教案for循环应用之黄金螺旋信息技术高中.docx

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教案for循环应用之黄金螺旋信息技术高中

for循环应用之“黄金螺旋”

一、内容分析

本学期开设的选修课程是《算法与程序设计》，使用的编程语言为Python，本节授课内容是for循环语句的应用，主要实现斐波那契黄金螺旋线的绘制。

之前的课程中学生已经学习了Python编程的基本方法、数据类型、顺序结构、分支结构、循环结构等基础知识，做好了知识铺垫，本节将从斐波那契黄金螺旋线实例开始，分析如何利用简单循环实现单条斐波那契黄金螺旋线的绘制，进而利用嵌套循环实现任意多条斐波那契黄金螺旋线的绘制，最后灵活应用for循环语句实现双向交叉的斐波那契黄金螺旋线的绘制。

二、学情分析

学生所在年级为高中一年级，思维能力有了很大的提高，能够对给出问题进行深入思考，但思维方法还需要教师有效地引导和训练，学习编程对于这一阶段的学生来说，就是一种很好地思维训练。

Python语言接近自然语言，代码简洁但功能强大且易于实现，对于很少或者从来没有接触过编程的高一学生来说，是一门非常不错的入门语言。

在学习本节内容之前，学生已经学习了for循环语句的基本使用方法，在数学课程的学习中也接触过斐波那契数列，希望通过这一节课的学习，学生能够联系其他学科知识和生活实际对循环语句有更深入的理解和更灵活的应用。

在设计教学内容时，考虑到学生的学习兴趣、基础知识和思维深度，特别使用了斐波那契黄金螺旋线的绘制，来引导他们的学习过程、加深对知识的理解。

三、教学目标

1.理解利用计算机绘制斐波那契黄金螺旋线的过程；

2.能够利用简单for循环语句绘制单条斐波那契黄金螺旋线；

3.能够利用嵌套for循环语句绘制多条斐波那契黄金螺旋线；

4.能够灵活应用for循环语句绘制双向交叉的斐波那契黄金螺旋线；

5.体验编程解决问题的思想和方法，形成良好的思维习惯和创新意识；

6.能够发现美、懂得欣赏美、进而创造美。

四、教学组织

1.课时安排：

1课时。

2.教与学的方式：

利用Learnsite学习平台+微课的教学形式，引导学生自主学习、探究学习、合作学习；利用学习活动的精心安排，为学生提供个性化的学习内容，实现分层教学。

五、教学环境

硬件：

有网络环境的计算机机房，学生用耳机。

软件：

Learnsite信息技术学习平台，IE浏览器，课件，微课，学案，Python编程环境。

六、教学要点

重点：

能够灵活应用for循环语句绘制斐波那契黄金螺旋线。

难点：

能够分析问题、拆解问题，并用编程的方法解决问题。

七、教学思路

本节课利用Learnsite学习平台+微课的教学形式，引导学生自主学习、探究学习、合作学习，利用学习活动的精心设置，为学生提供个性化的学习内容。

总体教学思路是从斐波那契黄金螺旋线实例开始，分析如何利用简单循环实现单条黄金螺旋线的绘制，进而利用嵌套循环实现任意多条黄金螺旋线的绘制，最后灵活应用for循环语句实现双向交叉的黄金螺旋线的绘制，让学生在学习知识的过程中体验编程解决问题的思想和方法，形成良好的思维习惯和创新意识，能够发现生活中的美、懂得欣赏美、进而创造美。

教学设计流程：

激趣导入——自主学习（利用计算机绘制单条黄金螺旋线）——合作探究（利用计算机绘制多条黄金螺旋线）——能力提升（利用计算机绘制双向交叉黄金螺旋线）——拓展应用（利用计算机绘制生活中更多的黄金螺旋线）——总结交流

