《第三節(jié) 循環(huán)結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)》名師教案

學(xué)而優(yōu)教有方第三節(jié)循環(huán)結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)一、教材分析（一）內(nèi)容分析本節(jié)在順序結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)循環(huán)結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)，要基于問題解決的方式進(jìn)行學(xué)習(xí)和探究。本節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生探究“永遠(yuǎn)循環(huán)”“多次循環(huán)”模塊的應(yīng)用和參數(shù)設(shè)置，能用這兩個(gè)模塊設(shè)計(jì)循環(huán)結(jié)構(gòu)的程序，并了解這兩個(gè)模塊對應(yīng)的JC語言代碼的含義。本節(jié)是在上一節(jié)機(jī)器人完成送快遞任務(wù)的基礎(chǔ)上，利用多次循環(huán)（循環(huán)結(jié)構(gòu)）優(yōu)化程序，提高程序的可讀性和運(yùn)行效率?！坝肋h(yuǎn)循環(huán)”“多次循環(huán)”這兩個(gè)模塊本身的含義和參數(shù)比較簡單，但在實(shí)際應(yīng)用中，諸如循環(huán)次數(shù)、循環(huán)體的確定，出發(fā)方向與初始方向的夾角及設(shè)定等有一定難度。通過再次分析“送快遞場地”，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行思考與探索，重點(diǎn)分析運(yùn)動(dòng)軌跡中的完全重復(fù)部分（尋找循環(huán)體）等問題。并啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行發(fā)散性思維，找尋多種解法，培養(yǎng)他們解決實(shí)際問題的能力。本節(jié)的三個(gè)“實(shí)踐活動(dòng)”由易到難，“實(shí)踐活動(dòng)”給出了分析問題的過程，幫助學(xué)生思考問題。教師可根據(jù)學(xué)生具體學(xué)情降低問題難度，或增設(shè)更多問題。對于本節(jié)的難點(diǎn)，若學(xué)生基礎(chǔ)較好，可以練習(xí)更多類似范例；若學(xué)生接受程度不太好，教師可直接將其用在具體案例中，先用后講，降低難度，分步驟逐步引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)和分析。（二）教學(xué)目標(biāo)（1）通過對真實(shí)環(huán)境的分析，掌握使用循環(huán)結(jié)構(gòu)編寫程序的方法。（2）通過學(xué)習(xí)“永遠(yuǎn)循環(huán)”“多次循環(huán)”模塊參數(shù)的設(shè)置和應(yīng)用，理解這兩個(gè)模塊在程序設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。（3）通過程序設(shè)計(jì)，了解“永遠(yuǎn)循環(huán)”“多次循環(huán)”模塊對應(yīng)的JC語言代碼含義。（三）教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)“永遠(yuǎn)循環(huán)”“多次循環(huán)”的應(yīng)用。2.教學(xué)難點(diǎn)循環(huán)體的確定。二、學(xué)情分析通過前面幾節(jié)的學(xué)習(xí)，學(xué)生對于VJC1.5仿真版軟件的基本操作和實(shí)際環(huán)境分析的方法已經(jīng)有所了解。本節(jié)需要在前面幾節(jié)的基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用所學(xué)模塊，讓學(xué)生根據(jù)實(shí)際場景進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，選擇程序結(jié)構(gòu)，選擇模塊，設(shè)置參數(shù)。本節(jié)內(nèi)容比較簡單，學(xué)生可根據(jù)具體情況，挑戰(zhàn)探究讓機(jī)器人走出“六邊形”“五角星”等運(yùn)動(dòng)軌跡的任務(wù)。