《第三节 循环结构程序设计》名师教案

学而优教有方第三节循环结构程序设计一、教材分析（一）内容分析本节在顺序结构的基础上学习循环结构程序设计，要基于问题解决的方式进行学习和探究。本节，引导学生探究“永远循环”“多次循环”模块的应用和参数设置，能用这两个模块设计循环结构的程序，并了解这两个模块对应的JC语言代码的含义。本节是在上一节机器人完成送快递任务的基础上，利用多次循环（循环结构）优化程序，提高程序的可读性和运行效率。“永远循环”“多次循环”这两个模块本身的含义和参数比较简单，但在实际应用中，诸如循环次数、循环体的确定，出发方向与初始方向的夹角及设定等有一定难度。通过再次分析“送快递场地”，引导学生进行思考与探索，重点分析运动轨迹中的完全重复部分（寻找循环体）等问题。并启发学生进行发散性思维，找寻多种解法，培养他们解决实际问题的能力。本节的三个“实践活动”由易到难，“实践活动”给出了分析问题的过程，帮助学生思考问题。教师可根据学生具体学情降低问题难度，或增设更多问题。对于本节的难点，若学生基础较好，可以练习更多类似范例；若学生接受程度不太好，教师可直接将其用在具体案例中，先用后讲，降低难度，分步骤逐步引导学生进行学习和分析。（二）教学目标（1）通过对真实环境的分析，掌握使用循环结构编写程序的方法。（2）通过学习“永远循环”“多次循环”模块参数的设置和应用，理解这两个模块在程序设计中的应用。（3）通过程序设计，了解“永远循环”“多次循环”模块对应的JC语言代码含义。（三）教学重点和难点1.教学重点“永远循环”“多次循环”的应用。2.教学难点循环体的确定。二、学情分析通过前面几节的学习，学生对于VJC1.5仿真版软件的基本操作和实际环境分析的方法已经有所了解。本节需要在前面几节的基础上，综合运用所学模块，让学生根据实际场景进行程序设计，选择程序结构，选择模块，设置参数。本节内容比较简单，学生可根据具体情况，挑战探究让机器人走出“六边形”“五角星”等运动轨迹的任务。三、教学建议（一）课前准备设备：多媒体教学设备，互联网环境。学生：了解顺序结构程序设计，掌握“转向”模块中的时间、速度、转角之间的关系。教师：准备好送快递场地示意图，分析多种送快递的路径；准确完成教材中的“思考与探索”“实践活动”内容；准备一个用于展示教学内容的演示文稿；设计教学用的记录表、评价表。（二）过程设计本节内容主要是引领学生分析实际问题，应用循环结构设计程序、优化程序，让机器人完成送快递任务的程序可读性更高、效率更高。领跑机器人——中心湖环境是一个圆形区域，机器人环绕湖一圈后停止运动，但实际上，需要一直环绕领跑。在机器人送快递环境中，机器人的运动轨迹是正方形和长方形，具有边长相等（或对边相等）的特点，可以利用这一特点，根据实际情况设计出更短、更易读、更易修改的程序，使机器人完成任务。本节应与上一节联系起来，分析上节学生设计出的机器人领跑中心湖程序、机器人送快递程序（方法可能不唯一），找寻程序中完全相同的循环体。通过“实践活动”，让学生自主探索模块参数的设置及循环结构与各模块之间的关系。本节“实践活动”较多，没有“思考与探索”，主要是因为“永远循环”与“多次循环”模块的参数设置比较简单，循环结构的含义也比较容易理解。真正的难点在于找到正确的循环体并编写正确的程序。先学永远循环，再学多次循环，内容上难度递增。教师讲解完永远循环和多次循环后，要多提一些启发性的问题，如：如何跳出永远循环，或如何让机器人在永远循环的结构中停止运动，等等。教材中提供的资料和活动有限，教师可以根据实际情况设计任务，以小组为单位，进行学习实践活动，并对各小组表现进行统计，给予评价反馈。参考教学过程如下。1.创设情境，引入新课回顾上一节的内容，教师可挑选几个学生设计的机器人送快递程序，演示仿真环境中机器人完成任务的情况及程序流程图。指出程序流程图较长，有二十多个模块，阅读程序、修改程序都不方便，让学生查看流程图，找到其中的规律。A区的送快递轨迹是正方形，边长相等；B区的送快递轨迹是长方形，对边相等。A区的运行模块为“直行”和“转向”，由于边长和转角都一样，故“直行”和“转向”的参数也一样；B区的运行模块也是“直行”和“转向”，但一条长边加一条短边和另一条长边加短边是相同的。对于反复运行的相同模块，可以放入循环内部来执行。教师要引导学生主动分析问题，找到问题的关键所在和规律，探索解决方法。教师不要直接给出解决问题的方法，多听听学生们的思考，给予指导和引导。明确本节学习任务，即学习使用循环结构设计程序使机器人完成任务。2.分析领跑机器人环境，学习永远循环模块教师演示仿真环境下，机器人完成领跑中心湖任务的程序。分析实际情况，机器人不应当只领跑一圈即停止，而应当一直环绕领跑。对于这个问题，让学生自主分析，并能分析出：应当让环绕中心湖一圈的程序反复执行。教师可让学生查看控制模块库，找到适合的模块，自己尝试加入主程序。