图1教学设计流程

八、教学过程

教学环节

教师活动

学生活动

设计意图

激趣导入

今天我们学习的主题是——for循环应用之“黄金螺旋”，什么是黄金螺旋呢？

我们通过短片了解一下。

观看时，请同学们思考两个问题：

⑴黄金螺旋指什么螺旋？

⑵它是依据什么数列绘制的？

【播放短片“什么是黄金螺旋”】

观看后，请同学回答上述两个问题。

“黄金螺旋”是大自然的神奇之作，今天我们就要利用计算机编程的方法来绘制这个神奇而优美的曲线。

了解本节课学习主题

带着老师提出的两个问题观看视频

观看完后，回答问题

激发学生的学习兴趣，同时了解本节课的学习主题。

通过观看视频，学生初步了解到“黄金螺旋”就是斐波那契螺旋，它是根据斐波那契数列画出来的螺旋曲线。

自主学习

【微课自学】观看微课“黄金螺旋绘制方法”，了解如何绘制“黄金螺旋”。

【提问1】既然黄金螺旋线是根据斐波那契数列画出来的，它与斐波那契数列有什么关系？

了解了黄金螺旋线的绘制过程，先请同学们动手在纸上绘制一条黄金螺旋线吧。

【手绘黄金螺旋线】

请同学们按照以下方法，在纸上绘制一条“黄金螺旋线”：

以斐波那契数为边的正方形拼成长方形，然后在正方形里面画一个90度的扇形，连起来的弧线就是斐波那契螺旋线。

【提问2】如果想让计算机绘制一条黄金螺旋线，该怎么办呢？

和学生一起回顾Python语言绘制弧线的方法，并描述计算机绘制单条黄金螺旋线的步骤：

【计算机绘制单条黄金螺旋线】

第一步：

用顺序结构写出绘制每一段弧线的方法（用到circle（半径，弧度）函数）

第二步：

把它转换成for循环语句

引导学生进入学习平台【自主学习】环节，完成“编程实践1”，让计算机绘制一条“黄金螺旋线”。

【编程实践1】用Geany打开1条斐波那契螺旋线.py，将横线部分代码补充完整，并删除横线，执行效果如下图，完成后提交到平台。

学生完成活动时，教师巡视，发现问题，个别指导，并及时反馈共性问题。

通过微课了解黄金螺旋线与斐波那契数列之间的关系，并了解黄金螺旋线的绘制过程。

在纸上手工绘制一条黄金螺旋线。

和老师一起回顾Python语言绘制弧线的方法。

理解计算机绘制黄金螺旋线的步骤：

首先写出利用顺序结构绘制螺旋线的算法步骤；

然后将其转换成for循环语句；

最后，进入学习平台，完成“编程实践1”，实现用计算机绘制单条“黄金螺旋线”。

完成后编程实践后，总结利用for循环语句绘制单条黄金螺旋线的具体方法。

通过微课学习和老师的一步步引导，让学生循序渐进地了解利用for循环语句绘制单条“黄金螺旋线”的过程。

第一步：

先了解手绘“黄金螺旋线”的方法，建立该螺旋线和斐波那契数列之间的关系；

第二步：

将手绘过程转换成计算机算法步骤，建立“黄金螺旋线”与Python语言之间的关系；

第三步：

动手编写程序，实现计算机绘制单条黄金螺旋线。

在这个过程中，训练学生的思维能力，提高其自主学习能力，并让其体验编程解决问题的思想和方法。

合作探究

【提问3】螺旋芦荟一般由5条黄金螺旋线组成，就需要将一条螺旋线的绘制过程重复5次，像这样的问题，用什么样的语句比较合适呢？

学生了解了需要用嵌套循环解决这个问题后，引导学生进入学习平台【合作探究】环节，完成“编程实践2”，让计算机模拟螺旋芦荟绘制5条黄金螺旋线。

【编程实践2】螺旋芦荟的螺旋线一般有5条，请模拟这一现象，编程绘制5条黄金螺旋线，用Geany打开5条斐波那契螺旋线.py，将横线部分代码补充完整，实现右下图效果，完成后提交到平台。

给进度较快的同学布置分层任务（绘制彩色螺旋线）。

教师引导各个小组进行讨论，讨论过程中，教师参与其中，与各小组共同解决问题；同时组织小组内部和小组之间的合作互助。

小结：

强调嵌套循环的格式。

联系上节课学习的知识，思考并得出结论：

实现多条黄金螺旋线的绘制需要用到嵌套循环语句。

以小组为单位，组长组织小组成员一起讨论解决方案，完成“编程实践2”，实现5条黄金螺旋线的绘制。

完成过程中，能够及时寻求帮助或者帮助别人。

进度较快的同学除了帮助其他同学外，还可以完成分层任务。

小组展示，说明编程绘制5条黄金螺旋线的具体过程。

理解嵌套循环的具体使用方法。

本环节旨在让学生掌握应用嵌套循环绘制多条黄金螺旋线的方法。

当学习遇到困难时，能够互帮互助，形成合作探究的学习氛围，提高学习效率。

利用分层任务的设置，让学习进度较快的同学可以进一步探索，让螺旋线变得更加有趣，促进学生的个性化学习。

能力提升

【提问4】松果、向日葵的螺旋线一般是由逆时针和顺时针两个方向的黄金螺旋线交叉而成，如何绘制双向交叉的螺旋线呢？

引导学生进入学习平台【能力提升】环节，完成“编程实践3”，让计算机模拟松果和向日葵绘制双向交叉的黄金螺旋线。

【编程实践3】

⑴松果的螺旋线一般由8条顺时针和13条逆时针的双向螺旋线组成，请模拟这一现象，编程绘制双向交叉的黄金螺旋线，用Geany打开双向交叉斐波那契螺旋线.py，将横线部分代码补充完整，实现右下图效果，完成后提交到平台。

（A、B两列同学完成）

⑵向日葵的螺旋线一般由21和34、34和55、55和89等相邻的两个斐波那契数组成，请模拟这一现象，编程绘制双向交叉的黄金螺旋线，用Geany打开双向交叉斐波那契螺旋线.py，将横线部分代码补充完整，实现右下图效果，完成后提交到平台。

