從科技奧秘到智能生活的編程項目學(xué)習(xí)

沈建國

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

《做出判斷的分支》是教科版《信息技術(shù)》必修1（數(shù)據(jù)與計算）第二單元《編程計算》第二節(jié)的內(nèi)容。教材圍繞“最適宜運動心率計算器”項目，介紹了輸入輸出語句、賦值語句以及分支結(jié)構(gòu)等知識。筆者遵循“以解決現(xiàn)實問題為出發(fā)點設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，在知識應(yīng)用中培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)”的原則，結(jié)合當下人工智能應(yīng)用中有大量程序設(shè)計知識的特點，選擇“天貓精靈”案例開展項目式教學(xué)。

● 學(xué)情分析

本節(jié)課授課對象為高一年級學(xué)生，他們已具備一定的信息技術(shù)基礎(chǔ)，對應(yīng)用類知識興趣濃厚，渴望趣味性、實用性的課堂，但缺少程序設(shè)計的能力，對信息技術(shù)知識類的學(xué)習(xí)缺乏興趣。

● 教學(xué)目標

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)計方法;②結(jié)合生活經(jīng)驗和天貓精靈應(yīng)用實踐，設(shè)計相關(guān)應(yīng)用場景，并通過程序模擬實現(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)用的意識和習(xí)慣。

● 教學(xué)重難點

重點：理解多分支語句的結(jié)構(gòu)特點。

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

● 教學(xué)時長

2課時。

● 教學(xué)環(huán)境

硬件環(huán)境：網(wǎng)絡(luò)機房、可遠程聯(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)用場景視頻。

● 教學(xué)過程

1.情境引入

教師播放天貓精靈視頻，視頻包含三個功能場景：①天氣鬧鐘功能：您6點35分的鬧鐘即將播報天氣、溫度等信息。②語音喚醒功能。③整點報時功能：主人，現(xiàn)在是早上7點整;主人，現(xiàn)在是晚上9點整……

設(shè)計意圖：每個學(xué)生對天貓精靈的關(guān)注和了解情況各不相同，通過錄制家中的天貓精靈應(yīng)用的視頻，既給學(xué)生一種真實感，又使所有學(xué)生對天貓精靈有基本認識。

教師再呈現(xiàn)天貓精靈和網(wǎng)絡(luò)攝像頭在同一畫面場景中的圖片并介紹：安裝了網(wǎng)絡(luò)攝像頭APP的手機具有語音對講功能，可以遠程語音控制天貓精靈。找兩位學(xué)生現(xiàn)場體驗。進一步提問：天貓精靈的語音是事先錄制好的嗎？它是如何實現(xiàn)語音播放的？

設(shè)計意圖：網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的使用，讓學(xué)生真切體會物聯(lián)網(wǎng)時代信息化產(chǎn)品的創(chuàng)新應(yīng)用。通過手機APP控制天貓精靈，實現(xiàn)教師與學(xué)生、學(xué)生與設(shè)備的多重互動，增強學(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)計意圖：填空的內(nèi)容屬于學(xué)科外知識，沒有難度，意在學(xué)生參與;變量的概念是結(jié)合具體實例進行口語化描述的，并不具有精準性，但便于學(xué)生理解，學(xué)生更易接受。

說明后續(xù)項目活動的規(guī)則：“天貓精靈”是在語音輸入、輸出基礎(chǔ)上進行的。為了便于計算機程序模擬，將語音對話轉(zhuǎn)換為文字的輸入輸出，模擬“天貓精靈”的功能。

2.活動1.1：模擬“天氣鬧鐘”功能

①實現(xiàn)效果：屏幕顯示播報文字。②知識技能：了解print（）、input（）函數(shù)及賦值語句的簡單應(yīng)用。結(jié)合變量的知識，將變量賦值后輸出（如圖1）。③學(xué)生實踐要求：分別運行這三個程序文件，體驗三個程序的應(yīng)用特點;在三個程序文件基礎(chǔ)上嘗試修改代碼，并調(diào)試運行。

