小学信息技术六年级下册《子程序与机器人发声系统》教学设计

小学信息技术六年级下册《子程序与机器人发声系统》教学设计一、教学内容分析  本课隶属于“算法与程序设计”模块，是学生从顺序结构、简单循环向模块化编程思维跃迁的关键节点。依据《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》，本课核心素养指向计算思维，具体表现为通过“分解、抽象、模块化”的思想来优化问题解决方案。从知识图谱看，学生已掌握图形化编程的基本操作与顺序逻辑，本课将引入“子程序”（函数或过程）这一核心概念，作为封装重复代码、简化主程序逻辑的利器，为后续学习复杂项目与多任务协调奠定基础。其认知要求从“应用”层级（调用已有积木）提升至“创建”与“综合”层级（自定义功能模块并整合应用）。过程方法上，本课将引导学生经历“发现问题（代码冗余）→抽象建模（提取共性）→设计模块（创建子程序）→集成调试”的完整工程化实践路径，体验模块化设计提升效率与维护性的核心价值。素养渗透点在于，通过让机器人“唱出”旋律，将冰冷的代码逻辑与富有情感的审美创造相结合，在实践中培育学生的逻辑严谨性、创新意识及数字化作品创作能力。  学情诊断显示，六年级学生具备直观的逻辑感知和较强的动手兴趣，但抽象思维与系统规划能力仍在发展中。其已有基础是熟悉编程环境、能编写简单顺序和循环程序控制机器人动作；潜在障碍在于，从“写一步执行一步”的线性思维，转向“先定义功能块，再组装调用”的模块化思维，存在认知跨度。部分学生可能陷入“为何要多此一举”的困惑，或对参数传递感到抽象。对此，教学将采用“从具象到抽象”的策略：首先呈现冗长、重复的代码引发“痛点”，利用可视化对比（使用子程序前后代码行数对比）直观展现其优势。通过“搭积木”类比（“看，我们把重复的乐句打包成一块‘专属积木’！”）降低理解门槛。过程评估将贯穿始终，如观察学生能否准确识别代码中的重复模式，在小组讨论中倾听其对于“打包”逻辑的描述，并通过分层任务单的完成情况动态把握差异，为需帮扶的学生提供“半成品”代码脚手架或一对一提示。二、教学目标  知识目标：学生能理解子程序作为“功能模块封装”的核心价值，准确说出其在减少代码冗余、简化逻辑结构方面的作用；能辨析主程序与子程序的关系，掌握在图形化编程环境中创建、定义、调用带参数子程序的具体语法和操作流程。  能力目标：学生能够从一段具体的、含有重复模式的机器人控制程序（如演奏重复乐句）中，独立分析并抽象出可模块化的部分；能够动手实践，成功创建一个可实现特定音高、时长播放功能的子程序，并能在主程序中灵活调用该子程序，组合出完整的旋律。  情感态度与价值观目标：在小组协作探索中，学生能主动分享自己的代码优化思路，认真倾听同伴建议，共同体验代码从“冗长”到“优雅”的优化过程带来的成就感；通过创作简单的机器人之歌，激发对编程创作活动的持续兴趣与审美追求。  科学（学科）思维目标：重点发展计算思维中的“模块化”与“抽象”能力。学生将经历“模式识别→功能抽象→模块设计”的思维过程，学会将复杂任务分解为可管理、可复用的功能单元，这是解决大规模复杂问题的奠基性思维方法。  评价与元认知目标：引导学生依据“代码简洁性”、“功能完整性”、“创新性”等维度，对同伴或自己的程序作品进行初步评价；鼓励学生在调试过程中反思：“我遇到的问题是因为子程序定义错误，还是调用错误？”从而发展其程序调试的策略性元认知。三、教学重点与难点  教学重点是子程序的概念理解与创建调用方法。