三、教學(xué)建議（一）課前準(zhǔn)備設(shè)備：多媒體教學(xué)設(shè)備，互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境。學(xué)生：了解順序結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)，掌握“轉(zhuǎn)向”模塊中的時(shí)間、速度、轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系。教師：準(zhǔn)備好送快遞場地示意圖，分析多種送快遞的路徑；準(zhǔn)確完成教材中的“思考與探索”“實(shí)踐活動(dòng)”內(nèi)容；準(zhǔn)備一個(gè)用于展示教學(xué)內(nèi)容的演示文稿；設(shè)計(jì)教學(xué)用的記錄表、評價(jià)表。（二）過程設(shè)計(jì)本節(jié)內(nèi)容主要是引領(lǐng)學(xué)生分析實(shí)際問題，應(yīng)用循環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)程序、優(yōu)化程序，讓機(jī)器人完成送快遞任務(wù)的程序可讀性更高、效率更高。領(lǐng)跑機(jī)器人——中心湖環(huán)境是一個(gè)圓形區(qū)域，機(jī)器人環(huán)繞湖一圈后停止運(yùn)動(dòng)，但實(shí)際上，需要一直環(huán)繞領(lǐng)跑。在機(jī)器人送快遞環(huán)境中，機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡是正方形和長方形，具有邊長相等（或?qū)呄嗟龋┑奶攸c(diǎn)，可以利用這一特點(diǎn)，根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)出更短、更易讀、更易修改的程序，使機(jī)器人完成任務(wù)。本節(jié)應(yīng)與上一節(jié)聯(lián)系起來，分析上節(jié)學(xué)生設(shè)計(jì)出的機(jī)器人領(lǐng)跑中心湖程序、機(jī)器人送快遞程序（方法可能不唯一），找尋程序中完全相同的循環(huán)體。通過“實(shí)踐活動(dòng)”，讓學(xué)生自主探索模塊參數(shù)的設(shè)置及循環(huán)結(jié)構(gòu)與各模塊之間的關(guān)系。本節(jié)“實(shí)踐活動(dòng)”較多，沒有“思考與探索”，主要是因?yàn)椤坝肋h(yuǎn)循環(huán)”與“多次循環(huán)”模塊的參數(shù)設(shè)置比較簡單，循環(huán)結(jié)構(gòu)的含義也比較容易理解。真正的難點(diǎn)在于找到正確的循環(huán)體并編寫正確的程序。先學(xué)永遠(yuǎn)循環(huán)，再學(xué)多次循環(huán)，內(nèi)容上難度遞增。教師講解完永遠(yuǎn)循環(huán)和多次循環(huán)后，要多提一些啟發(fā)性的問題，如：如何跳出永遠(yuǎn)循環(huán)，或如何讓機(jī)器人在永遠(yuǎn)循環(huán)的結(jié)構(gòu)中停止運(yùn)動(dòng)，等等。教材中提供的資料和活動(dòng)有限，教師可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)任務(wù)，以小組為單位，進(jìn)行學(xué)習(xí)實(shí)踐活動(dòng)，并對各小組表現(xiàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，給予評價(jià)反饋。參考教學(xué)過程如下。1.創(chuàng)設(shè)情境，引入新課回顧上一節(jié)的內(nèi)容，教師可挑選幾個(gè)學(xué)生設(shè)計(jì)的機(jī)器人送快遞程序，演示仿真環(huán)境中機(jī)器人完成任務(wù)的情況及程序流程圖。指出程序流程圖較長，有二十多個(gè)模塊，閱讀程序、修改程序都不方便，讓學(xué)生查看流程圖，找到其中的規(guī)律。A區(qū)的送快遞軌跡是正方形，邊長相等；B區(qū)的送快遞軌跡是長方形，對邊相等。A區(qū)的運(yùn)行模塊為“直行”和“轉(zhuǎn)向”，由于邊長和轉(zhuǎn)角都一樣，故“直行”和“轉(zhuǎn)向”的參數(shù)也一樣；B區(qū)的運(yùn)行模塊也是“直行”和“轉(zhuǎn)向”，但一條長邊加一條短邊和另一條長邊加短邊是相同的。對于反復(fù)運(yùn)行的相同模塊，可以放入循環(huán)內(nèi)部來執(zhí)行。