設(shè)計意圖：借助“在屏幕上顯示文字”應(yīng)用場景，通過逐步增加功能，分別體現(xiàn)print（）、賦值語句、input（）的效果。學(xué)生程序設(shè)計的基礎(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)上進行“修修補補”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1.2：模擬“喚醒”功能

①實現(xiàn)效果：若輸入“天貓精靈”，則輸出“你好，主人！”。②知識技能：if語句、代碼縮進、==（關(guān)系運算符）。③學(xué)生實踐要求：同活動1.1。

設(shè)計意圖：介紹簡單的if語句，為后續(xù)多分支結(jié)構(gòu)語句學(xué)習(xí)做鋪墊。

4.活動1.3：模擬“整點報時”功能1

①實現(xiàn)效果：在早7點至晚9點間開啟整點報時，其余時間段關(guān)閉（如圖2）。②知識技能：if...else...語句。③學(xué)生實踐要求：同活動1.1。

設(shè)計意圖：讓學(xué)生了解整點報時功能在某一時間段才適宜使用，體現(xiàn)人工智能“人性化”的設(shè)計理念。

5.拓展任務(wù)

計算機能夠準確、不知疲倦地獲取網(wǎng)絡(luò)時間，提高工作效率。如下頁圖3所示程序能自動獲取網(wǎng)絡(luò)時間。

設(shè)計意圖：拓展任務(wù)將手動輸入時間改為自動獲取時間，供學(xué)有余力的學(xué)生探索。

6.活動1.4：模擬“整點報時”功能2

①實現(xiàn)效果：早7點至晚9點間準點報時（如下頁圖4）。②知識技能：代碼結(jié)構(gòu)化表達，if...elif...else...。

③學(xué)生實踐要求：同活動1.1。

設(shè)計意圖：前兩個活動主要介紹了if、if...else語句的應(yīng)用，在本活動中沒有直接呈現(xiàn)if...elif...else...語句，而是從“如果…就…”“如果…就…”的實際生活思維入手，先使用了多個if語句實現(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)活動更接近真實的思維過程。

7.知識小結(jié)

將雙分支結(jié)構(gòu)和多分支結(jié)構(gòu)語句進行比較，強化學(xué)生對分支結(jié)構(gòu)的認識。結(jié)合程序?qū)?yīng)的流程圖，讓學(xué)生了解流程圖的運行過程。

設(shè)計意圖：程序設(shè)計教學(xué)一般先介紹流程圖，再介紹代碼。由于此段程序結(jié)構(gòu)簡單，結(jié)合生活應(yīng)用學(xué)生也易于理解，所以設(shè)計時是反過來先程序代碼再流程圖，進行流程圖的學(xué)習(xí)。

8.探索應(yīng)用

①在探討天貓精靈運行原理的基礎(chǔ)上，學(xué)生以小組為單位，圍繞天貓精靈功能開展頭腦風(fēng)暴，發(fā)掘更多應(yīng)用，設(shè)計程序模擬實現(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;嚴重污染：AQI>300。其他案例如穿衣指數(shù)提示等。鼓勵學(xué)生深入研討，呈現(xiàn)創(chuàng)意應(yīng)用作品。③學(xué)生實踐要求：結(jié)合評價表開展小組協(xié)作學(xué)習(xí)。

設(shè)計意圖：項目圍繞真實任務(wù)開展，學(xué)生在實踐過程中培養(yǎng)計算思維。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;沒有創(chuàng)意的學(xué)生根據(jù)教師提供的案例進行程序模擬實現(xiàn)，使所有學(xué)生都能夠參與到活動中。項目評價表能夠引導(dǎo)學(xué)生開展活動，提高團體學(xué)習(xí)效率。

9.總結(jié)提升

引導(dǎo)學(xué)生由天貓精靈項目擴展到對更多智能設(shè)備的關(guān)注，關(guān)注其基本工作邏輯，用程序設(shè)計的思維去認識它們。

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