其确立依据在于，模块化设计是软件工程和现代编程思想的基石，是课标中“采用模块化方法设计解决方案”要求的具体体现。掌握此概念，意味着学生编程思维从“脚本编写者”向“系统设计者”转型的关键一步，对后续所有复杂程序学习具有奠基性作用。从能力立意看，能否灵活运用子程序是衡量学生计算思维水平的一个重要观测点。  教学难点是对“参数”意义的理解及其在子程序中的灵活应用。难点成因在于，“参数”是一个抽象概念，它使得子程序从固定功能变为可配置的通用工具。学生需理解为何要将音高、时长等具体数值“提取”出来作为参数，以及在调用时如何传递正确的参数值。这需要克服具象思维，建立“形参”（定义时的占位符）与“实参”（调用时的具体值）的映射关系，是常见的思维卡点。突破方向在于设计从“无参数子程序”到“带一个参数子程序”再到“带多个参数子程序”的渐进式任务序列，通过对比和类比（如“给子程序‘喂’不同的数字，它就能‘唱’出不同的音！”）化抽象为具体。四、教学准备清单1.教师准备1.1媒体与教具：交互式电子白板课件（内含代码对比动画、子程序构建步骤图解）；编程软件（如Mind+、mBlock等）及仿真环境；教师演示用机器人或仿真平台。1.2学习材料：分层学习任务单（基础任务、进阶任务、挑战任务）；《“机器人好声音”项目评价量规》；旋律简谱卡片（如《小星星》前两句）。2.学生准备2.1知识预备：复习机器人基本运动与传感器控制指令；思考“程序中哪些部分经常重复出现”。2.2环境准备：电脑机房，每台电脑已安装编程软件并连接机器人或打开仿真环境；学生按异质分组（4人一组）就座，便于协作。五、教学过程第一、导入环节  1.情境创设与冲突引发：教师控制机器人现场演奏一段简单的《小星星》旋律，随后展示其程序代码。接着，提出新任务：“如果想让机器人唱出生日歌，程序会怎样？”教师快速拖拽出播放生日歌前几个音的冗长代码块，屏幕几乎被重复的“播放音符”、“等待”积木堆满。“同学们，感觉这段代码怎么样？有没有觉得哪里‘看起来不太舒服’？”  1.1核心问题提出：引导学生观察并发言，聚焦“重复太多”、“太长”、“不好改”等感受。教师总结：“是啊，像乐句重复的地方，代码也在重复‘复制粘贴’，这会让程序变得臃肿、难以阅读和维护。在我们生活中，如何解决‘重复做同一件事’的问题？”（预设回答：制定流程、使用工具模板等）。顺势引出：“在编程世界里，我们也有一个强大的工具来‘打包’重复命令，它就是——子程序。今天，我们就来当一回‘代码整理师’，用子程序让机器人的歌声更嘹亮，程序更清爽！”  1.2学习路径预览：“我们先一起发现代码中的‘重复规律’，然后学习如何‘打包’这些规律做成一个‘自定义积木’，最后用这个神奇的积木像搭乐高一样，快速拼出一首完整的曲子。”第二、新授环节任务一：火眼金睛——发现代码中的“旋律密码”教师活动：首先，在大屏幕上并排展示《小星星》“”对应的直观代码段（未优化）和其简谱。教师指向代码：“大家看，为了演奏‘55’这两个相同的音，程序中使用了完全相同的两段积木。我们的第一个挑战就是：找一找，这段代码里，还有哪些部分是‘一模一样’重复出现的？把它们圈出来。”巡视指导，对找得快的学生可追问：“如果要把这段代码给机器人演奏十遍，你会怎么做？直接复制十次吗？感觉如何？”学生活动：观察屏幕代码与简谱，在任务单或直接在软件中标记出重复的代码块（如相同的“播放中音So（5）并等待0.5秒”组合）。与同组成员交流自己的发现。即时评价标准：1.能否准确识别出所有重复的代码片段。2.