(diào)的是通過算法與程序設(shè)計解決實際問題的方法，對程序設(shè)計語言的選擇不作具體規(guī)定。Scratch是MIT推出的圖形化編程軟件，編程界面充滿童趣，流程圖即代碼，能夠減少學(xué)生對編程的神秘感，有效地突破了教學(xué)難點。

讓高中生用積木式的非代碼編程工具是否合適？聽課的評委是否會有異議？我曾經(jīng)猶豫不定。后來，我看到美國的哈佛大學(xué)《計算機科學(xué)cs50》課程中都使用了Scratch，臺灣幾所大學(xué)的研究生還在研究如何使用Scratch來幫助大學(xué)生學(xué)習(xí)C語言后，下定了決心。因為這節(jié)課畢竟屬于基礎(chǔ)模塊，是引導(dǎo)學(xué)生對算法和編程產(chǎn)生興趣的一節(jié)課。

（作者單位：浙江溫州中學(xué)）