教師要引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)分析問題，找到問題的關(guān)鍵所在和規(guī)律，探索解決方法。教師不要直接給出解決問題的方法，多聽聽學(xué)生們的思考，給予指導(dǎo)和引導(dǎo)。明確本節(jié)學(xué)習(xí)任務(wù)，即學(xué)習(xí)使用循環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)程序使機(jī)器人完成任務(wù)。2.分析領(lǐng)跑機(jī)器人環(huán)境，學(xué)習(xí)永遠(yuǎn)循環(huán)模塊教師演示仿真環(huán)境下，機(jī)器人完成領(lǐng)跑中心湖任務(wù)的程序。分析實(shí)際情況，機(jī)器人不應(yīng)當(dāng)只領(lǐng)跑一圈即停止，而應(yīng)當(dāng)一直環(huán)繞領(lǐng)跑。對于這個(gè)問題，讓學(xué)生自主分析，并能分析出：應(yīng)當(dāng)讓環(huán)繞中心湖一圈的程序反復(fù)執(zhí)行。教師可讓學(xué)生查看控制模塊庫，找到適合的模塊，自己嘗試加入主程序。這部分內(nèi)容較簡單，教師可讓學(xué)生在教材“小貼士”的提示下，自主完成“實(shí)踐活動(dòng)1”。除了學(xué)習(xí)永遠(yuǎn)循環(huán)模塊參數(shù)設(shè)置及應(yīng)用外，教師要啟發(fā)學(xué)生思考：對于這個(gè)程序來說，永遠(yuǎn)循環(huán)是不是必備模塊？是不是必須使用循環(huán)結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)程序，機(jī)器人才能按照要求完成任務(wù)？如何才能讓機(jī)器人停止運(yùn)動(dòng)（跳出循環(huán)）？3.分析送快遞機(jī)器人環(huán)境，學(xué)習(xí)多次循環(huán)模塊教師演示仿真環(huán)境下，機(jī)器人完成送快遞任務(wù)的程序，注意鼓勵(lì)有不同設(shè)計(jì)方法和思路的學(xué)生。讓學(xué)生查看程序流程圖，要想讓機(jī)器人完成A區(qū)和B區(qū)的8個(gè)送快遞任務(wù)，至少需要二十多個(gè)模塊，程序很長，若想修改其中的一個(gè)參數(shù)，是比較困難的，程序不容易讀，也較難修改。為了優(yōu)化程序，需要用到多次循環(huán)模塊（初始值為10，最大值為999999）。讓學(xué)生再次認(rèn)真觀察送快遞場地，找到其中的規(guī)律。對于重復(fù)的語句，可以將其放入多次循環(huán)中去執(zhí)行。教師應(yīng)逐步引導(dǎo)學(xué)生找到正確的循環(huán)體（完全相同的模塊）。A區(qū)的四條邊雖然都等長，但收快遞點(diǎn)分布卻不同，不能直接用多次（4次）循環(huán)來完成。B區(qū)的四條邊中，長邊+短邊為一個(gè)組合，與另一個(gè)長邊+短邊重復(fù)。讓學(xué)生探索設(shè)計(jì)合適的算法，并依據(jù)算法設(shè)計(jì)程序，不斷修改模塊參數(shù)，使機(jī)器人完成“實(shí)踐活動(dòng)2”中的任務(wù)。教師要多引導(dǎo)，讓學(xué)生注意查看書本上的“小貼士”，多嘗試、多思考，讀懂JC語言代碼，慢慢總結(jié)規(guī)律。4.探究機(jī)器人沿樓梯上行撲滅火源任務(wù)“實(shí)踐活動(dòng)3”是機(jī)器人需在“仿真救援滅火場地”中完成滅火任務(wù)。任務(wù)給了出發(fā)點(diǎn)，學(xué)生可根據(jù)所學(xué)，分析出沿樓梯運(yùn)動(dòng)的軌跡的特點(diǎn)（一組重復(fù)程序：直行+右轉(zhuǎn)+直行+左轉(zhuǎn)），查出樓梯的階層數(shù)，將重復(fù)的模塊放入多次循環(huán)，設(shè)定合適的循環(huán)次數(shù)即可?！皩?shí)踐活動(dòng)3”是為了鞏固循環(huán)結(jié)構(gòu)程序設(shè)計(jì)而設(shè)計(jì)的，為后面的“練習(xí)提升”做準(zhǔn)備。對于本題當(dāng)中的撲滅火源要求，應(yīng)當(dāng)選擇“啟動(dòng)電機(jī)”模塊（開啟擴(kuò)展電機(jī)）來完成任務(wù)，這部分知識在第一節(jié)順序結(jié)構(gòu)中曾提到，教師可啟發(fā)學(xué)生倒過去查看“啟動(dòng)電機(jī)”模塊的參數(shù)表。5.