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程序设计教学中图形化编程的应用范文

时间:2022-07-12 11:09:19

程序设计教学中图形化编程的应用

摘要:伴随着人工智能的飞速发展,人类社会将面临智能化浪潮的冲击,计算思维的重要性逐渐凸显。初中信息技术课程主要是学习VB程序设计语言,学生容易觉得枯燥乏味。图形化编程简单易学,趣味性强,能激发学生学习编程的积极性,培养学生的计算思维,为初中程序设计教学提供了新思路。

关键词:图形化编程;游戏化教学;程序设计

1引言

2018年1月,教育部正式颁布了《普通高中课程标准方案》。其中,信息技术课程标准提出了培养学生的四大核心素养:信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会与责任[1]。2019年年初,“人工智能”成为全球热词;2月,美国宣布启动人工智能计划;3月,“智能+”首次出现在我国两会政府工作报告中。伴随着人工智能的发展,各中小学积极开展编程教育,注重培养学生的计算思维,以便更好地适应未来的智慧社会。

2图形化编程的概念

图形化编程语言(GraphicalProgrammingLanguage),又称G语言,提供了比传统编程语言更简便的编程方法,它易于操作,趣味性强[2]。图形化编程工具将思维设计过程通过视觉化的方式外化出来,为理解程序设计提供了很好的辅助作用,有助于程序设计的学习,更适合初步接触编程的学生[3]。学生可以在图形化的环境下,借助图形化编程平台创设的生活化情境,思考分析具体问题,进而掌握程序设计的基本原理和思想,培养计算思维,并在生活化情境中加以灵活应用。

3图形化编程平台简介

图形化编程平台为用户提供一系列图形模块,每个模块代表不同的操作命令。用户可以针对具体情境问题,像堆积木一样,将需要的图形模块拼接起来,完成简单的程序设计,构建出可以运行的程序。整个过程,用户不需要编写代码,减少出错。Code.orgen®是一个非营利组织,Code.org提供最广泛使用的中小学计算机科学课程,网站平台上创建的所有课程资源和教程将永远免费,并每年组织编程一小时活动。Code.org平台上主要有两大类课程:计算机科学基础和“编程一小时”游戏,计算机科学基础板块主要是为4~18岁初学者开设的20个小时的入门课程。“编程一小时”游戏可以让初学者快速入门,里面没有代码,只有相关的编程模块,当完成指定关卡后,通过点击显示代码就可以看到图形化编程所形成的代码。平台界面主要分为三个部分:模块区、编程区和运行区,搭配图形化界面,操作简单,通过设置不同等级的游戏任务,吸引学习者展开在线编程。

4引入Code.org的教学实践

闽教版《信息技术》(八上)第二单元《VB程序设计基础》,这一部分内容是初中信息技术课程的重点和难点。说它是难点,是因为VB语言作为传统的编程语言,具有科学性和严谨性。专业术语、语法规则较多,对于刚接触编程的初中生来说,比较枯燥,调试运行程序没有耐心,容易产生厌学情绪。调查和访谈发现,初二学生在《VB程序设计基础》的学习中遇到了很多困难,主要体现在初次接触真正意义的计算机代码,感觉无从下手[4]。很多初中学生初步接触VB编程时,感到VB的学习非常枯燥,冗长的代码,抽象的语法规则,让他们提不起兴趣[5]。本次教学实践尝试将Code.org引入课堂教学,对教材进行弹性处理,突出重点。VB语言的学习不作为本课的教学重点,教学重点放在感受循环嵌套的编程之美,体验循环结构在实际生活中的应用,建立起程序设计思维基本架构,淡化细节,让学生理解循环的特点从而理解程序中循环的基本表达形式,学会利用已有的逻辑去表达解决问题中的循环结构。现以《体验循环结构程序设计》一课为例,分享教学实施的过程。

4.1教学内容

《体验循环结构程序设计》这节课,包括两个任务,即“体验For-Next循环程序的编写活动”和“体验For-Next嵌套的循环结构程序的编写过程”。学生之前学习过顺序结构和分支结构,有一些编程基础,但是循环语句比之前的学习更复杂一些。因此在讲述For循环语句时,可以让学生体验“编程一小时”中的编程游戏,从而了解循环结构的具体执行过程,体验理解循环嵌套。

4.2教学对象

本节课的教学对象是初二学生,他们思维比较活跃,对游戏有强烈的兴趣,但理解程序设计能力有限,循环语句相对比较抽象,理解起来比较困难,因此在本课程序设计教学中尝试游戏化教学,用“冰雪奇缘”游戏引入循环语句,激发学生的学习热情。并且为了让学生更好地理解循环语句,尽可能从学生已知的知识入手,让学生易于理解游戏中循环现象与程序中的循环结构的关联。

4.3教学目标

循环结构比较难理解和掌握的主要原因是该知识点涉及比较多新概念和专业术语,如循环变量、循环体、步长、逻辑判断等。对于初中生来说,教学目标是让他们接触、感受、体验循环结构,并不要求他们掌握、运用VB编程程序调试运行。主要让学生体验循环结构的作用,了解For语句,并学会利用循环结构来解决实际生活问题。

4.4教学过程

4.4.1游戏导入本节课选择“编程一小时”中的“冰雪奇缘”编程游戏导入课题。“冰雪奇缘”游戏共有20个关卡,导入环节选择前3个关卡。第1关:画一条直线;第2关:画两条直线;第3关:绘制一个正方形。课程一开始,教师登录到Code.org平台并进入“冰雪奇缘”编程游戏,广播演示第1关和第2关通关操作,激发学生对此游戏的热情,并让学生快速掌握编程游戏规则和具体操作流程。在此基础上,学生独立尝试完成前3关。完成后,教师出示第4关:尝试用“重复”模块绘制一个正方形,引出本课课题:体验循环结构程序设计。

