我会自己来判断之智能小夜灯

刘家宝

【摘要】随着新课程在全国普遍实施，如何开展教学？依据课程标准，本文以项目的学习方式进行教学设计，贴近生活，结合学生已有的经验开展教学，启发学生发现问题并通过学习新知识来动手解决问题并提出新的问题，为后面内容学习埋下伏笔。

【关键词】项目教学;分支结构;智能

《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》中倡导课程基于项目的学习方式，可结合学生已有的学习经验和将要经历的社会生活，通过丰富多样的任务情境，在鼓励学生动手解决问题的过程中让学生建构知识、培养技能和发展思维。

本案例内容基于教育科学出版社《信息技术必修1：数据与计算》第2单元“编程计算”的第二节内容“做出判断的分支”，2.1节中学生学习了计算机解决问题的过程，本节2.2做出判断的分支，让学生掌握顺序、分支的基本结构，并结合具体问题利用Python进行编程的学习。本课在第一节内容的基础上让学生完整体验计算机解决问题的整个过程，为后面解决其他复杂问题打下基础。

这部分内容在课程标准中的相关要求是：“1.6从生活实例出发，概述算法的概念与特性，运用恰当的方法和控制结构表示简单算法。1.7掌握一种程序设计语言的基本知识，使用程序设计语言实现简单算法。通过解决实际问题，体验程序设计的基本流程，掌握程序调试与运行的方法。”

【项目教学目标】

学生已经了解了计算机解决问题的一般过程，但自己没有思考并亲自动手去体验计算机解决问题的过程，对解决问题的算法了解不多，对算法的描述不太熟练，但高中同学已经在初中接触过编程，逻辑思维能力较好，能表达出自己的想法并进行实践，学习能力较强。

基于课程标准的要求和内容、学情的分析，本项目的教学目标设定为：

1. 能针对问题有各自的解决方法和具体步骤。

2. 学习顺序、分支结构的知识，结合算法完成程序的编写并解决问题。

3. 通过解决生活中的实际问题，激发学生利用计算机解决问题的兴趣，理解算法和程序设计的作用。

其中，教学重点为掌握顺序和分支的基本结构，教学难点为运用顺序、分支语句编写简单程序解决一些实际问题。

【项目概述】

如今家庭中越来越多的电器具有智能，能够根据家中的实际状况自动开关或进行调整，让家中环境更好、更舒适，它们是如何做到的呢？它们怎么会有这些判断和自我调节的能力呢？

基于这个问题，本次课围绕“智能小夜灯”项目开展，借助让小夜灯具有智能来实施教学，从学生思考到分析问题，然后确定解决方法，最终利用学习的新知识编程来解决问题。通过这一流程，让学生体会到智能的核心是算法，需要通过编程来实现，逐步培养学生利用计算机来解决问题的意识和能力。

本节内容加上知识拓展，建议两课时。

【项目教学准备】

1. 硬件环境：多媒体网络机房

2. 电脑软件：广播电子教学软件、Python软件

3. 项目资源：Python学习帮助文件

【项目教学过程】

一、项目引入

提出问题：如今家庭电器设备越来越多，各种设备变得越来越智能，很多家用电器已经不需要我们亲自操作或发出命令了，它们自己会根据家中环境自动地开关和调节。问题来了，家里一般会有一个夜灯，方便夜间照明，当然我们可以手动去开关，但是能不能让它夜间自动打开，或者在我们需要的时候亮，不需要的时候不亮呢？这就是我们今天要学习的内容—“智能小夜灯之我会自己来判断”。

设计意图：越来越多的同学们家里都有了各种各样的小夜灯，大家对各自家里的小夜灯工作过程很熟悉，但不同的小夜灯的效果是不一样的，他们会有比较，会有思考，为什么有的需要手动去打开，有的晚上会自动打开？其实在于各自的工作策略不同，如何進行设计，能满足我们的需求？引起他们的思考，进入本次课的课题。

二、项目分析

活动1：分析问题，确定需求

知识技能：问题的界定和描述

活动要求：分析问题，明确项目要求

家里的夜灯，我们怎么能让它自己决定开关呢？每位同学都要去思考、讨论，如果是你来设计，你会怎么去做？需要些什么？什么情况下需要灯开或关？

学生思考讨论：

1. 夜灯能不能自己收集家里实时光线情况呢？根据家里光线情况决定开关。

2. 夜灯如果能收集到我的声音就好了，这样就可以根据我的声音来决定开关。

3. 什么条件下需要小夜灯自动打开或关闭呢？

……

总结：同学们想的都很好，我们可以借助各种传感器来收集各种信息，这样就可以解决大家的问题了。那么如何去实现呢？今天我们就以光线传感器收集家里光线情况来决定灯的开关为例来进行今天的学习。

