學而優教有方第四節分支結構程序設計一、教材分析（一）內容分析本節的主要內容是使用分支結構、順序結構、循環結構設計程序解決問題。通過本節的學習，引導學生了解邏輯運算基本規則，探究“條件判斷”“系統時間”“發音”模塊的應用和參數設置，能用“條件判斷”“系統時間”“發音”模塊以及“啟動電機”“延時等待”“直行”“轉向”“永遠循環”“多次循環”等模塊設計程序。通過設計程序，了解“條件判斷”“系統時間”“發音”模塊流程圖程序對應的JC語言代碼的含義。本節是學習程序三大基本結構的最后一節，也是VJC1.5仿真版軟件中的執行器模塊庫、控制模塊庫學習的最后一節，是綜合提升的一節，需要前面幾節作為基礎。由于分支結構需要用到條件判斷（邏輯運算），所以本節介紹了邏輯運算的基礎知識（基本規則）。本節有“實踐活動1”“實踐活動2”“實踐活動3”“練習提升”，教師可根據學生具體學情降低問題難度，或改變教學方法（講授、練習相結合），或增設更多問題。對于本節的難點，教師應化難為簡，分步驟逐步引導學生進行學習和分析。（二）教學目標（1）通過利用已學模塊設計程序解決問題，掌握分支結構程序設計方法。（2）通過學習“條件判斷”“系統時間”“發音”模塊參數的設置和應用，理解模塊在編程中的應用。（3）通過程序設計，了解“條件判斷”“系統時間”“發音”模塊流程圖程序對應的JC語言代碼的含義。（4）通過分支結構中條件表達式的設置，了解邏輯運算的基本規則。（三）教學重點和難點1.教學重點分支結構的含義和應用。2.教學難點（1）條件判斷中條件表達式的設置。（2）邏輯運算。二、學情分析本節是三大程序結構（順序結構、循環結構、分支結構）的最后一節，也是學習VJC1.5仿真版軟件中的執行器模塊庫和控制模塊庫的最后一節，是綜合應用提升的一節。學生需要具備分析環境的能力，熟練操作VJC1.5仿真版軟件的能力，根據任務情況進行算法設計、程序設計的能力。“練習提升”部分給了學生一題多解思路的啟發，讓學生勇于探索程序設計的更多可能。本節的難點是邏輯運算和條件表達式的設置。學生通過本節學習，可以完成簡單的邏輯表達式的書寫和條件的設置。三、教學建議（一）課前準備設備：多媒體教學設備，互聯網環境。學生：了解順序結構、循環結構程序設計，會分析問題。教師：準備好機器人送快遞程序、邏輯運算、音樂常識相關知識及邏輯運算例題；準確完成教材中的“思考與探索”“實踐活動”內容；準備一個研究布爾運算中三種運算的演示文稿，用于展示教學內容；設計教學用的記錄表、評價表。（二）過程設計本節內容主要是引導學生學習分支結構的程序設計，因為分支結構中用的判斷條件涉及邏輯運算，所以講解邏輯運算的基本規則，并配以“活動實踐”。經過問題分析，學生能理解程序設計時需要用到分支結構。當滿足某條件時，執行語句1；否則，執行語句2。本節是第三章圖形化程序設計的最后一節，是綜合應用的一節。學生要學習分支結構、學習“條件判斷”等模塊，以及利用執行器模塊庫和控制模塊庫中的模塊完成用順序結構、循環結構和分支結構設計程序來解決問題。通過前面的學習，學生已經能夠根據實際環境分析問題，并能根據實際需求設計出合適的程序，使機器人完成任務。本節應與前面幾節聯系起來，將前面所學學以致用，通過“實踐活動”“思考與探索”，讓學生自主探索模塊參數的設置。本節的“實踐活動”和“思考與探索”較多，邏輯運算部分有一定難度，教師在教學設計中要講練結合，列舉更適合自己所教學生學情的范例，采取多元化的教學手段和方式，提高學生的習得率。通過“思考與探索”的問題，引導學生思考和討論，引出下一個模塊的內容，并適當增添了教學活動的內容。教材中提供的資料和活動有限，教師可以根據實際情況設計任務，以小組為單位，進行學習、實踐活動，并對各小組表現進行統計，給予評價反饋。參考教學過程如下。1.創設情境，引入新課教師可復習導入，也可引用教材中“誰是捐款者”的問題，讓學生討論，激發他們的學習興趣。“誰是捐款者”是一個邏輯分析題目，用到了邏輯運算的一些知識。教師可以先讓學生用現有知識進行分析，若學生不能順利解決這個問題，可引出本節的JC語言中的邏輯運算。雖然邏輯運算在本節中不是重點，但在后面的《第四章傳感器模塊庫》《第五章智能機器人的搭建與程序設計實踐》中會多次用到，所以，這部分知識要讓學生有所了解。2.