4.4.2教师引导针对学生完成前3关的经验,教师引导学生思考绘制一个正方形的过程。教师提问:如何通过编程来画一个边长为100的正方形?学生:向前移动100像素→向右转90度→向前移动100像素→向右转90度→向前移动100像素→向右转90度→向前移动100像素。教师提问:向前移动100像素和向右转90度这两个步骤重复使用了3次,如果画一个需要重复10000次的图怎么办呢?有没有更简便的画法?引导学生通过探寻第4关:尝试用“重复”模块绘制一个正方形,初步体验循环模块。

4.4.3学习新知:循环结构通过第4关的操作,学生已经初步理解循环的概念:重复执行相同的操作。在第4关中,可以使用循环模块重复执行某个操作,并根据具体情况设置好重复的次数。教师引导学生对比观察第3关和第4关解决方案的不同,进而区别顺序结构和循环结构的不同。在学生理解的基础上,显示第4关编程模块对应的代码,针对具体代码讲解循环语句,循环变量、循环体、步长值等较抽象的概念。以关卡4:画一个正方形为例,画一个正方形的程序模块的代码如下:说明:表达式1是控制变量初始化表达式;表达式2是循环条件表达式,用于确定循环是否继续;而表达式3是控制循环变量的增量表达式。一个或多个语句构成循环体。本例中,var为变量类型,count为变量名,初始值为4,当值等于4时停止,步长值为1,循环共执行4次。moveForward(100),turnRight(90)为循环体语句,分别表示前进100像素和向右转90度。for语句的执行过程可由以下4步来描述:(1)执行“控制变量初始化语句”,使控制变量获得一个初值。(2)判断循环“条件表达式”是否成立。若成立,则执行一遍循环体;否则结束整个for语句。(3)循环控制变量值更新。(4)自动跳转到第(2)步。

4.4.4进阶探究:嵌套循环任务升级,请同学们完成关卡5:绘制三个正方形,每绘制一个正方形后,先转120度后再继续绘制下一个正方形。教师提问,学生思考。问题1:如何绘制三个正方形?问题2:为什么每绘制一个正方形后,要先转120度?学生回答问题1:可以使用重复模块3次。回答问题2:一圈是360度,画三个正方形,360/3=120度。学生在做这个任务时,基本思路是对的,但是游戏模块可以再精简,教师鼓励同学用更少的模块完成这个任务,提示用:嵌套循环模块。学生在完成关卡5过程中,展开本节课第二个教学重点,循环的嵌套,在一个重复模块外面再使用一个重复模块。具体实践过程中,循环体重复时学生容易做错。对内外层循环区分不清楚。老师引导学生查看关卡5运行过程中编程模块执行顺序:先执行最外层重复3次模块,接下来程序跳转到内循环,重复内层循环4次,执行向前移动100像素,向右转90度,画出一个正方形,接着执行一次向右转120度,至此,外层循环一次操作完成,接下来再执行2次外层重复模块,完成游戏任务。配合编程模块的运行,学生能够更加直观的看到程序执行的过程,对外层循环和内层循环的运行进制有了进一步的了解。在此基础上,显示关卡5的代码,针对具体代码讲解嵌套循环语句。强化练习:完成关卡6:尝试用嵌套循环绘制一朵雪花。提示:用“重复”块绘制10个正方形。

4.4.5创新活动:设计一个冰雪图案最后一个关卡,要求学生根据提供的图形编程模块,设计一个冰雪图案,将自己想象到的图案通过编程表达出来,要求要用循环模块。

5教学总结

本节课将图形化编程应用到循环结构的教学。通过游戏导入,让学生对编程产生浓厚的兴趣,进而引导学生理解循环结构之美。与以往的任务驱动式教学相比,在课堂教学中加入了游戏关卡元素,课堂氛围变得更加活泼,学生具有更浓厚的学习积极性,更愿意去思考和尝试。图形化界面让抽象的循环语句变得形象生动,易于理解。学生通过用循环语句画正方形,用嵌套循环绘制雪花,加深了对循环结构的认识。在绘制的过程中,学生要思考转向、旋转角度和执行次数等问题,判断循环重复执行哪些操作、重复的次数、循环结束的条件等。在实践中学,加上老师的适时引导,学生能够更高效的完成图案的绘制。在创新环节,让学生自己设计一个图案,开拓了他们的思维,让他们勇于尝试将自己的创意通过图形化编程表现出来,学以致用。

6结束语

程序设计已经成为新课程改革信息技术学科教学的一个重要内容,教学目标不是为了培养“程序员”,而是在培养学生的计算思维,使学生能用程序设计的思维方式进行思考,从而提高学生解决实际问题的能力[6]。借助图像化编程平台可以优化教学内容,改善教学方法,能更好地开展编程教学,使学生主动通过体验、认识及内化等过程逐步形成相对稳定的思考问题、解决问题的思维方法和价值观,成为数字化时代下的合格公民。

参考文献

[1]中国人民共和国教育部.普通高中信息技术课程标准(2017年版).北京:人民教育出版社,2018

[2]张静洁,裘国永.图形化编程在初中程序设计教学中的应用.科教导刊(下旬),2018(03):111-113

[3]刘芳芳.图形化编程工具辅助程序设计学习.中国教育技术装备,2009(30):126-128

[4]陈向忠.初中信息技术《VB程序设计》高效课堂的探索.课程教育研究,2019(15):242-243

[5]朱国新.初中VB教学中学生思维能力的培养.教育教学论坛,2018(22):250-251

[6]凌秋虹.Scratch在小学信息技术课堂中的应用与实践.中国电化教育,2012(11):113-116,129

作者:康曼 单位:福建省厦门双十中学漳州校区

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