挑战弹力奇缘：复杂循环结构与程序流程控制实战

挑战弹力奇缘：复杂循环结构与程序流程控制实战一、教学内容分析

本课隶属初中《信息技术》课程“程序设计初步”模块，是学生从理解基本顺序、分支结构迈向掌握更复杂程序逻辑的关键转折点。课程标准强调通过解决实际问题，发展学生的计算思维，核心在于培养学生运用算法思想进行问题分解、抽象与建模的能力。从知识图谱看，“复杂循环结构”是“循环结构”的深化与综合，要求学生不仅能运用单层循环处理重复任务，还需理解循环嵌套的逻辑层次与执行流程；“跳出循环”则是程序流程控制的重要补充，它打破了循环执行的固定模式，引入了基于条件判断的、更灵活的控制逻辑。二者共同构成了程序设计中处理复杂、动态情境的核心工具。过程方法上，本课将以“游戏情境—问题分析—算法设计—代码实现—调试优化”为路径，引导学生体验完整的程序设计过程，将抽象的算法思维具象化为可运行、可交互的程序作品。素养层面，它旨在锤炼学生的逻辑严谨性（精准控制循环条件与跳出点）、系统性思维（统筹内外循环与跳出机制的关系）以及创新性解决问题（设计多样化的游戏交互逻辑）的能力，为后续学习函数、面向对象等更高级编程概念奠定坚实的思维基础。

教学对象为七年级下学期的学生，他们已初步掌握Scratch或类似图形化编程环境的基本操作，理解了顺序、分支及简单循环结构的概念，能够编写实现单一功能的脚本。然而，学生的认知水平存在分化：大部分学生能模仿范例，但在自主设计和调试复杂逻辑时易出现混乱；少部分学生则可能对嵌套循环的执行顺序、循环变量的变化等抽象概念感到困难。“跳出循环”作为一个新的控制概念，可能与学生初步建立的“循环必须完成固定次数”的前概念产生冲突，这是需要重点澄清的认知节点。基于此，教学将设计多层次、可观测的探究任务，如通过“单步执行”可视化跟踪程序流、填写流程图学习单等，动态评估学生对嵌套层次和跳出条件的理解。针对学情差异，将提供从“填空补全代码”到“自主设计新关卡”的弹性任务链，并为有困难的学生准备“思维可视化助手”（如用不同颜色积木代表不同循环层）和同伴协作支持，为学有余力者预留“扩展变量应用”等探究空间，确保每位学生都能在“最近发展区”内获得成功体验。二、教学目标

知识目标方面，学生将系统建构关于复杂程序控制的双重认知框架：其一，能清晰阐述循环嵌套的执行机制，准确说出“外层循环执行一次，内层循环需完整执行一遍”的规律，并能辨析重复执行、重复执行直到与跳出循环在逻辑控制上的区别与联系。其二，能够理解并应用停止全部脚本、停止该角色的其他脚本等广播控制指令，实现对多线程或复杂事件流程的综合管理。

能力目标聚焦于计算思维的具体表现。学生将能够面对类似“弹力球游戏”的互动情境，通过分解，将游戏需求（如小球持续运动、碰到边缘反弹、接到球加分、掉落则游戏结束）转化为独立的程序模块；通过模式识别，选用合适的循环与条件判断结构进行建模；最终，能够独立或协作完成一个包含嵌套循环和流程控制跳转的、功能完整的程序作品，并具备初步的程序调试与优化能力。

情感态度与价值观目标，期望学生在攻克程序逻辑难题的过程中，体验从挫折到成功的心理历程，逐步培养耐心、细致与坚韧的品格。在小组协作调试代码时，能主动分享思路、倾听他人见解，形成乐于互助、共同成长的团队氛围，并在此过程中建立起对信息技术创造性与严谨性双重特质的初步认同。

科学（学科）思维目标旨在深化算法思维与系统思维。学生需经历“分析问题设计算法翻译代码测试修正”的完整探究循环，学习用流程图等工具梳理复杂逻辑关系。重点发展其系统性思考能力，即在设计时能统筹考虑程序各部分的相互影响（如一个循环变量的改变如何影响整体），养成“谋定而后动”的编程习惯。

