劉子君 馬春生

基于交互式電子白板的信息編程加工教學(xué)案例

劉子君 馬春生

信息技術(shù)與課程整合是我國(guó)21世紀(jì)基礎(chǔ)教育教學(xué)改革的重點(diǎn)方向，它既與傳統(tǒng)的學(xué)科教學(xué)方式密切聯(lián)系，又具有相對(duì)獨(dú)立的教學(xué)特點(diǎn)，是一種新型的教學(xué)結(jié)構(gòu)類型。在課改實(shí)踐中，信息技術(shù)與信息技術(shù)課程本身的整合是信息技術(shù)教師所困惑的一個(gè)課題。

提高學(xué)生的信息素養(yǎng)是信息技術(shù)課程的主要教學(xué)目標(biāo)。信息技術(shù)與信息技術(shù)課程整合，就是要將以往側(cè)重進(jìn)行軟件操作的教學(xué)模式轉(zhuǎn)向提高學(xué)生對(duì)信息的歸納與表達(dá)應(yīng)用的綜合能力。在信息技術(shù)課中，教師應(yīng)有意識(shí)地將應(yīng)用信息技術(shù)解決問(wèn)題的科學(xué)方法傳授給學(xué)生，提高學(xué)生應(yīng)用現(xiàn)代信息工具解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

信息的編程加工一課用的是地圖出版社必修教材的內(nèi)容。信息的編程加工知識(shí)在高中信息技術(shù)必修模塊和選修模塊中都有介紹。在必修學(xué)習(xí)中，學(xué)習(xí)目標(biāo)是了解信息編程的過(guò)程和算法概念，而編程語(yǔ)言的運(yùn)用將在選修模塊中繼續(xù)學(xué)習(xí)。

本課中，將電子白板引入課堂，注重科學(xué)方法的應(yīng)用，使學(xué)生學(xué)到知識(shí)和技能，促進(jìn)信息技術(shù)與信息技術(shù)課程的整合，從而提高信息素養(yǎng)和科學(xué)素養(yǎng)。

一、教學(xué)設(shè)計(jì)

信息的編程和加工一課的主要教學(xué)環(huán)節(jié)有：分析問(wèn)題、設(shè)計(jì)算法、編寫(xiě)代碼、調(diào)試運(yùn)行。本課的知識(shí)與技能目標(biāo)是了解編程的概念、意義及編程的過(guò)程，確定算法的步驟，而算法優(yōu)化為本課的較高要求。

本課運(yùn)用類比法、模型法、比較法等科學(xué)方法，使學(xué)生通過(guò)類比生活事例，分析問(wèn)題，設(shè)計(jì)算法，了解編程的基本過(guò)程?；睘楹?jiǎn)將復(fù)雜問(wèn)題模型化，以流程圖對(duì)比算法和編程代碼，幫助學(xué)生識(shí)別編程語(yǔ)言，體會(huì)算法是編程的核心的理念。

(1)需求設(shè)計(jì)法。需求設(shè)計(jì)法是指針對(duì)編程過(guò)程提出需求，以解決需求為出發(fā)點(diǎn)設(shè)計(jì)教學(xué)。本課將需求體現(xiàn)在后文所述的6個(gè)教學(xué)段落中。

(2)類比分析法。信息編程加工問(wèn)題對(duì)初學(xué)者來(lái)說(shuō)是很難理解的。為了突破學(xué)生的認(rèn)知難點(diǎn)，運(yùn)用適當(dāng)?shù)氖吕M(jìn)行類比。本課以九宮格游戲?yàn)榍榫?，巧妙地設(shè)計(jì)成核心編程問(wèn)題：“3個(gè)數(shù)之和為15的組合共有多少種？”從而將復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化，再?gòu)淖匀徽Z(yǔ)言的描述過(guò)渡到編程語(yǔ)句的描述，最后實(shí)現(xiàn)編程，促使學(xué)生在思考中學(xué)習(xí)，掌握知識(shí)、提高能力。

(3)媒體組合法。在教學(xué)中，教師將電子白板、Flash動(dòng)畫(huà)、算法語(yǔ)言等多種媒體和計(jì)算工具有機(jī)組合，創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，促進(jìn)師生的互動(dòng)，提高教學(xué)效率，達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。電子白板的交互性優(yōu)勢(shì)，使本課教學(xué)更加具有互動(dòng)性和趣味性。教師運(yùn)用電子白板演示動(dòng)畫(huà)，對(duì)程序流程和編程語(yǔ)言進(jìn)行雙屏對(duì)比，用白板軟件的探照燈功能演示程序流程，使學(xué)生更易理解編程加工的過(guò)程。在進(jìn)行編程代碼的書(shū)寫(xiě)時(shí)，利用拖動(dòng)的方法對(duì)編程的代碼進(jìn)行修改，使人耳目一新。