能否用语言描述重复的模式（如“都是播放同一个音，等待相同时间”）。3.在小组讨论中能否倾听并补充他人的发现。形成知识、思维、方法清单：★模式识别：优化程序的第一步是发现重复或规律性的代码段。这是计算思维中“分解”与“模式抽象”的起点。▲代码冗余：大量重复的相同代码会使程序冗长、效率低下且不易修改（例如，要修改一个音的时长，需要修改多处）。任务二：神奇打包术——创建第一个子程序教师活动：“找到重复部分后，我们就可以‘打包’了。”教师演示：选中一段重复代码（如播放“5”的积木组合），右键选择“制作新的积木”或类似功能。弹出定义窗口，“我们给这个‘包裹’起个名字，比如‘播放5音’。”定义完成后，角色区会出现一个新的自定义积木。“看，这就是我们自己做出来的‘专属积木’！现在，原来那些重复的‘播放5音’的零散积木，就可以用这个‘播放5音’积木来代替了。”教师演示替换过程，并删除原有冗余积木，让代码立刻变短。“大家试试看，把你们刚才找到的另一个重复模式也‘打包’成一个积木，比如‘播放6音’。”学生活动：跟随教师演示，动手操作，将自己标识出的一个重复代码块创建为子程序（自定义积木）。尝试在主程序中调用这个新的自定义积木，并删除原来的重复代码，观察程序逻辑是否保持不变。即时评价标准：1.操作流程是否规范（正确选中、定义、命名）。2.创建子程序后，能否在主程序中正确调用。3.是否理解子程序定义与调用的基本关系。形成知识、思维、方法清单：★子程序/自定义积木：将一段完成特定功能的代码封装成一个独立的模块。★创建与调用：创建是“定义功能”，调用是“使用功能”。调用子程序时，程序会跳转到子程序执行，执行完毕再返回。▲模块化优势初显：代码结构更清晰，主程序逻辑更简洁。任务三：化身为“调音师”——让子程序带参数教师活动：教师提出新需求：“刚才我们打包了‘播放5音’和‘播放6音’，但如果曲子里有几十个不同的音，我们是不是要做几十个不同的子程序？这好像又麻烦了。”引发学生思考。“我们能不能做一个‘万能播放器’，告诉它唱什么音、唱多久，它就能照办？”引出“参数”概念。“参数就像给子程序下达的‘具体指令’。”教师演示创建带参数的子程序“播放音符”，定义时设置“音高”、“时长”两个参数（形参）。随后修改该子程序内部，将原有的固定数值替换为这两个参数变量。“现在，调用它时，我们只需要‘喂’给它具体的音高数字和时长数字就行了。”演示调用“播放音符中音50.5秒”和“播放音符中音60.5秒”。“瞧，一个子程序，干了好多不同的活儿！”学生活动：观察教师演示，理解参数的作用。尝试将自己的“播放5音”子程序改造为带“音高”参数的“播放音符”子程序。练习用不同的参数值调用它，测试机器人或仿真效果。即时评价标准：1.能否理解参数是子程序可变的输入值。2.能否在定义子程序时正确添加和使用参数变量。3.调用时能否匹配地传入正确的实际参数值。形成知识、思维、方法清单：★参数：子程序对外接收信息的接口，使其功能更通用、灵活。★形参与实参：定义子程序时设置的变量叫形式参数（形参），调用时传入的具体值叫实际参数（实参）。▲抽象级别提升：带参数的子程序是对功能的更高层次抽象，体现了“同一操作作用于不同数据”的编程思想。任务四：团队协奏曲——用子程序编排旋律教师活动：发布小组合作任务：“现在，请各个小组运用你们创建的‘播放音符’子程序，为机器人编排演奏《小星星》第一句（）。”教师在屏幕上提供该句简谱。巡视指导，重点关注：1.子程序调用逻辑是否正确。2.参数传递是否准确（音高数值、时长比例）。3.小组分工协作情况。