评价与元认知目标关注学生的反思性学习能力。引导学生在完成作品后，依据清晰量规（如功能完整性、逻辑清晰度、代码简洁性）进行自评与互评。鼓励学生回顾调试过程，思考“我最常犯的逻辑错误是什么？”“用什么方法能更快找到bug？”，从而提炼出个性化的、高效的问题解决策略，实现从“学会”到“会学”的跨越。三、教学重点与难点

教学重点确立为“循环嵌套结构的逻辑理解与正确构建”以及“在特定条件下使用‘跳出循环’控制程序流程”。其依据在于，循环嵌套是处理多维数据（如矩阵）、模拟复杂现象（如物理运动）的算法基石，是课程标准中要求掌握的核心编程概念，也是学生能否实现从简单脚本编写到复杂程序设计跃迁的关键能力标志。在各类信息素养评价中，读懂和编写含嵌套结构的代码是高频考点，直接考查学生的逻辑分层与抽象建模能力。

教学难点在于“学生理解循环嵌套的执行顺序与变量作用域，并能在调试中准确定位逻辑错误”。难点成因主要有二：一是其高度抽象性，程序执行流程不可见，学生容易在脑海中混淆内外循环的层次；二是动态性，循环变量在嵌套结构中的变化比单层循环更复杂，容易导致条件判断失误。这常表现为学生编写的程序陷入死循环，或逻辑结果与预期不符却不知从何查起。预设突破方向是采用“可视化步进调试”、“实物类比”（如用时钟的时针、分针比喻内外循环）和“流程图辅助”等多重策略，将抽象逻辑具象化。四、教学准备清单1.教师准备

1.1媒体与教具：交互式多媒体课件，内含“弹力球”游戏原型、分步动画演示嵌套循环执行流程、典型错误案例集。Scratch3.0或同类图形化编程平台，确保网络畅通。

1.2学习材料：分层学习任务单（含基础代码填空页、进阶流程图绘制页、挑战关卡设计卡）；课堂练习与评价量规表；微视频资源（关键操作回顾）。2.学生准备

2.1知识回顾：复习循环结构与条件判断语句的基本用法。

2.2环境准备：熟悉机房电脑操作，提前登录编程平台。3.环境布置

3.1座位安排：采用便于小组讨论的岛屿式布局。

3.2板书记划：预留黑板/白板区域，用于绘制核心概念图与学生问题收集。五、教学过程第一、导入环节

1.情境激趣与问题提出：“同学们，今天我们先来玩一个小游戏。”（教师展示已完成的“巧接弹力球”游戏：小球在区域内随机反弹，下方挡板由鼠标控制左右移动接球，接到加分，未接到游戏结束。）“大家玩一玩，看看谁能坚持最久？好，停！在玩的时候，有没有同学思考过，这个游戏背后藏着哪些我们学过的编程秘密呢？”（学生可能回答：重复执行、如果…那么…判断。）

1.1.聚焦核心挑战：“大家说得都对，这些都是基础。但老师现在要增加难度了——如果我们想让小球不是一直弹，而是在被接到10次后，自动加速；或者，当分数达到100分时，游戏不是停止，而是切换到更炫酷的第二关卡。这些‘高级’效果，用我们原来的简单循环还能轻松实现吗？”（学生面露困惑或思考状。）“看，这就是我们今天要挑战的‘弹力奇缘’！我们需要请出两位新的编程伙伴：‘复杂循环结构’和‘跳出循环’。它们能让我们的程序逻辑变得更强大、更聪明！”

1.2.明确学习路径：“这节课，我们将化身游戏设计师。首先，拆解游戏，看看复杂循环怎么搭建骨架；然后，学习如何让程序在关键时刻‘跳’出常规，实现惊喜效果；最后，创造属于你自己的特色关卡。准备好了吗？让我们开启这次编程思维探险！”第二、新授环节任务一：解构游戏——发现“循环中的循环”