學習JC語言中的運算在分支結構中，需要進行條件的設置，如“紅外變量一==方向代碼值”“亮度變量一<亮度變量二”，這就要求學生學習JC語言中的運算。運算有算術運算、比較運算和邏輯運算。學生在數學學科中學習過算術運算和比較運算（程序語言中的運算符與數學中的運算符有不同之處），教師可給出幾個數學中的表達式讓學生轉換成程序語言中的表達式。學生沒有學習過邏輯運算，教師可以用一個較簡單的范例做說明，再引導學生思考與探索“如何用邏輯表達式表示條件‘時間變量一大于等于1，并且時間變量二小于等于15’”。通過“實踐活動1”，學生探究完成“誰是捐款者”問題。3.探究“條件判斷”“系統時間”模塊相關知識參照教材上的模塊參數設置對話框和模塊（命令）詳解表，教師可讓學生自己探索“條件判斷”“系統時間”模塊的應用。在這里，教師要講授分支結構程序設計，讓學生明白：利用分支結構設計程序適合解決什么問題，面對具體問題應當如何設置條件判斷中的條件。通過“實踐活動2”，設計程序，實現對于前面設計的機器人送快遞程序的評價（以完成任務所需時間長短為依據和條件）。如果能在限定時間內完成任務，顯示提示語“Goodjob!”；否則，顯示“Youcandobetter！”。除了之前設計的機器人送快遞程序中用到的模塊外，還需要用到新學的“系統時間”和“條件判斷”模塊。教師可根據學情，讓學生自主探索，或采用講授法和演示法進行教學。4.自主探究“發音”模塊在教學中，教師應注意培養學生的發散思維和創新能力。在“實踐活動2”中，教師引導學生思考，除了可以顯示評價語之外，還可以發音提示，用音階“135”表示評價為優秀，用音階“77”表示評價為合格。“發音”模塊與“顯示”模塊相似，可以讓學生自己探索。如果課堂上教學時間剩余較多，教師可以給出一些較簡單的樂曲簡譜，讓學生嘗試設計程序完成演奏。本節末尾有《歡樂頌》《世上只有媽媽好》《小星星》三首樂曲的簡譜，可以參考。5.通過“練習提升”，設計程序，使用發音模塊評價機器人送快遞程序教師可根據學生學情的不同，設置基本任務和挑戰任務，基本任務是完成“練習提升”的內容；挑戰任務是讓學生參照簡譜，設計樂曲程序并讓機器人在仿真環境中演奏出來。學習本塊內容需要一些音樂常識，教師在備課時可與音樂教師一起備課。音符的時值可以通過模塊參數設置對話框中的“二分之一音符”“四分之一音符”來設定，也可以通過“時間（秒）”來設置。音階可以通過對話框右側來設定，或通過“音頻[Hz]”來設置。如圖3.4.1所示。圖3.4.1“發音”模塊參數設置對話框6.回顧總結教師可先讓學生結合本節學習內容，分享本節學習收獲，再進行適當補充、歸納，完成本節小結。另外，提出問題：機器人可以在程序指令的控制下完成各項任務，這樣的機器人可以稱為智能機器人嗎？如果要實現真正的智能，機器人還需要安裝各種各樣的傳感器嗎？引出下一章節的內容，啟發學生課下思考和自學。四、實踐指導活動1.實踐活動1對于解決“誰是捐款者”的問題，可以將各種假設的情況如表3-4-3所示進行羅列，逐一判斷情況是否成立，每種情況只能有一個為真。理解前兩種假設值的情況，填寫后兩種假設值，還可添加其他假設值，推論出結果是否成立。表3-4-3“誰是捐款者”問題部分情況羅列表甲乙丙丁是否成立假設值真（乙丙丁）假（不是丁）假（不是乙）假（是丁）不成立（乙和丁的假設結果互相矛盾）假設值假（是甲）真（是丁）假（不是乙）假（是丁）不成立（甲、乙、丁的假設結果互相矛盾）假設值假（是甲）假（不是丁）真（是乙）假（是丁）不成立（甲、乙、丁的假設結果互為矛盾）假設值假（是甲）假（不是丁）假（不是乙）真（不是丁）成立（結果：甲是捐款者）2.實踐活動2利用“顯示”“系統時間”“條件判斷”等模塊設計程序，檢測完成送快遞任務所用時間是否滿足條件（完成任務總時間小于22秒）。若滿足條件，顯示“Goodjob！”；否則，顯示“Youcandobetter！”。（也可根據實際情況，自己設定條件和提示語）解析：參考流程圖程序JC語言代碼程序（省略送快遞程序模塊）（省略送快遞程序代碼）五、思考與探索參考答案如何用邏輯表達式表示條件“時間變量一大于等于1，并且時間變量二小于等于15”？解析：表達式為：時間變量一>=1&&時間變量二<=15六、練習提升參考答案在完成“實踐活動2”的基礎上，可以進一步優化程序。比如，“系統時間”模塊除了可以利用單模塊檢測機器人運行的時間外，還可以直接做出判斷并執行