生活中的循環應用——圖形化編程mBlock循環算法

王小斌

江蘇省泰州市實驗小學信息科技教師，泰州市卓越教師，學科帶頭人，泰州市311人才工程培養對象，海陵區十佳青年教師。曾獲江蘇省小學信息技術優秀課評比一等獎，泰州市青年教師基本功比賽一等獎、優秀課評比一等獎。代表江蘇省在北京參加全國中小學信息技術機器人教學活動，獲特等獎。在國家、省級刊物發表信息技術教研論文多篇，主持市級規劃課題3項并結題。輔導數名學生在各類競賽中取得優異的成績。

教學背景

編程是STEM教育中最重要一環，即提高學生多學科學習能力的教育方式之一。小學階段主要通過圖形化編程初步培養學生的計算思維。學生們通過本課學習學會使用圖形化編程軟件mBlock的重復執行模塊，在算法分析過程中理解循環概念，進一步厘清循環結構的思想和方法，懂得對程序設計中的循環算法進行總結與提升，為以后的算法學習打好基礎。

程序設計中的循環結構內容適合已掌握一定信息技術基礎知識和技能的小學高年級學生。高年級學生學習興趣廣，求知欲和好奇心強，能夠獨立思考，并進行課前預習和課后復習。教師可以鼓勵學生對簡單問題進行自主探究，學會把大問題分解為小問題，找到重復的步驟，初步理解計算機的工作方式；同時發揮學生間的引領互幫作用，激發學生的探究欲。

教學目標

1.學生能夠發現生活中存在的循環現象，認識到循環在交通、建筑、圖書館等方面的應用；學會主動質疑、評價現有程序，并嘗試優化程序，具有自主發現問題、解決問題的意識。（信息意識）

2.學生通過分析圖書館的自動還書機和口罩自動識別機的工作原理，體驗真實問題的抽象、分解等思維過程，理解算法在問題解決中的作用，能夠運用循環算法對方案進行個性化設計以及迭代優化。（計算思維）

3.利用mBlock平臺的重復執行模塊驗證算法，體會運用工具實現算法的可視化呈現。（數字化學習與創新）

4.理解口罩自動識別對提高疫情場所檢驗效率的作用，體會信息科技對社會現代化管理的正面影響，形成崇尚科技的意識。（信息社會責任）

教學重點與難點

教學重點：1.對生活中的循環現象進行分析，理解算法自動化運行的作用。2.對自動還書和口罩識別的工作流程進行抽象、分解，能描述步驟。

教學難點：理解循環的基本概念及要素，初步學會運用循環算法優化實際問題的解決。

教學過程

一、情境導入，感知生活中的循環現象

教師出示有關春夏秋冬，寒來暑往，時間在不停流逝的幻燈片，讓學生感知生活中的循環現象。如：寒來暑往，秋收冬藏。云騰致雨，露結為霜。（南北朝·周興嗣《千字文》）春夏作頭，秋冬為尾。循環反復無窮已。（唐·羅隱《樂府雜曲》）

教師相應提出問題：這些詩句描繪了怎樣的現象，共同點是什么？通過這些詩句描繪的現象，我們可以獲得哪些知識？學生們通過朗讀、思考后發現，中國古人早已經發現了天地間的重復現象。古往今來，春夏秋冬，大自然季節的重復變化，循環往復。由此引出課題：生活中的循環。

二、新授知識，任務驅動層層推進

1.體驗生活中的循環

剛才讓學生們領會了古人發現的大自然重復現象，那么在科技日益發達的現代生活中，有哪些重復現象呢？教師通過播放校園視頻，讓學生們再次體驗熟悉的校園生活，請學生們思考：在我們熟悉的校園、圖書館里，有哪些需要重復完成的事情？

學生們通過觀察發現，校園門口馬路上正在工作的破碎機、進入校園大門時門口的電子屏顯示（標語的重復滾動）、進入圖書館時的口罩自動檢測、歸還借閱圖書時的掃碼等，很多設備都在做著重復的步驟。

2.講授循環知識

任務一：讓學生們來分析一下前面提到的馬路上破碎機（如圖1）的動作，重復的步驟是哪幾步？學生之間互相討論、思考，填寫下表。

通過對破碎機的動作分解，學生們分析得出，破碎機重復動作共有三步。這些動作循環的工作中，如果規劃控制好重復的動作程序就可以省去我們很多辛苦的體力勞動。

教師相機總結出，中間重復的步驟就叫作循環體。生活中有很多重復的工作都可以通過控制機器程序來完成，機器自動化執行可用來簡化我們的勞動，達到事半功倍的效果。特別是相同的步驟要重復執行成千上萬次的話，機器自動化執行的優勢就會體現得十分明顯。

任務二：分小組解析圖書館的口罩自動檢測和自助還書裝置循環的步驟。

學生以小組的形式，分析進入圖書館時的口罩自動檢測和在圖書館里自助還書裝置循環的步驟，加深對循環體的理解。（如圖2、圖3）

學生們在分小組討論后，每小組推薦1名學生進行匯報，其他學生進行補充。最后教師進行小結與提醒。我們在編寫程序時，經常會遇到某一個角色重復做同一個動作，這時候，就可以用到循環語句來幫助我們簡化程序。

任務三：搭建佩戴口罩檢測循環程序。

通過小組的分析，學生們了解了循環結構的步驟和作用。接著教師可以帶領學生們搭建程序，實現圖書館入場口罩檢測的程序編寫。

首先教師對軟件平臺進行相應的介紹，在圖形化編程mBlock中，可以用不同的積木程序模塊（次數循環如圖4、無限循環如圖5、條件循環如圖6）實現不同的循環功能。

接下來，教師讓學生們根據剛才的口罩檢測推理與算法設計，結合mBlock積木中的循環積木模塊，嘗試自己搭建口罩檢測循環算法程序。在學生操作的過程中，教師巡視并提供相應的指導。

任務四：優化佩戴口罩檢測程序。

一些學生獨立搭建程序成功后，教師可以進行舉一反三，將學生設計成功的程序與教師設計的程序（如圖7）進行比較分析，讓學生們討論交流，進而讓學生們繼續優化自己設計的程序。（實現效果如圖8所示）

三、總結提升，拓展探究

教師通過課堂總結，讓學生們知曉生活中的循環現象無處不在。我們可以通過循環程序設計將重復的工作簡潔化，提高工作效率。課后延伸活動中，教師可以讓學生們分小組選擇一個生活的循環現象（交通紅綠燈、空調制冷循環、熱水器加熱工作等），進行解析并嘗試程序的搭建。

教學反思

本節課讓學生們感受生活中循環知識，嘗試結合不同的軟件平臺，解決生活中的問題。第一課堂不在機房，而是在教室中使用平板電腦進行信息科技課教學，學生們興趣高漲。大部分學生可以完成相應的任務，也有極少數學生因為沒有接觸過平板電腦，在操作時不是十分順暢，這也為今后開設類似的課堂教學提出了新的要求。

本課設計基于2022年新課標，在教學目標與任務設計上作了相應的創新。學生們利用平板電腦進行學習，也是對2022年新課標信息科技主編熊璋教授提出的“信息科技課程可以有電腦，可以沒有電腦上課，可以在機房上課，也可以在班級上課”的嘗試實踐。