教师活动：首先，引导学生将游戏分解为几个持续运行的核心部分（“小球永远在动”、“挡板随时听令”）。提问：“如果用一个重复执行包裹小球移动反弹的代码，再用另一个重复执行包裹挡板跟随鼠标的代码，两个角色能协调工作吗？”（学生会发现可以，因为Scratch是多线程的。）接着，抛出深化问题：“那么，小球‘永不停止’的反弹运动本身，是不是一个更细的重复过程呢？比如，每一次‘移动碰到边缘就反弹’其实就是一个微小的循环？”通过课件动画，慢动作演示小球一次反弹过程中包含的“移动判断改变方向”的微观循环。引导学生思考：“所以，一个大的‘重复执行’里面，可能包含着一套小的、重复的‘动作判断’组合。这就像我们每天上学（外层循环），而每天都要重复上好几节课（内层循环）一样。”

学生活动：观察教师演示，尝试口头描述小球运动的微观步骤。通过对比单个重复执行和动画演示的微观步骤，感知“循环内套有更精细控制逻辑”的概念。在任务单上画出小球一次反弹过程的简单步骤图。

即时评价标准：1.能否准确说出游戏中至少两个需要持续运行的部分。2.能否类比生活实例，初步理解“事情本身包含重复子过程”的概念。3.绘制的步骤图是否包含“移动”和“判断”两个基本环节。

形成知识、思维、方法清单：★复杂循环结构初感知：复杂循环并非指一个复杂的循环指令，而是指为解决复杂问题，将循环结构与其他结构（包括另一层循环）进行组合嵌套的程序逻辑。▲问题分解思维：面对复杂动画或交互，首先将其分解为多个独立又关联的“持续过程”，这是设计程序的第一步。▲并行与并发概念萌芽：在Scratch中，不同角色的脚本可以同时运行（并行），这是实现多个持续过程的基础，为理解更复杂的程序运行方式埋下种子。任务二：可视化认知——理解嵌套循环的执行流

教师活动：构建一个更典型、更易观察的嵌套循环实例。例如，用画笔角色绘制一个由行和列组成的点阵。讲解并演示代码：外层循环控制“行数”（重复3次），内层循环控制“每行画5个点”。在演示时，采用“单步执行”模式，或用两个实物（如大小不同的齿轮）模拟内外循环，让学生直观看到“外层动一格，内层转一圈”的现象。关键提问：“现在，请两位同学上来，一位扮演‘外循环’，一位扮演‘内循环’，用动作演示一下画第一行三个点的过程。其他同学仔细看，他们谁的‘工作’先完成？”通过角色扮演，固化执行顺序认知。

学生活动：观看点阵绘制过程，重点关注画笔的行走路径。参与或观察角色扮演活动，大声说出“现在执行第几行第几个点”。在任务单上填写一个简单的双层嵌套循环执行顺序表格（如：外循环i=1时，内循环j=1,2,3,4,5；然后i=2…）。

即时评价标准：1.在角色扮演中，能否正确体现内外循环的从属关系和执行顺序。2.填写的表格是否能准确反映嵌套循环中变量变化的完整序列。3.能否用自己的话解释“外层循环执行一次，内层循环要执行完整一轮”。

形成知识、思维、方法清单：★循环嵌套的核心规则：程序执行时，先进入外层循环，然后立即执行其内部的整个内层循环，内层循环全部执行完毕后，外层循环才进行下一次迭代。★循环变量：内外循环通常使用不同的变量（如i和j）进行控制，它们独立变化，共同决定程序状态。▲思维可视化工具：对于抽象逻辑，利用表格追踪变量变化、单步调试、实物模拟或流程图，是理解其运行机制的有效“脚手架”。任务三：关键一跃——为何及何时“跳出循环”

教师活动：回到游戏情境，提出新需求：“我们不想让小球永远弹下去了。如果小球没有被接住，掉落到屏幕底部，游戏就应该立刻结束，停止所有动作。”让学生先用已有知识尝试解决（可能会想到在循环内用如果…那么…停止全部脚本）。教师肯定其思路，并引出新指令：“停止全部脚本是一种强力的‘跳出’。但有时候，我们只想跳出当前的循环，而不停止其他角色的脚本，或者只想跳出某一层循环，该怎么办呢？”介绍重复执行直到和跳出循环积木。通过对比实验：在一个寻找特定数字的游戏中，分别用重复执行10次（即使找到也继续找完）和重复执行直到找到数字（找到就停），让学生感受“条件满足时提前结束循环”的必要性和灵活性。

