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

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21世紀基礎(chǔ)教育教學(xué)改革的重點方向，它既與傳統(tǒng)的學(xué)科教學(xué)方式密切聯(lián)系，又具有相對獨立的教學(xué)特點，是一種新型的教學(xué)結(jié)構(gòu)類型。在課改實踐中，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。信息技術(shù)與信息技術(shù)課程整合，就是要將以往側(cè)重進行軟件操作的教學(xué)模式轉(zhuǎn)向提高學(xué)生對信息的歸納與表達應(yīng)用的綜合能力。在信息技術(shù)課中，教師應(yīng)有意識地將應(yīng)用信息技術(shù)解決問題的科學(xué)方法傳授給學(xué)生，提高學(xué)生應(yīng)用現(xiàn)代信息工具解決實際問題的能力。

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)目標是了解信息編程的過程和算法概念，而編程語言的運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)到知識和技能，促進信息技術(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

信息的編程和加工一課的主要教學(xué)環(huán)節(jié)有：分析問題、設(shè)計算法、編寫代碼、調(diào)試運行。本課的知識與技能目標是了解編程的概念、意義及編程的過程，確定算法的步驟，而算法優(yōu)化為本課的較高要求。

本課運用類比法、模型法、比較法等科學(xué)方法，使學(xué)生通過類比生活事例，分析問題，設(shè)計算法，了解編程的基本過程?；睘楹唽?fù)雜問題模型化，以流程圖對比算法和編程代碼，幫助學(xué)生識別編程語言，體會算法是編程的核心的理念。

(1)需求設(shè)計法。需求設(shè)計法是指針對編程過程提出需求，以解決需求為出發(fā)點設(shè)計教學(xué)。本課將需求體現(xiàn)在后文所述的6個教學(xué)段落中。

(2)類比分析法。信息編程加工問題對初學(xué)者來說是很難理解的。為了突破學(xué)生的認知難點，運用適當?shù)氖吕M行類比。本課以九宮格游戲為情境，巧妙地設(shè)計成核心編程問題：“3個數(shù)之和為15的組合共有多少種？”從而將復(fù)雜問題簡單化，再從自然語言的描述過渡到編程語句的描述，最后實現(xiàn)編程，促使學(xué)生在思考中學(xué)習(xí)，掌握知識、提高能力。

(3)媒體組合法。在教學(xué)中，教師將電子白板、Flash動畫、算法語言等多種媒體和計算工具有機組合，創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，促進師生的互動，提高教學(xué)效率，達成教學(xué)目標。電子白板的交互性優(yōu)勢，使本課教學(xué)更加具有互動性和趣味性。教師運用電子白板演示動畫，對程序流程和編程語言進行雙屏對比，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程。在進行編程代碼的書寫時，利用拖動的方法對編程的代碼進行修改，使人耳目一新。

二、教學(xué)過程

1.設(shè)置探究情境，寓教于樂

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個數(shù)字分別拖動到9個方格中，使得橫、豎、對角線的3個數(shù)字相加都等于15。

圖1

利用計算機計算速度快、不怕重復(fù)勞動的優(yōu)點，讓計算機來幫助人們解決問題，提出用信息的編程加工的方法。

化繁為簡，對九宮格中的一個條件進行研究。即任意一條橫線上的3個數(shù)相加等于15(如圖2所示)。

圖2

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

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

2.算法的初識，用類比描述算法、理解算法

算法是解決問題的方法和步驟。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。對于九宮格問題，可將數(shù)字不停地試，總會找到答案。這是自然語言描述的算法，這種算法叫“窮舉法”，即將所有的可能都列舉出來，篩選出符合條件的組合。對窮舉法4個基本要素，可以以篩沙子為例進行解釋：一堆沙子中間有細沙和粗沙，如何將所有的細沙從這堆沙子中分開？利用Flash動畫演示“篩沙”過程。

方法和步驟：

(1)篩所有的沙子—范圍；

(2)選用篩子，篩眼大小剛好細沙通過—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個要素，根據(jù)這4個要素，對九宮格橫行的3個數(shù)進行具體分析(見表1)。

表1 九宮格橫行數(shù)組窮舉法基本要素列表

設(shè)計意圖：本節(jié)涉及兩個概念：(1)算法；(2)實現(xiàn)算法(窮舉法的基本要素)。算法是編程的核心，是解決問題的方法和步驟。教師帶著學(xué)生分析問題，找到解決問題的關(guān)鍵節(jié)點，提煉要素，讓學(xué)生根據(jù)要素找到具體問題對應(yīng)的內(nèi)容，最終確定算法。經(jīng)過這樣的學(xué)習(xí)過程，學(xué)生在今后對于編程的內(nèi)容就有了可參照的經(jīng)驗，不僅提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，而且使學(xué)生對具體問題的研究過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個數(shù)的算法中，核心內(nèi)容是實現(xiàn)3個變量由1，1，1到9，9，9的變化。這個過程需要用到嵌套循環(huán)(如圖3所示)。