二、教學(xué)過(guò)程

1.設(shè)置探究情境，寓教于樂(lè)

引入課題：學(xué)生做九宮格游戲(Flash游戲，如圖1所示)。將1～9的9個(gè)數(shù)字分別拖動(dòng)到9個(gè)方格中，使得橫、豎、對(duì)角線的3個(gè)數(shù)字相加都等于15。

圖1

利用計(jì)算機(jī)計(jì)算速度快、不怕重復(fù)勞動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，讓計(jì)算機(jī)來(lái)幫助人們解決問(wèn)題，提出用信息的編程加工的方法。

化繁為簡(jiǎn)，對(duì)九宮格中的一個(gè)條件進(jìn)行研究。即任意一條橫線上的3個(gè)數(shù)相加等于15(如圖2所示)。

圖2

設(shè)計(jì)意圖：可以舉出很多事例進(jìn)行編程教學(xué)，但選擇適當(dāng)?shù)木幊淌吕梢允掳牍Ρ?。在選取例子時(shí)，要考慮用編程解決問(wèn)題的兩個(gè)特性：一是運(yùn)算量大，二是總是解決有一定的規(guī)律的問(wèn)題。在選取事例時(shí)，還需要考慮到趣味性，可以認(rèn)為選用九宮格游戲是本課取得成功的一個(gè)重要情境因素。

本課是信息技術(shù)必修課中編程的第一課，重點(diǎn)是體會(huì)編程過(guò)程，了解算法。如果一開(kāi)始就將九宮格問(wèn)題中的9個(gè)數(shù)需要同時(shí)滿足8個(gè)變量間的限定條件，如果按8個(gè)變量的設(shè)定條件進(jìn)行編程，學(xué)生一定不能接受，因此在這里化繁為簡(jiǎn)，從3個(gè)數(shù)的研究入手，使編程中只涉及問(wèn)題的1個(gè)條件，有利于學(xué)生了解編程和算法的主要步驟和分析過(guò)程，提高學(xué)習(xí)興趣。

2.算法的初識(shí)，用類比描述算法、理解算法

算法是解決問(wèn)題的方法和步驟。在規(guī)定的數(shù)字范圍中找出滿足條件的數(shù)字組合，可以用窮舉法。對(duì)于九宮格問(wèn)題，可將數(shù)字不停地試，總會(huì)找到答案。這是自然語(yǔ)言描述的算法，這種算法叫“窮舉法”，即將所有的可能都列舉出來(lái)，篩選出符合條件的組合。對(duì)窮舉法4個(gè)基本要素，可以以篩沙子為例進(jìn)行解釋：一堆沙子中間有細(xì)沙和粗沙，如何將所有的細(xì)沙從這堆沙子中分開(kāi)？利用Flash動(dòng)畫(huà)演示“篩沙”過(guò)程。

方法和步驟：

(1)篩所有的沙子—范圍；

(2)選用篩子，篩眼大小剛好細(xì)沙通過(guò)—條件(判斷)；

(3)反復(fù)篩—重復(fù)(循環(huán))；

(4)直到所有的沙子都被篩過(guò)為止—結(jié)束條件。

由篩沙子的事例，我們可得到窮舉法的4個(gè)要素，根據(jù)這4個(gè)要素，對(duì)九宮格橫行的3個(gè)數(shù)進(jìn)行具體分析(見(jiàn)表1)。

表1 九宮格橫行數(shù)組窮舉法基本要素列表

設(shè)計(jì)意圖：本節(jié)涉及兩個(gè)概念：(1)算法；(2)實(shí)現(xiàn)算法(窮舉法的基本要素)。算法是編程的核心，是解決問(wèn)題的方法和步驟。教師帶著學(xué)生分析問(wèn)題，找到解決問(wèn)題的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，提煉要素，讓學(xué)生根據(jù)要素找到具體問(wèn)題對(duì)應(yīng)的內(nèi)容，最終確定算法。經(jīng)過(guò)這樣的學(xué)習(xí)過(guò)程，學(xué)生在今后對(duì)于編程的內(nèi)容就有了可參照的經(jīng)驗(yàn)，不僅提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，而且使學(xué)生對(duì)具體問(wèn)題的研究過(guò)程和方法有一定的了解。