学生活动：对比两种实现游戏结束逻辑的方法，讨论其区别。在教师引导下，在编程平台中尝试重复执行直到和跳出循环积木，观察其效果。思考并回答：“‘跳出循环’和‘停止全部脚本’，哪个更‘温柔’？更精确？”

即时评价标准：1.能否区分“循环自然结束”和“条件满足提前跳出”两种情形。2.能否根据情境需求（是停止所有还是停止部分），选择合适的流程控制指令。3.操作时，能否将跳出循环积木正确放置在循环体内的条件判断分支中。

形成知识、思维、方法清单：★跳出循环的本质：它提供了一种基于条件的、非固定次数的循环退出机制，增加了程序控制的灵活性。★重复执行直到与跳出循环的辨析：重复执行直到是将退出条件直接写在循环开始，先判断后执行；跳出循环通常用于循环体内部，在满足某个条件时立即中断。两者都是实现条件跳出的方式，适用于不同场景。▲程序健壮性思考：考虑程序的边界条件和异常情况（如“小球掉落”），并设计相应的退出机制，是编写可靠程序的重要思维习惯。任务四：实战搭建——“巧接弹力球”核心逻辑实现

教师活动：发放分层任务卡。基础层：提供带有空缺的代码框架，学生需根据注释提示，补全小球持续运动（嵌套在重复执行内的移动碰到边缘反弹）以及游戏结束判断（如果小球y坐标<某个值那么停止全部脚本）的代码。综合层：提供完整需求描述，学生独立搭建小球运动、挡板控制和游戏结束逻辑。挑战层：在综合层基础上，增加“接到10次后加速”或“生命值系统”（多次掉落才结束）功能，这需要引入变量并可能使用更复杂的跳出条件。教师巡视，针对共性问题（如坐标判断条件写反、跳出循环放错位置）进行小组或全班提示。&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;学生活动：根据自身水平选择任务层级，动手搭建程序。基础层学生可参考教材范例和教师提供的代码片段；综合层和挑战层学生鼓励先画简易流程图再编码。遇到问题时，优先查看任务卡提示，或与同组同学轻声讨论。完成后运行测试，观察是否达到预期效果。&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;即时评价标准：1.代码结构是否清晰，嵌套关系是否正确。2.游戏结束的条件判断逻辑是否准确、有效。3.在遇到bug时，能否利用“单步执行”或“提问求助”等策略尝试解决，而非直接放弃。4.（挑战层）新增功能是否实现，且不影响原有核心逻辑。&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;形成知识、思维、方法清单：★综合应用模式：一个交互式动画/游戏程序=角色初始化+(循环结构(核心动作逻辑+条件判断(分支或跳出)))。▲调试策略：当程序行为不符合预期时，应①检查条件表达式是否正确；②确认跳出循环`等控制积木是否放在了正确的作用域内；③使用“说”积木或观察变量监控器，输出关键值进行逻辑追踪。▲变量与循环的协同：变量（如分数、速度、生命值）的动态变化，常常作为循环继续或跳出的关键判断依据，它们是让程序“活”起来的数据灵魂。任务五：迭代与分享——让游戏更具个性

教师活动：邀请12位已完成核心功能的学生展示作品，并引导全班从“功能实现”和“代码逻辑”两个角度进行点评。提出开放性问题：“你的游戏还有什么可以改进或创新的地方？比如，改变反弹规则？增加多种小球？设计一个通关胜利的条件？”鼓励学生进行微型创新，时间允许可立即尝试，或作为课后延伸思考。

学生活动：展示者简要介绍自己的实现思路和亮点。其他学生观看并思考，提出友好建议或疑问。全体学生根据教师的提问，构思自己游戏的优化方向，并与同桌简单交流想法。

即时评价标准：1.展示时能否清晰解释自己的程序逻辑，特别是循环和跳出部分的设计。2.作为听众，能否提出有建设性的意见或问题。3.构思的优化方向是否体现出对所学知识的创造性应用。

