《第四节 分支结构程序设计》名师教案

学而优教有方第四节分支结构程序设计一、教材分析（一）内容分析本节的主要内容是使用分支结构、顺序结构、循环结构设计程序解决问题。通过本节的学习，引导学生了解逻辑运算基本规则，探究“条件判断”“系统时间”“发音”模块的应用和参数设置，能用“条件判断”“系统时间”“发音”模块以及“启动电机”“延时等待”“直行”“转向”“永远循环”“多次循环”等模块设计程序。通过设计程序，了解“条件判断”“系统时间”“发音”模块流程图程序对应的JC语言代码的含义。本节是学习程序三大基本结构的最后一节，也是VJC1.5仿真版软件中的执行器模块库、控制模块库学习的最后一节，是综合提升的一节，需要前面几节作为基础。由于分支结构需要用到条件判断（逻辑运算），所以本节介绍了逻辑运算的基础知识（基本规则）。本节有“实践活动1”“实践活动2”“实践活动3”“练习提升”，教师可根据学生具体学情降低问题难度，或改变教学方法（讲授、练习相结合），或增设更多问题。对于本节的难点，教师应化难为简，分步骤逐步引导学生进行学习和分析。（二）教学目标（1）通过利用已学模块设计程序解决问题，掌握分支结构程序设计方法。（2）通过学习“条件判断”“系统时间”“发音”模块参数的设置和应用，理解模块在编程中的应用。（3）通过程序设计，了解“条件判断”“系统时间”“发音”模块流程图程序对应的JC语言代码的含义。（4）通过分支结构中条件表达式的设置，了解逻辑运算的基本规则。（三）教学重点和难点1.教学重点分支结构的含义和应用。2.教学难点（1）条件判断中条件表达式的设置。（2）逻辑运算。二、学情分析本节是三大程序结构（顺序结构、循环结构、分支结构）的最后一节，也是学习VJC1.5仿真版软件中的执行器模块库和控制模块库的最后一节，是综合应用提升的一节。学生需要具备分析环境的能力，熟练操作VJC1.5仿真版软件的能力，根据任务情况进行算法设计、程序设计的能力。“练习提升”部分给了学生一题多解思路的启发，让学生勇于探索程序设计的更多可能。本节的难点是逻辑运算和条件表达式的设置。学生通过本节学习，可以完成简单的逻辑表达式的书写和条件的设置。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、循环结构程序设计，会分析问题。教师：准备好机器人送快递程序、逻辑运算、音乐常识相关知识及逻辑运算例题；准确完成教材中的“思考与探索”“实践活动”内容；准备一个研究布尔运算中三种运算的演示文稿，用于展示教学内容；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导学生学习分支结构的程序设计，因为分支结构中用的判断条件涉及逻辑运算，所以讲解逻辑运算的基本规则，并配以“活动实践”。经过问题分析，学生能理解程序设计时需要用到分支结构。当满足某条件时，执行语句1；否则，执行语句2。本节是第三章图形化程序设计的最后一节，是综合应用的一节。学生要学习分支结构、学习“条件判断”等模块，以及利用执行器模块库和控制模块库中的模块完成用顺序结构、循环结构和分支结构设计程序来解决问题。通过前面的学习，学生已经能够根据实际环境分析问题，并能根据实际需求设计出合适的程序，使机器人完成任务。本节应与前面几节联系起来，将前面所学学以致用，通过“实践活动”“思考与探索”，让学生自主探索模块参数的设置。本节的“实践活动”和“思考与探索”较多，逻辑运算部分有一定难度，教师在教学设计中要讲练结合，列举更适合自己所教学生学情的范例，采取多元化的教学手段和方式，提高学生的习得率。通过“思考与探索”的问题，引导学生思考和讨论，引出下一个模块的内容，并适当增添了教学活动的内容。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，引入新课教师可复习导入，也可引用教材中“谁是捐款者”的问题，让学生讨论，激发他们的学习兴趣。“谁是捐款者”是一个逻辑分析题目，用到了逻辑运算的一些知识。教师可以先让学生用现有知识进行分析，若学生不能顺利解决这个问题，可引出本节的JC语言中的逻辑运算。虽然逻辑运算在本节中不是重点，但在后面的《第四章传感器模块库》《第五章智能机器人的搭建与程序设计实践》中会多次用到，所以，这部分知识要让学生有所了解。2.