3.借助生活工具，了解程序流程

在九宮格橫行3個(gè)數(shù)的算法中，核心內(nèi)容是實(shí)現(xiàn)3個(gè)變量由1，1，1到9，9，9的變化。這個(gè)過(guò)程需要用到嵌套循環(huán)(如圖3所示)。

圖3 對(duì)應(yīng)表1的流程圖

如何讓沒(méi)有編程基礎(chǔ)的學(xué)生理解嵌套循環(huán)？筆者思考后認(rèn)為，嵌套循環(huán)過(guò)程有點(diǎn)像計(jì)數(shù)器的變化過(guò)程。計(jì)數(shù)器在日常生活很常見(jiàn)，如機(jī)動(dòng)車?yán)锍瘫怼㈦娏勘淼?。其工作原理是由最小值自?dòng)增加到最大值時(shí)再返回最小值，這個(gè)變化為一次循環(huán)。滿足一次循環(huán)時(shí)，大一級(jí)的單位就會(huì)增加1。于是筆者制作了計(jì)數(shù)器動(dòng)畫(huà)，在教學(xué)時(shí)，借助計(jì)數(shù)器的動(dòng)畫(huà)，幫助學(xué)生了解嵌套循環(huán)(變化過(guò)程：當(dāng)最右邊的數(shù)字完成1～9的變化，它左邊的數(shù)字增加1，以此類推，如圖4所示)。

圖4

設(shè)計(jì)意圖：循環(huán)是編程的重要概念，循環(huán)程序以及循環(huán)的過(guò)程是教學(xué)難題。計(jì)數(shù)器在日常生活中較常見(jiàn)，計(jì)數(shù)器的原理學(xué)生能夠理解，用計(jì)數(shù)器的原理引導(dǎo)學(xué)生理解嵌套循環(huán)的執(zhí)行過(guò)程，將抽象的算法轉(zhuǎn)變成可視過(guò)程，有助于學(xué)生理解編程中算法的執(zhí)行步驟。

4.用對(duì)應(yīng)圖示法，了解代碼含義

學(xué)生活動(dòng)：根據(jù)流程圖認(rèn)識(shí)代碼含義，將代碼復(fù)制到VB程序中，并運(yùn)行調(diào)試(如圖5所示)。

圖5

教師演示：運(yùn)用電子白板進(jìn)行單、雙屏切換顯示對(duì)比，幫助學(xué)生理解相關(guān)代碼的含義。

學(xué)生上機(jī)，打開(kāi)教師事先制作的VB面板，在面板中完成上述程序并運(yùn)行。教師巡視指導(dǎo)，用廣播系統(tǒng)顯示幾位學(xué)生的運(yùn)算結(jié)果并點(diǎn)評(píng)。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)習(xí)編程語(yǔ)言必須認(rèn)識(shí)代碼。作為必修內(nèi)容，主要是學(xué)會(huì)分析問(wèn)題，設(shè)計(jì)算法，以了解編程過(guò)程為主。在這個(gè)環(huán)節(jié)中，教師結(jié)合圖4和圖5，將代碼與流程圖對(duì)應(yīng)呈現(xiàn)，幫助學(xué)生理解每段代碼的含義，并上機(jī)自己操作，使學(xué)生在對(duì)比學(xué)習(xí)和操作中達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。

5.改進(jìn)算法，提高效率

解決問(wèn)題的方法不止一個(gè)，算法也是如此。對(duì)于圖5中的算法，提示：當(dāng)x+y+z=15時(shí)，其中一個(gè)變量應(yīng)為z=15-x-y。根據(jù)這個(gè)條件，找到第二種算法。

學(xué)生上機(jī)操作，打開(kāi)VB引用程序，拖動(dòng)相應(yīng)的語(yǔ)句，完成由算法一到算法二的修改。

加框的語(yǔ)句可以在白板上或在計(jì)算機(jī)上用鼠標(biāo)自由拖動(dòng)，學(xué)生在操作時(shí)，將原有語(yǔ)句拖開(kāi)，換成新的語(yǔ)句即可(如圖6所示)。

圖6

改變后算法如圖7所示。

圖7

教師廣播幾位學(xué)生修改后的程序，讓全班討論他們編寫(xiě)的程序是否正確。

接著教師演示圖4的動(dòng)畫(huà)和圖8的動(dòng)畫(huà)，通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，圖8動(dòng)畫(huà)完成的速度比圖4動(dòng)畫(huà)完成的速度快很多。

圖8

分析：圖8只需要9的2次方計(jì)算量，而圖4需要9的3次方的計(jì)算量。因此算法是編程的核心，改進(jìn)算法可以大大減少計(jì)算機(jī)的計(jì)算量，提高運(yùn)算效率。

