吴筝

课程背景

随着时代的快速发展，信息技术正深刻地影响着社会变革。编程已经成为学生适应数字社会的一种技能，提高信息素养也是将“数字土著”培养成为合格的“数字公民”的一种途径。

本案例以小程机器人为硬件载体，以mBlock5为软件支撑，采用软硬结合的方式，帮助学生对问题的理解与解决有更为直接和感性的认识，引导学生在活动过程中发现问题、分析问题，通过建模与测试、分析、解释，发展学生的思维，培养学生的实践能力与创新能力，感悟偶然性背后的必然性。

教学目标

知识与技能 能说明齿轮电位器读数、翻滚角角度的变化规律;能使用变量解决具体问题;能解释Python语句的作用。

过程与方法 通过查看设备不同姿态下的输出结果，推导齿轮电位器读数、翻滚角角度的变化规律，培养观察、探究、归纳等能力;找出问题与解决方案间的因果关系，分析判断设备不同姿态的条件设置，并尝试编程解决。

情感态度与价值观 体验人机交互的过程，提升学习兴趣与创新思维;感悟偶然性背后的必然性。

教学重点与难点

教学重点 推导齿轮电位器读数、翻滚角角度的变化规律;分析判断设备不同姿态的条件设置。

教学难点 分析判断设备不同姿态的条件设置;算法优化。

教学过程

一、情境导入

教师请学生与小程一起参与游戏：抛硬币猜正反面。经过几轮游戏，鲜有学生全部猜对，而小程显示的结果全部正确。教师请学生思考：为什么小程能全部猜对？它是怎样做到的？

简短讨论后，教师揭开谜底：小程并不是真的未卜先知，它能全部猜对是因为控制它的人看到结果后，按照事先设定的规则调整小程的姿态，使其显示出人看到的结果。

二、硬币正反面“百猜百中”的奥秘——齿轮电位器

1.齿轮电位器读数的变化规律

请学生运行简单程序，拨动齿轮电位器，查看显示数据，可知数据变化范围：0—100，变化规律：越靠近小程耳朵方向，数值越大。

2.算法设计——根据齿轮电位器读数范围做出判断

设备初始状态：小程的姿态为“背面向上”;

设备终止状态：小程的姿态为“正面向上”。

需求分析：根据硬币的抛掷情况显示相应的数字1或者2。

规则设定：小程的姿态变为“正面向上”时，如果齿轮电位器读数在0—30，屏幕显示“1”，即表示硬币正面朝上;如果齿轮电位器读数在70—100，屏幕显示“2”，即表示硬币反面朝上。

设计要点：使用控制模块下的“重复执行”，实现对齿轮电位器读数的持续监测;使用控制模块下的“如果……那么……”和运算模块下的“与”运算，实现对齿轮电位器读数的范围判断。

具体程序编写可参考图1。

学生编写程序并下载到小程机器人，抛硬币测试效果，发现该程序存在缺点：游戏时，齿轮电位器必须拨到指定范围，导致操作者手指动作幅度较大，容易被识破。

3.算法设计——根据齿轮电位器拨动方向做出判断

根据前文出现的问题，修改算法，重新设定规则：小程的姿态变为“正面向上”时，如果齿轮电位器是向下拨动，屏幕显示“1”，即表示硬币正面朝上;如果齿轮电位器是向上拨动，屏幕显示“2”，即表示硬币反面朝上。

设计要点：使用控制模块下的“重复执行”实现对齿轮电位器读数与小程的姿态进行持续监测;使用两个变量分别记录小程的姿态为“背面向上”和“正面向上”时，齿轮电位器的读数;使用控制模块下的“如果……那么……”和运算模块下的相应运算比较两个变量的值，进而实现对齿轮电位器拨动方向的判断——如果“背面向上”时的读数小于“正面向上”时的读数，说明是向上拨动齿轮电位器，反之则说明是向下拨动齿轮电位器。

具体程序编写如图2。

三、骰子“百猜百中”的奥秘——齿轮电位器、翻滚角角度

1.翻滚角角度的变化规律

请学生运行简单程序，调整小程的姿态，查看显示数据，可知数据变化范围：-90—0—90。数据变化规律：从齿轮电位器那一面朝下翻滚到正面向上，数值越来越大（-90→0）;从开关那一面朝下翻滚到正面向上，数值越来越小（90→0）;其他姿态的翻滚角角度为0。

2.算法设计

设备初始状态：小程的姿态为“背面向上”;

設备终止状态：小程的姿态为“正面向上”。

需求分析：根据骰子的点数显示相应的数字1—6。根据讨论，教师引导学生对小程的姿态变化进行分析。

规则设定：参考图3，详见下表。

设计要点：使用控制模块下的“重复执行”，实现对齿轮电位器读数、翻滚角角度进行持续监测;使用控制模块下的“如果……那么……否则……”与“如果……那么……”的嵌套，实现对六种情况的甄别。

通过齿轮电位器的读数变化区分1、2两种情况。通过对翻滚角角度数值进行判断，区分3、4两种情况：如果翻滚角角度大于50，说明小程经历过以A边为轴，水平向左翻面的过程;如果翻滚角角度小于-50，说明小程经历过以C边为轴，水平向右翻面的过程。通过对小程“耳朵向下”倾斜与小程的姿态为“直立在桌面”进行判断，区分5、6两种情况：如果小程“耳朵向下”倾斜，说明小程经历过以B边为轴，垂直向上翻面的过程;如果小程的姿态为“直立在桌面”，说明小程经历过以D边为轴，垂直向下翻面的过程。程序编写如图4。

程序缺点：由于是通过一些特定范围的值来鉴别小程的姿态，因此翻面的速度、手势与传感器的精度等都可能影响对姿态的判断。

四、Python学习

借助mBlock5软件的代码转换功能，将模块代码转换为相应的Python语句代码，请学生进行简单解释。基于模块代码，学生可以识别出“重复执行”“如果……那么……否则……”“如果……那么……”在Python中不同的语句格式，并进行简单的代码解释。

五、思维拓展

作品展示交流后，给学生一些时间梳理设计思路、完善提升作品。教师可以继续与学生探讨情况甄别的其他思路，引导学生对作品进行进一步完善和创新。

教学反思

不管是硬币还是骰子，小程可以“百猜百中”。看似很神秘，其实它的背后是由算法所支撑的，真正厉害的是那个设计算法的人。通过这个作品的设计，学生可以进一步体会算法在生活中的应用，透过现象看本质，激发主动学习思维，提升实践创新能力。另外，学生体验了从不同层面、不同角度分析问题，自主探究解决问题的过程，也培养了他们问题解决的能力。