通過“練習(xí)提升”，設(shè)計(jì)程序，使機(jī)器人完成三角場館導(dǎo)游任務(wù)教師可根據(jù)學(xué)生學(xué)情的不同，設(shè)置基本任務(wù)和挑戰(zhàn)任務(wù)。基本任務(wù)是讓機(jī)器人在三角形場館外圍導(dǎo)游一圈后停止運(yùn)動(dòng)，挑戰(zhàn)任務(wù)是導(dǎo)游5圈后停下。在VJC1.5仿真環(huán)境中，很難準(zhǔn)確畫出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的等邊三角形，只要學(xué)生能設(shè)計(jì)出完整導(dǎo)游一圈的程序，在循環(huán)體外面加上多次循環(huán)即可（有可能會越走越偏）。因機(jī)器不同，軟件環(huán)境不同，模塊參數(shù)也會不盡相同。對于學(xué)有余力的學(xué)生，教師可給出更多的“練習(xí)提升”，如：設(shè)計(jì)程序，使機(jī)器人走出正五邊形、正六邊形軌跡等。6.回顧總結(jié)教師可先讓學(xué)生結(jié)合本節(jié)學(xué)習(xí)內(nèi)容，分享本節(jié)學(xué)習(xí)收獲，再進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)充、歸納，完成本節(jié)小結(jié)。另外，提出問題：除了可以設(shè)計(jì)順序結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)的程序，還可以設(shè)計(jì)什么結(jié)構(gòu)的程序呢？比如，送快遞機(jī)器人在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成任務(wù)，就可以顯示“Goodjob！”；否則，顯示“Youcandobetter！”。引出下一節(jié)的內(nèi)容，啟發(fā)學(xué)生課下思考和自學(xué)。四、實(shí)踐活動(dòng)指導(dǎo)1.實(shí)踐活動(dòng)1使用“永遠(yuǎn)循環(huán)”模塊修改領(lǐng)跑機(jī)器人繞湖領(lǐng)跑任務(wù)的程序，使領(lǐng)跑機(jī)器人能一直繞湖領(lǐng)跑。（根據(jù)實(shí)際情況，運(yùn)動(dòng)軌跡會稍有不同）解析：參考流程圖程序JC語言代碼程序voidmain(){while(1){motor(1,80);motor(2,73);wait(16.000000);}}2.實(shí)踐活動(dòng)2利用循環(huán)結(jié)構(gòu)及執(zhí)行器模塊庫中的模塊，設(shè)計(jì)程序完成送快遞任務(wù)，如圖3-3-1所示。解析：參考流程圖程序JC語言代碼程序3.實(shí)踐活動(dòng)3認(rèn)真觀察“仿真救援滅火場地”，如圖3-3-4所示，白色圓形圖帶為機(jī)器人出發(fā)點(diǎn)，紅色線段與藍(lán)色線段長度相等。嘗試使用“直行”“轉(zhuǎn)向”“啟動(dòng)電機(jī)”“延時(shí)等待”“多次循環(huán)”等模塊設(shè)計(jì)程序，使機(jī)器人從出發(fā)點(diǎn)沿障礙物邊緣到火源（光源）附近，停止運(yùn)動(dòng)，啟動(dòng)擴(kuò)展電機(jī)，撲滅火源（光源）。解析：參考流程圖程序JC語言代碼程序五、練習(xí)提升參考答案認(rèn)真觀察“導(dǎo)游三角場館場地”，如圖3-3-5所示。設(shè)計(jì)程序使機(jī)器人能在仿真環(huán)境中走出正三角形軌跡，完成導(dǎo)游任務(wù)（每次啟動(dòng)機(jī)器人需要循環(huán)導(dǎo)游5圈）。解析：參考流程圖程序JC語言代碼程序六、教師知識延伸子程序的使用在編程的過程中，會遇到某一段程序在主程序中使用多次，程序分段進(jìn)行，程序模塊多、代碼長不易查看和修改等情況，這時(shí)，我們就可以把這一段程序設(shè)計(jì)成子程序。而在主程序界面中，子程序就是一個(gè)功能模塊，調(diào)用起來很方便，如圖3.3.1所示。圖3.3.1自定義子程序子程序的使用能讓整個(gè)程序很有條理，也便于多人分工設(shè)計(jì)程序。根據(jù)新建子程序時(shí)選擇的模板不同，子程序分為“自定義子程序”和“系統(tǒng)子程序”。兩種子程序的調(diào)用方法都一樣，有三個(gè)步驟：新建子程序，編輯修改子程序，調(diào)用子程序。建立自定義子程序的操作如下。（1）單擊程序模塊庫中的“新建子程序”模塊，在彈出的對話框中選擇“自定義”，并為子程序命名，點(diǎn)擊“確定”后，就會進(jìn)入子程序的編輯窗口