設(shè)計(jì)意圖：運(yùn)用浮動(dòng)的代碼模塊，可以降低學(xué)生對(duì)代碼的認(rèn)知難度。在VB面板中用拖動(dòng)、替換的方式進(jìn)行算法程序的生成與修改，可以直觀地表達(dá)算法改進(jìn)的核心內(nèi)容。當(dāng)學(xué)生拖動(dòng)代碼放的位置錯(cuò)誤時(shí)，教師可針對(duì)錯(cuò)誤原因進(jìn)行講解，使學(xué)生對(duì)算法的核心內(nèi)容有所理解。而電子白板作為交流平臺(tái)，可以完成廣播軟件無(wú)法完成的操作內(nèi)容，并可以保存修改痕跡，增強(qiáng)師生、生生間的互動(dòng)。而兩個(gè)計(jì)數(shù)器動(dòng)畫(huà)的同時(shí)演示比較，可以讓學(xué)生直觀地認(rèn)識(shí)算法的效率，體會(huì)算法是編程的核心。

6.由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，突破思維節(jié)點(diǎn)，進(jìn)入新的認(rèn)知高度

本節(jié)課到此，學(xué)生已經(jīng)了解了編程的過(guò)程、算法以及算法是編程的核心3個(gè)重要概念。

解決九宮格問(wèn)題只需要將變量增加到9個(gè)，條件增加到8個(gè)，增加循環(huán)的次數(shù)即可。

師生以問(wèn)答的形式討論，教師展示九宮格的最終算法程序圖。

設(shè)計(jì)意圖：建立起有效的學(xué)習(xí)“軟環(huán)境”，學(xué)生的思維發(fā)展就有了可循的規(guī)律和變升的空間，能使學(xué)生把學(xué)習(xí)內(nèi)容內(nèi)化為默會(huì)知識(shí)和技能，突破思維節(jié)點(diǎn)，達(dá)到新的認(rèn)知高度。

三、教學(xué)反思

培養(yǎng)和提高學(xué)生信息素養(yǎng)的重點(diǎn)是要培養(yǎng)學(xué)生處理信息的綜合能力。信息編程涉及到的內(nèi)容多、難度大，而必修課課時(shí)有限，在課堂上，教師應(yīng)當(dāng)注重對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，注重學(xué)習(xí)方法的教授，幫助學(xué)生快速地理解知識(shí)，做到舉一反三。教會(huì)學(xué)生用編程的思想對(duì)信息進(jìn)行辨別、篩選，根據(jù)需求選擇適當(dāng)軟件工具解決問(wèn)題。

本課使用交互式電子白板作為主要教學(xué)平臺(tái)，進(jìn)行信息技術(shù)與課程的整合。交互式電子白板在計(jì)算機(jī)房的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)中具有以下的優(yōu)勢(shì)：(1)互動(dòng)性。在計(jì)算機(jī)房，教師一般通過(guò)顯示器傳達(dá)信息，而合理利用電子白板，可以增加教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間的互動(dòng)，增加師生之間的情感交流。(2)功能性。電子白板軟件本身具備的特點(diǎn)，如雙屏顯示，可用作對(duì)比教學(xué)；探照燈工具可以突出主題，強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)；屏幕工具可以預(yù)設(shè)板書(shū)；拖拽功能可以增加趣味性和互動(dòng)性；等等。這些都可幫助教師實(shí)現(xiàn)多元化教學(xué)。

從某種意義上講，信息技術(shù)與學(xué)科間的整合是考驗(yàn)和展示新時(shí)代教師智慧的舞臺(tái)，更多的奇思妙想可以在這個(gè)舞臺(tái)上綻放。

[1] 馬春生.基于電子白板的混合式教學(xué)中的化學(xué)教學(xué)模式研究[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備,2010,6:86-97.

[2] 林其梅.交流互動(dòng)真實(shí)再現(xiàn)—交互白板在信息技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備,2010,18:57-58.

[3] 信息技術(shù)與課程整合[EB/OL].http://baike.baidu.com/ view/428083.htm.

2012-03-31

劉子君，本科，中教一級(jí)。馬春生，本科，中學(xué)教授級(jí)教師，主任。

江蘇省南京田家炳高級(jí)中學(xué)。

全國(guó)教育科學(xué)規(guī)劃專項(xiàng)課題“在科技教育中培養(yǎng)高中生科學(xué)素養(yǎng)的策略研究”(編號(hào)：GHB093215)研究成果之一。