形成知识、思维、方法清单：★程序设计迭代观：程序开发很少一蹴而就，通常需要“实现基础功能测试发现问题优化改进”的多次迭代。▲评价的多元视角：评价一个程序作品，不仅要看它“能不能运行”，还要看其“逻辑是否清晰优雅”、“是否有创新点”。▲计算思维与创造力的结合：严谨的逻辑思维（计算思维）是基础，在此之上发挥想象力进行创造，是信息技术学科魅力的重要体现。第三、当堂巩固训练

设计三层巩固任务，学生可根据课堂掌握情况选做12项：

基础层（全体必做）：调试与分析。提供一个有bug的“弹力球”程序（例如，跳出循环被错误地放在了一个永远不会被执行的分支里，导致游戏无法结束）。要求学生找出错误并修正，简述错误原因。“大家化身小侦探，看看这个‘顽固’的游戏为什么停不下来？”

综合层（鼓励完成）：情境迁移。设计新情境：“模拟一个扫地机器人清扫方格房间（用画笔表示轨迹），要求清扫完所有指定方格（如10个）后自动停止。”学生需设计算法（可画流程图）并尝试编码。这需要综合运用循环嵌套（遍历行和列）和条件跳出（计数达到10即停）。“看看谁能设计出最‘聪明’的扫地机器人工作逻辑？”

挑战层（学有余力选做）：开放探究。思考：在“弹力球”游戏中，如果要实现“暂停/继续”功能，该如何设计程序逻辑？这涉及对循环状态更复杂的控制。“这是个有难度的挑战，思维需要再跳一级台阶，感兴趣的同学可以课后研究。”

反馈机制：学生完成后，通过机房教学系统提交截图或文件。教师选取具有代表性的正例（清晰）和反例（典型错误）进行投屏讲评。组织同桌或小组内进行作品互评，参照评价量规表（涵盖功能、逻辑、创新等维度）给出简评和一颗“学习星”。教师巡视，对个别学生进行面对面指导。第四、课堂小结

知识整合：引导学生共同回顾并板书今天探索的核心概念脉络：从“复杂问题分解”出发，到理解“循环嵌套”的精密齿轮式运转逻辑，再到掌握“跳出循环”这一灵活的方向盘。“请大家闭上眼睛，在脑子里像放电影一样，过一遍我们从小游戏到搭建出它‘大脑’的整个过程。”鼓励学生用思维导图快速梳理关键词。

方法提炼：提问：“今天我们用了哪些‘法宝’来理解抽象的逻辑？”总结出：分解问题、可视化跟踪（单步执行/表格/流程图）、类比生活、动手实践、调试迭代。

作业布置与延伸：公布分层作业（详见第六部分）。预告下节课内容：“今天我们让程序学会了‘跳出来’，下次课，我们将学习让程序‘分头行动’——广播与消息机制，它能实现更酷的多个角色之间的互动！”“带着今天对流程控制的理解，我们下节课去探索程序世界里的‘通信秘密’。”六、作业设计

基础性作业（必做）：1.完善课堂上的“巧接弹力球”程序，确保核心功能运行无误。2.书面回答：简述循环嵌套中，外层循环变量与内层循环变量的变化关系。3.列举两个生活中类似“嵌套循环”或需要“条件跳出”的例子。

拓展性作业（建议大多数学生完成）：选择一个完成：1.（应用型）为你的弹力球游戏增加一个“得分显示”功能，并设置当得分超过50分时，弹出“恭喜通关！”的提示后结束游戏。2.（分析型）上网或观察身边的电子设备（如电梯运行、微波炉工作），尝试用“循环”和“条件跳出”的思路描述其工作过程的某一个片段。

探究性/创造性作业（选做）：设计并尝试制作一个全新的微型互动场景，要求必须包含至少一重循环嵌套和一个使用跳出循环或重复执行直到的逻辑。主题自定（如“青蛙过河”、“简易打地鼠”）。完成后，撰写一份简短的设计说明，解释你的程序结构。七、本节知识清单及拓展