设计意图：本环节让学生自己明确问题的需求，自己去思考、分析提出的解决方法，确定解决方法的每一个具体步骤，为后面程序的实现打下基础。

三、项目设计

活动2：明确智能小夜灯工作的具体过程

知识技能：确定智能小夜灯的算法

活动要求：

（1）明确智能小夜灯具体的每一个步骤。

（2）利用自然语言或流程图将小夜灯工作的步骤表示出来。

设计意图：基于上面一个活动的分析，让学生将小夜灯工作的整个过程，利用自然语言或流程图将每一个具体的步骤表示出来，便于接下来功能的实现。

活动3：收集光线数值

知识技能：了解变量、输入语句input及类型转换函数int的使用，掌握顺序结构的基本格式，学会赋值语句的使用。

活动要求：

（1）通过光线传感器收集小夜灯所在位置光线的数值，本次课使用input语句直接输入光线的具体数值，数值范围约定为[0，100]，数值越大，光线越强。

（2）学习变量，并将光线的数值保存在变量中。

设计意图：根据流程图的步骤，收集光线数值，学习Python中输入语句的使用，边解决问题，边学习新知识。

活动4：判断小夜灯的开关

知识技能：掌握分支的基本结构以及常见的关系运算符，学会if语句的用法。

活动要求：

（1）比较此时光线的值和设定需要开灯情况的值，学习关系表达式的使用。

（2）学习if语句的格式和使用，根据关系表达式的结果，输出小夜灯是开还是关。

设计意图：通过判断开关，让学生多想，认真练习，熟悉并掌握if语句及关系表达式的使用。

四、项目实现

活动5：Python编程完成智能小夜灯程序

知识技能：学会代码编写和调试运行。

活动要求：

（1）根据前4个活动，完成整个程序的编写。

（2）调试运行查看结果。

（3）完成自我评价量规表。

拓展思考：

（1）如果輸入数值不在约定的范围内，应该怎么做？怎么保证数值在约定的[0，100]范围内呢？

（2）如果只根据家里光线的情况来决定灯的开关，会有什么情况出现？家里光线暗的时候，灯一直亮着，这样不节能，能不能在有人经过的时候才亮呢？光线值符合打开灯的条件和有人经过，这两种情况同时满足的时候，灯才亮，这样才符合节能的要求，我们应该如何修改呢？

设计意图：根据前4个活动的分析，让学生完成智能小夜灯程序的编写、运行和验证结果是否正确，体验计算机解决问题的一般过程。需要强调的一点是，小夜灯的程序在实际的产品中是一直在重复执行的，这是循环，为后面的教学内容埋下伏笔。

拓展让学生多思考，考虑得更全面，这样设计的作品才会更好。

五、项目总结

知识技能：input函数的使用，赋值语句和if语句。

活动形式：学生回答，老师补充。

拓展思考：本次课中我们完整地体验了计算机解决问题的整个过程，完成了根据光线情况来判断小夜灯开关的项目，有些同学还增加了要物体经过这个条件来判断开关的，非常好。如果现在需要一个声控的智能小夜灯，怎么办？如果本课的小夜灯还要能自动调节亮度，又该怎么做呢？

设计意图：通过知识的梳理，让学生回顾智能小夜灯程序中涉及的知识，进一步熟悉Python语言，加深对计算机解决问题的一般过程的理解。通过拓展思考，让学生了解一个智能化的产品也会进行改进、更新，这样产品才会更加完美和智能。

【设计后感】

《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》中提出，信息技术课程是一门旨在全面提升学生信息素养的基础课程，并强调“计算思维”，旨在强调学科思维的养成。因此，《编程计算》教学内容的设计，应该着眼于如何解决问题，在解决问题的过程中学习新知识，需要什么，学习什么，知识不一定要全，这一章四个小节的知识不需要孤立，可以根据具体需求进行融合，解决问题了即可。内容的设计可以贴近学生的实际生活，来源于真实的生活场景，这样可以调动学生的学习热情，在发现和认识生活的过程中，学习新知识。课标中倡导要基于项目的学习方式，因此每节内容的设计不要孤立，可以建立起联系。整个章节可以是一个大项目，每个小节间可以相互关联，给学生一个整体的概念。如今的智能产品都是项目工程，正因为不断地发现问题，不断地在设计和更新去解决问题，才会让人感觉产品越来越人性化、智能化。而这样的设计可能会更好地提高学生参与信息社会的责任感与行为能力，成为具备较高信息素养的中国公民。

【参考文献】

[1]中华人民共和国教育部.普通高中信息技术课程标准[M].北京：人民教育出版社，2017：13.