圖3 對應(yīng)表1的流程圖

如何讓沒有編程基礎(chǔ)的學(xué)生理解嵌套循環(huán)？筆者思考后認為，嵌套循環(huán)過程有點像計數(shù)器的變化過程。計數(shù)器在日常生活很常見，如機動車里程表、電量表等。其工作原理是由最小值自動增加到最大值時再返回最小值，這個變化為一次循環(huán)。滿足一次循環(huán)時，大一級的單位就會增加1。于是筆者制作了計數(shù)器動畫，在教學(xué)時，借助計數(shù)器的動畫，幫助學(xué)生了解嵌套循環(huán)(變化過程：當最右邊的數(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)的過程是教學(xué)難題。計數(shù)器在日常生活中較常見，計數(shù)器的原理學(xué)生能夠理解，用計數(shù)器的原理引導(dǎo)學(xué)生理解嵌套循環(huán)的執(zhí)行過程，將抽象的算法轉(zhuǎn)變成可視過程，有助于學(xué)生理解編程中算法的執(zhí)行步驟。

4.用對應(yīng)圖示法，了解代碼含義

學(xué)生活動：根據(jù)流程圖認識代碼含義，將代碼復(fù)制到VB程序中，并運行調(diào)試(如圖5所示)。

圖5

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

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

設(shè)計意圖：學(xué)習(xí)編程語言必須認識代碼。作為必修內(nèi)容，主要是學(xué)會分析問題，設(shè)計算法，以了解編程過程為主。在這個環(huán)節(jié)中，教師結(jié)合圖4和圖5，將代碼與流程圖對應(yīng)呈現(xiàn)，幫助學(xué)生理解每段代碼的含義，并上機自己操作，使學(xué)生在對比學(xué)習(xí)和操作中達成教學(xué)目標。

5.改進算法，提高效率

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

學(xué)生上機操作，打開VB引用程序，拖動相應(yīng)的語句，完成由算法一到算法二的修改。

加框的語句可以在白板上或在計算機上用鼠標自由拖動，學(xué)生在操作時，將原有語句拖開，換成新的語句即可(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的程序是否正確。

接著教師演示圖4的動畫和圖8的動畫，通過對比發(fā)現(xiàn)，圖8動畫完成的速度比圖4動畫完成的速度快很多。

圖8

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

設(shè)計意圖：運用浮動的代碼模塊，可以降低學(xué)生對代碼的認知難度。在VB面板中用拖動、替換的方式進行算法程序的生成與修改，可以直觀地表達算法改進的核心內(nèi)容。當學(xué)生拖動代碼放的位置錯誤時，教師可針對錯誤原因進行講解，使學(xué)生對算法的核心內(nèi)容有所理解。而電子白板作為交流平臺，可以完成廣播軟件無法完成的操作內(nèi)容，并可以保存修改痕跡，增強師生、生生間的互動。而兩個計數(shù)器動畫的同時演示比較，可以讓學(xué)生直觀地認識算法的效率，體會算法是編程的核心。

6.由簡單到復(fù)雜，突破思維節(jié)點，進入新的認知高度

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

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

師生以問答的形式討論，教師展示九宮格的最終算法程序圖。

設(shè)計意圖：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)化為默會知識和技能，突破思維節(jié)點，達到新的認知高度。

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，而必修課課時有限，在課堂上，教師應(yīng)當注重對學(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，做到舉一反三。教會學(xué)生用編程的思想對信息進行辨別、篩選，根據(jù)需求選擇適當軟件工具解決問題。

本課使用交互式電子白板作為主要教學(xué)平臺，進行信息技術(shù)與課程的整合。交互式電子白板在計算機房的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)中具有以下的優(yōu)勢：(1)互動性。在計算機房，教師一般通過顯示器傳達信息，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，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，如雙屏顯示，可用作對比教學(xué)；探照燈工具可以突出主題，強調(diào)重點；屏幕工具可以預(yù)設(shè)板書；拖拽功能可以增加趣味性和互動性；等等。這些都可幫助教師實現(xiàn)多元化教學(xué)。

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

[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].中國現(xiàn)代教育裝備,2010,6:86-97.

[2] 林其梅.交流互動真實再現(xiàn)—交互白板在信息技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國現(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。馬春生，本科，中學(xué)教授級教師，主任。

江蘇省南京田家炳高級中學(xué)。

全國教育科學(xué)規(guī)劃專項課題“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：GHB093215)研究成果之一。