1.★复杂循环结构：指为处理具有多重重复性或维度的问题，将循环语句与其他程序结构（包括另一循环结构）组合使用而形成的程序逻辑。它不是单一的指令，而是一种逻辑设计模式。

2.★循环嵌套：一种最常见的复杂循环结构，指在一个循环体内部包含另一个完整的循环。执行时遵循“外循环进一次，内循环走完一圈”的规则，常用于遍历二维数据（如表格、矩阵）。

3.★嵌套循环的执行流程图：理解此图是掌握嵌套的关键。通常用两个嵌套的流程图框表示，内层循环的完整流程被包含在外层循环的一次执行框内。

4.★循环变量：在重复执行次数的循环中，用于控制循环次数的变量。嵌套循环中，内外层应使用不同的循环变量（惯用i,j,k），它们独立计数，互不干扰。

5.★跳出循环：一种流程控制指令，用于在循环体内部，当某个特定条件满足时，立即终止当前所在循环的执行，跳转到该循环之后的第一条语句继续执行。

6.★重复执行直到：一种循环结构，其执行特点是“先判断，后循环”。只要直到后面的条件不满足，就重复执行循环体；一旦条件满足，则退出循环。它本身就是一种带退出条件的循环。

7.★停止全部脚本vs跳出循环：停止全部脚本是全局性强制停止，结束所有角色所有脚本的执行。跳出循环是局部性精确控制，只结束当前正在执行的这一个循环，不影响循环体外及其他脚本的运行。后者控制更精细。

8.▲死循环：指无法通过自身条件结束的循环（如重复执行中没有退出机制，或退出条件永远无法满足）。在程序设计中通常需要避免，但某些需要一直运行的服务程序（如服务器监听）除外。

9.▲循环控制结构的多样性：除了重复执行、重复执行直到，高级语言中还有for循环、while循环、do…while循环等，其本质思想相通，都是控制代码块重复执行。

10.▲条件判断与循环的结合：循环结构经常与分支结构（如果…那么…）结合使用，以实现“在重复过程中根据不同情况采取不同行动”或“根据情况决定是否跳出”的复杂逻辑。

11.▲应用场景：遍历与搜索：循环嵌套是“遍历”（逐一访问）二维区域的经典算法，如棋盘、像素图像处理。结合条件跳出，可实现“搜索”，在找到目标后立即停止遍历，提升效率。

12.▲调试技巧：单步执行与输出中间值：对于复杂的循环逻辑，利用编程工具的“单步执行”功能一步步跟踪，或在循环内插入“说”/“打印”指令输出关键变量的值，是定位逻辑错误最有效的方法之一。

13.▲算法效率初步：思考：一个循环10次内嵌循环10次的程序，内部语句总共执行了多少次？（100次）。理解循环嵌套的层数和次数对程序运行时间的影响，是未来学习算法复杂度分析的起点。

14.▲从图形化到文本化编程的思维衔接：在Scratch中拖拽的循环和跳出积木，其对应的就是文本编程语言（如Python）中的for/while和break语句。理解前者的逻辑，能为过渡到后者打下坚实的思维基础。

15.▲计算思维之“模式识别”：识别出问题中存在的重复模式（如弹力球每次移动、扫地机器人清扫每个方格），是决定是否以及如何使用循环结构的前提。八、教学反思

（一）目标达成度分析：从当堂巩固训练的完成情况和学生作品来看，“理解循环嵌套执行顺序”这一核心知识目标达成度较高，约85%的学生能通过填表或修正错误程序来证明其理解。然而，“灵活应用跳出循环解决新问题”的能力目标，在综合层和挑战层任务中表现分化明显，约60%的学生能迁移应用，其余学生仍停留在模仿层面。情感目标方面，课堂观察显示，学生在攻克调试难题和分享作品时表现出较强的投入感和成就感，小组间的轻声讨论氛围良好，初步达成了协作与坚韧品格的培养意图。

（二）环节有效性评估：导入环节的游戏激趣和认知冲突设置成功吸引了学生注意力，提出的“高级效果”问题有效锚定了本课价值。新授环节中，任务二（可视化认