（C、D两列同学完成）

教师引导各个小组进行讨论，讨论过程中，教师参与其中，与各小组共同解决问题；同时组织小组内部和小组之间的合作互助。

鼓励学生利用已有知识，绘制多样的双向交叉螺旋线。

展示各小组学生创作的作品，并给予评价。

思考如何绘制双螺旋线，分组完成【编程实践3】，完善代码，实现双向交叉螺旋线的绘制。

A、B两列的同学完成⑴松果螺旋线。

C、D两列的同学完成⑵向日葵螺旋线。

完成过程中，能够及时寻求帮助或者帮助别人。

完成较快的同学可以同时绘制松果螺旋线和向日葵螺旋线，也可以绘制创意螺旋线。

小组展示，说明编程绘制双向黄金螺旋线的具体过程。

欣赏各小组完成的作品，相互学习，给予评价。

本环节旨在让学生灵活应用for循环语句实现双向交叉螺旋线的绘制，加深对知识理解的同时，发挥更多的创意，通过同伴之间的交流评价以及教师的展示点评，激发更多的创作灵感。

拓展应用

人类经常利用大自然中的黄金螺旋设计一些建筑，比如天津戏剧博物馆和滨海新区的于家堡高铁站。

同学们课后可以进入学习平台【拓展应用】环节，尝试模拟天津戏剧博物馆大戏楼的藻井和于家堡高铁站的网格结构，绘制黄金螺旋线。

也可以了解更多关于黄金螺旋的知识，尝试模拟更多的螺旋图形。

【拓展实践1】绘制模拟天津戏剧博物馆螺旋线：

请你模拟大戏楼藻井的螺旋图形，编程绘制20条逆时针旋转的螺旋线，在之前程序基础上修改代码，完成后文件名称另存为：

天津戏剧博物馆螺旋线.py.

【拓展实践2】请你模拟于家堡高铁站的螺旋图形，编程绘制36条顺时针旋转、36条逆时针旋转的双螺旋线，在之前程序基础上修改程序，完成后文件名另存为：

于家堡高铁站螺旋线.py。

进度快的同学可以完成【拓展实践】，模拟绘制天津戏剧博物馆螺旋线和于家堡高铁站螺旋线。

未能在课堂上完成该活动的同学，可以课后继续完成，还可以思考并创作更丰富多彩的斐波那契黄金螺旋线。

本环节的设计旨在让学生在综合应用知识解决问题的同时，感受天津的地域特点，形成良好的创新意识。

本环节为拓展环节，留待同学们课后完成，对于有特殊兴趣和才能的学生，在此环节可以有所发挥，满足其个性化学习的需求。

总结交流

今天，我们利用Python语言的for循环语句绘制了大自然中最美的螺旋线——斐波那契黄金螺旋线。

其实生活中还有很多这样的美，需要我们用心去发现、去欣赏，更需要我们应用所学知识去创造更多的美。

同时，也希望同学们学会从技术的角度思考问题、分析问题、解决问题！

共同回顾本节课知识，总结学习方法。

形成利用计算机编程解决问题的意识。

能够发现美、懂得欣赏美、进而创造美。

本环节进行知识的总结、方法的提炼、思想的升华，让学生理解生活与学习之间的联系，激发学生对未知领域的不断探索与追求。

九、教学反思

（一）好的方面

1.Python语言让教学更轻松。

Python语言接近自然语言，代码简洁但功能强大且易于实现，对于高一学生来说，是一门非常不错的入门语言。

引入Python之后，程序设计教学难度降低。

2.追求教学内容的实用和原创。

“黄金螺旋”是一个相对新颖且有趣的话题，用编程语言实现其绘制也少有先例，将其引入教学不仅能让学生学会知识本身，更能激发其学习兴趣和创造力。

3.“Learnsite平台+微课”促进个性化学习。

Learnsite平台通过网站的形式展现教学内容，学生对学习内容更清晰，学习效率也有所提高。

微课让课堂少了重复的讲解，学生学习的过程中，教师可以提供个性化的辅导，学生也可以根据自己的学习进度和程度进行个性化的学习。

4.教学环节层层深入，符合学生的认知过程。

教学过程按照“绘制单条黄金螺旋线→绘制多条黄金螺旋线→绘制多条双向交叉黄金螺旋线”的顺序展开，层层递进，合理地引导了学生的学习和思维过程。

（二）需要提升的地方

关键问题的设置还不够深入，不能有效激发学生的深度思维。

微课的质量还不是很理想，虽能够解决教学中的实际问题，但还可以更精致。

对学生个性化学习的需求还有待进一步分析和研究。

十、关键环节提炼

（一）编程任务的设计

1.【编程实践1】让计算机绘制单条斐波那契黄金螺旋线（以鹦鹉螺为例）

2.【编程实践2】让计算机绘制5条斐波那契黄金螺旋线（以螺旋芦荟为例）

3.【编程实践3】让计算机绘制双向交叉的斐波那契黄金螺旋线（以松果和向日葵为例）

4.【拓展实践】让计算机绘制生活中更多的斐波那契黄金螺旋线（以天津戏剧博物馆和于家堡高铁站为例）

（二）学习平台的学案设计

1.学案首页

2.活动1——【自主学习】环节

3.活动2——【合作探究】环节

4.活动3——【能力提升】环节

5.活动4——【拓展应用】环节