学习JC语言中的运算在分支结构中，需要进行条件的设置，如“红外变量一==方向代码值”“亮度变量一<亮度变量二”，这就要求学生学习JC语言中的运算。运算有算术运算、比较运算和逻辑运算。学生在数学学科中学习过算术运算和比较运算（程序语言中的运算符与数学中的运算符有不同之处），教师可给出几个数学中的表达式让学生转换成程序语言中的表达式。学生没有学习过逻辑运算，教师可以用一个较简单的范例做说明，再引导学生思考与探索“如何用逻辑表达式表示条件‘时间变量一大于等于1，并且时间变量二小于等于15’”。通过“实践活动1”，学生探究完成“谁是捐款者”问题。3.探究“条件判断”“系统时间”模块相关知识参照教材上的模块参数设置对话框和模块（命令）详解表，教师可让学生自己探索“条件判断”“系统时间”模块的应用。在这里，教师要讲授分支结构程序设计，让学生明白：利用分支结构设计程序适合解决什么问题，面对具体问题应当如何设置条件判断中的条件。通过“实践活动2”，设计程序，实现对于前面设计的机器人送快递程序的评价（以完成任务所需时间长短为依据和条件）。如果能在限定时间内完成任务，显示提示语“Goodjob!”；否则，显示“Youcandobetter！”。除了之前设计的机器人送快递程序中用到的模块外，还需要用到新学的“系统时间”和“条件判断”模块。教师可根据学情，让学生自主探索，或采用讲授法和演示法进行教学。4.自主探究“发音”模块在教学中，教师应注意培养学生的发散思维和创新能力。在“实践活动2”中，教师引导学生思考，除了可以显示评价语之外，还可以发音提示，用音阶“135”表示评价为优秀，用音阶“77”表示评价为合格。“发音”模块与“显示”模块相似，可以让学生自己探索。如果课堂上教学时间剩余较多，教师可以给出一些较简单的乐曲简谱，让学生尝试设计程序完成演奏。本节末尾有《欢乐颂》《世上只有妈妈好》《小星星》三首乐曲的简谱，可以参考。5.通过“练习提升”，设计程序，使用发音模块评价机器人送快递程序教师可根据学生学情的不同，设置基本任务和挑战任务，基本任务是完成“练习提升”的内容；挑战任务是让学生参照简谱，设计乐曲程序并让机器人在仿真环境中演奏出来。学习本块内容需要一些音乐常识，教师在备课时可与音乐教师一起备课。音符的时值可以通过模块参数设置对话框中的“二分之一音符”“四分之一音符”来设定，也可以通过“时间（秒）”来设置。音阶可以通过对话框右侧来设定，或通过“音频[Hz]”来设置。如图3.4.1所示。图3.4.1“发音”模块参数设置对话框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：机器人可以在程序指令的控制下完成各项任务，这样的机器人可以称为智能机器人吗？如果要实现真正的智能，机器人还需要安装各种各样的传感器吗？引出下一章节的内容，启发学生课下思考和自学。四、实践指导活动1.实践活动1对于解决“谁是捐款者”的问题，可以将各种假设的情况如表3-4-3所示进行罗列，逐一判断情况是否成立，每种情况只能有一个为真。理解前两种假设值的情况，填写后两种假设值，还可添加其他假设值，推论出结果是否成立。表3-4-3“谁是捐款者”问题部分情况罗列表甲乙丙丁是否成立假设值真（乙丙丁）假（不是丁）假（不是乙）假（是丁）不成立（乙和丁的假设结果互相矛盾）假设值假（是甲）真（是丁）假（不是乙）假（是丁）不成立（甲、乙、丁的假设结果互相矛盾）假设值假（是甲）假（不是丁）真（是乙）假（是丁）不成立（甲、乙、丁的假设结果互为矛盾）假设值假（是甲）假（不是丁）假（不是乙）真（不是丁）成立（结果：甲是捐款者）2.实践活动2利用“显示”“系统时间”“条件判断”等模块设计程序，检测完成送快递任务所用时间是否满足条件（完成任务总时间小于22秒）。若满足条件，显示“Goodjob！”；否则，显示“Youcandobetter！”。（也可根据实际情况，自己设定条件和提示语）解析：参考流程图程序JC语言代码程序（省略送快递程序模块）（省略送快递程序代码）五、思考与探索参考答案如何用逻辑表达式表示条件“时间变量一大于等于1，并且时间变量二小于等于15”？解析：表达式为：时间变量一>=1&&时间变量二<=15六、练习提升参考答案在完成“实践活动2”的基础上，可以进一步优化程序。比如，“系统时间”模块除了可以利用单模块检测机器人运行的时间外，还可以直接做出判断并执行