基于交互式電子白板的信息編程加工教學案例

劉子君 馬春生

基于交互式電子白板的信息編程加工教學案例

劉子君 馬春生

信息技術與課程整合是我國21世紀基礎教育教學改革的重點方向，它既與傳統(tǒng)的學科教學方式密切聯(lián)系，又具有相對獨立的教學特點，是一種新型的教學結構類型。在課改實踐中，信息技術與信息技術課程本身的整合是信息技術教師所困惑的一個課題。

提高學生的信息素養(yǎng)是信息技術課程的主要教學目標。信息技術與信息技術課程整合，就是要將以往側重進行軟件操作的教學模式轉向提高學生對信息的歸納與表達應用的綜合能力。在信息技術課中，教師應有意識地將應用信息技術解決問題的科學方法傳授給學生，提高學生應用現(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容。信息的編程加工知識在高中信息技術必修模塊和選修模塊中都有介紹。在必修學習中，學習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)學習。

本課中，將電子白板引入課堂，注重科學方法的應用，使學生學到知識和技能，促進信息技術與信息技術課程的整合，從而提高信息素養(yǎng)和科學素養(yǎng)。

一、教學設計

信息的編程和加工一課的主要教學環(huán)節(jié)有：分析問題、設計算法、編寫代碼、調試運行。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、比較法等科學方法，使學生通過類比生活事例，分析問題，設計算法，了解編程的基本過程。化繁為簡將復雜問題模型化，以流程圖對比算法和編程代碼，幫助學生識別編程語言，體會算法是編程的核心的理念。

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

(2)類比分析法。信息編程加工問題對初學者來說是很難理解的。為了突破學生的認知難點，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，促使學生在思考中學習，掌握知識、提高能力。

(3)媒體組合法。在教學中，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)設教學情境，促進師生的互動，提高教學效率，達成教學目標。電子白板的交互性優(yōu)勢，使本課教學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、教學過程

1.設置探究情境，寓教于樂

引入課題：學生做九宮格游戲(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

設計意圖：可以舉出很多事例進行編程教學，但選擇適當?shù)木幊淌吕梢允掳牍Ρ丁Ｔ谶x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個變量的設定條件進行編程，學生一定不能接受，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，有利于學生了解編程和算法的主要步驟和分析過程，提高學習興趣。

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)反復篩—重復(循環(huán))；

(4)直到所有的沙子都被篩過為止—結束條件。

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。教師帶著學生分析問題，找到解決問題的關鍵節(jié)點，提煉要素，讓學生根據(jù)要素找到具體問題對應的內容，最終確定算法。經過這樣的學習過程，學生在今后對于編程的內容就有了可參照的經驗，不僅提高學生的學習熱情，而且使學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 對應表1的流程圖

如何讓沒有編程基礎的學生理解嵌套循環(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，在教學時，借助計數(shù)器的動畫，幫助學生了解嵌套循環(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)的過程是教學難題。計數(shù)器在日常生活中較常見，計數(shù)器的原理學生能夠理解，用計數(shù)器的原理引導學生理解嵌套循環(huán)的執(zhí)行過程，將抽象的算法轉變成可視過程，有助于學生理解編程中算法的執(zhí)行步驟。

4.用對應圖示法，了解代碼含義

學生活動：根據(jù)流程圖認識代碼含義，將代碼復制到VB程序中，并運行調試(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，幫助學生理解相關代碼的含義。

學生上機，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，用廣播系統(tǒng)顯示幾位學生的運算結果并點評。

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

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，其中一個變量應為z=15-x-y。根據(jù)這個條件，找到第二種算法。

學生上機操作，打開VB引用程序，拖動相應的語句，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。

設計意圖：運用浮動的代碼模塊，可以降低學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容。當學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，使學生對算法的核心內容有所理解。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.由簡單到復雜，突破思維節(jié)點，進入新的認知高度

本節(jié)課到此，學生已經了解了編程的過程、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。

設計意圖：建立起有效的學習“軟環(huán)境”，學生的思維發(fā)展就有了可循的規(guī)律和變升的空間，能使學生把學習內容內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、教學反思

培養(yǎng)和提高學生信息素養(yǎng)的重點是要培養(yǎng)學生處理信息的綜合能力。信息編程涉及到的內容多、難度大，而必修課課時有限，在課堂上，教師應當注重對學生學習能力的培養(yǎng)，注重學習方法的教授，幫助學生快速地理解知識，做到舉一反三。教會學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平臺，進行信息技術與課程的整合。交互式電子白板在計算機房的網(wǎng)絡學習中具有以下的優(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，可以增加教師與學生、學生與學生之間的互動，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；探照燈工具可以突出主題，強調重點；屏幕工具可以預設板書；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。

從某種意義上講，信息技術與學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中的化學教學模式研究[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教學中的應用[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2010,18:57-58.

[3] 信息技術與課程整合[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，中學教授級教師，主任。

江蘇省南京田家炳高級中學。

全國教育科學規(guī)劃專項課題“在科技教育中培養(yǎng)高中生科學素養(yǎng)的策略研究”(編號：GHB093215)研究成果之一。