这部分内容较简单，教师可让学生在教材“小贴士”的提示下，自主完成“实践活动1”。除了学习永远循环模块参数设置及应用外，教师要启发学生思考：对于这个程序来说，永远循环是不是必备模块？是不是必须使用循环结构来设计程序，机器人才能按照要求完成任务？如何才能让机器人停止运动（跳出循环）？3.分析送快递机器人环境，学习多次循环模块教师演示仿真环境下，机器人完成送快递任务的程序，注意鼓励有不同设计方法和思路的学生。让学生查看程序流程图，要想让机器人完成A区和B区的8个送快递任务，至少需要二十多个模块，程序很长，若想修改其中的一个参数，是比较困难的，程序不容易读，也较难修改。为了优化程序，需要用到多次循环模块（初始值为10，最大值为999999）。让学生再次认真观察送快递场地，找到其中的规律。对于重复的语句，可以将其放入多次循环中去执行。教师应逐步引导学生找到正确的循环体（完全相同的模块）。A区的四条边虽然都等长，但收快递点分布却不同，不能直接用多次（4次）循环来完成。B区的四条边中，长边+短边为一个组合，与另一个长边+短边重复。让学生探索设计合适的算法，并依据算法设计程序，不断修改模块参数，使机器人完成“实践活动2”中的任务。教师要多引导，让学生注意查看书本上的“小贴士”，多尝试、多思考，读懂JC语言代码，慢慢总结规律。4.探究机器人沿楼梯上行扑灭火源任务“实践活动3”是机器人需在“仿真救援灭火场地”中完成灭火任务。任务给了出发点，学生可根据所学，分析出沿楼梯运动的轨迹的特点（一组重复程序：直行+右转+直行+左转），查出楼梯的阶层数，将重复的模块放入多次循环，设定合适的循环次数即可。“实践活动3”是为了巩固循环结构程序设计而设计的，为后面的“练习提升”做准备。对于本题当中的扑灭火源要求，应当选择“启动电机”模块（开启扩展电机）来完成任务，这部分知识在第一节顺序结构中曾提到，教师可启发学生倒过去查看“启动电机”模块的参数表。5.通过“练习提升”，设计程序，使机器人完成三角场馆导游任务教师可根据学生学情的不同，设置基本任务和挑战任务。基本任务是让机器人在三角形场馆外围导游一圈后停止运动，挑战任务是导游5圈后停下。在VJC1.5仿真环境中，很难准确画出一个标准的等边三角形，只要学生能设计出完整导游一圈的程序，在循环体外面加上多次循环即可（有可能会越走越偏）。因机器不同，软件环境不同，模块参数也会不尽相同。对于学有余力的学生，教师可给出更多的“练习提升”，如：设计程序，使机器人走出正五边形、正六边形轨迹等。6.回顾总结教师可先让学生结合本节学习内容，分享本节学习收获，再进行适当补充、归纳，完成本节小结。另外，提出问题：除了可以设计顺序结构、循环结构的程序，还可以设计什么结构的程序呢？比如，送快递机器人在规定时间内完成任务，就可以显示“Goodjob！”；否则，显示“Youcandobetter！”。引出下一节的内容，启发学生课下思考和自学。四、实践活动指导1.实践活动1使用“永远循环”模块修改领跑机器人绕湖领跑任务的程序，使领跑机器人能一直绕湖领跑。（根据实际情况，运动轨迹会稍有不同）解析：参考流程图程序JC语言代码程序voidmain(){while(1){motor(1,80);motor(2,73);wait(16.000000);}}2.实践活动2利用循环结构及执行器模块库中的模块，设计程序完成送快递任务，如图3-3-1所示。解析：参考流程图程序JC语言代码程序3.实践活动3认真观察“仿真救援灭火场地”，如图3-3-4所示，白色圆形图带为机器人出发点，红色线段与蓝色线段长度相等。尝试使用“直行”“转向”“启动电机”“延时等待”“多次循环”等模块设计程序，使机器人从出发点沿障碍物边缘到火源（光源）附近，停止运动，启动扩展电机，扑灭火源（光源）。解析：参考流程图程序JC语言代码程序五、练习提升参考答案认真观察“导游三角场馆场地”，如图3-3-5所示。设计程序使机器人能在仿真环境中走出正三角形轨迹，完成导游任务（每次启动机器人需要循环导游5圈）。解析：参考流程图程序JC语言代码程序六、教师知识延伸子程序的使用在编程的过程中，会遇到某一段程序在主程序中使用多次，程序分段进行，程序模块多、代码长不易查看和修改等情况，这时，我们就可以把这一段程序设计成子程序。而在主程序界面中，子程序就是一个功能模块，调用起来很方便，如图3.3.1所示。图3.3.1自定义子程序子程序的使用能让整个程序很有条理，也便于多人分工设计程序。根据新建子程序时选择的模板不同，子程序分为“自定义子程序”和“系统子程序”。两种子程序的调用方法都一样，有三个步骤：新建子程序，编辑修改子程序，调用子程序。建立自定义子程序的操作如下。（1）单击程序模块库中的“新建子程序”模块，在弹出的对话框中选择“自定义”，并为子程序命名，点击“确定”后，就会进入子程序的编辑窗口