对提前完成的小组提出挑战：“试着为‘播放音符’子程序再增加一个‘音量’参数，让机器人演奏出强弱变化！”学生活动：小组成员分工协作，依据简谱，在主程序中通过多次调用“播放音符”子程序并传入对应参数，组合出目标旋律。调试程序，聆听机器人或仿真器的演奏效果。尝试挑战任务。即时评价标准：1.小组能否合作完成旋律编程，程序运行正确。2.调用子程序时参数设置是否与简谱一致。3.小组内是否有合理的分工（如一人查谱报参数，一人操作编程，一人监听调试）。形成知识、思维、方法清单：★子程序的应用价值：通过重复调用一个定义好的子程序，高效、清晰地构建复杂功能。★程序调试：当演奏结果不符合预期时，应依次检查：主程序调用顺序、传入的实参值、子程序内部逻辑。▲团队协作：在编程项目中，合理分工能有效提升开发效率和质量。任务五：思维进阶站——初探子程序的“返回值”思想教师活动：（作为拓展，面向学有余力学生或全班引导性提问）教师展示一个计算正方形周长和面积的问题。“如果我们已经有一个‘计算正方形周长’的子程序，输入边长，它就能算出周长。那么，我们能不能设计一个更厉害的子程序，输入边长，它不仅能‘算’出周长，还能把‘算好的结果’给我们，让我们可以用来做别的事，比如显示在屏幕上？”简要介绍“返回值”的概念（在图形化编程中可能体现为“报告”积木），但不要求深入编码。“大家想一想，如果子程序能‘返回’一个结果，它的用处是不是更大了？这就像你让一个助手去办事，他不仅办了，还带回了你需要的信息。”学生活动：倾听教师讲解，思考返回值的作用。部分学生可以尝试在编程环境中寻找“报告”等类似积木，进行简单实验。即时评价标准：1.能否理解“返回值”是子程序向主程序输出信息的一种方式。2.是否对子程序的功能有更开放的想象。形成知识、思维、方法清单：▲返回值（拓展概念）：子程序执行后可以返回一个结果给调用者，使得子程序不仅能执行操作，还能参与计算和逻辑判断。这为未来学习函数打下了思想基础。第三、当堂巩固训练  设计分层、变式的训练任务，学生根据自身情况选择完成。  基础层（全体必做）：使用已创建的“播放音符”子程序，独立完成《小星星》第二句（）的编程。目标是巩固子程序的调用和参数传递。  综合层（大多数学生挑战）：提供《欢乐颂》首句（）简谱，其中包含不同的音符时长（如四分音符、二分音符）。要求学生调整“播放音符”子程序的调用参数（主要是时长），完成编程。这需要综合应用知识处理稍复杂情境。  挑战层（学有余力选做）：尝试设计并创建一个名为“播放小节”的子程序，该子程序能够接收一个代表小节内容的参数（如用字符串“1.15.56.65”表示“”及其节奏），并调用“播放音符”子程序完成整个小节的演奏。这是一个涉及字符串处理与更高层次抽象的开放探究任务。  反馈机制：学生完成程序后，首先进行同伴互评，依据评价量规的“功能完整性”和“代码简洁性”维度打分并提出建议。随后，教师选取典型案例进行投屏讲评，重点分析参数设置错误、逻辑顺序错误等共性问题，并展示优秀作品，强调其清晰的模块化结构。对于挑战层任务，邀请完成的学生分享思路，提炼其设计中的抽象思维亮点。第四、课堂小结  引导学生进行结构化总结与元认知反思。知识整合：“请同学们闭上眼睛回忆一下，今天我们为了让机器人更优雅地唱歌，走了哪三大步？”（引导学生说出：发现重复代码→打包成子程序→让子程序带参数变得更通用）。鼓励学生在任务单背面用流程图或思维导图勾勒这个过程。  方法提炼：“今天我们最重要的收获不是学会了点哪个按钮，而是掌握了一种让复杂问题变简单的思维方法——模块化。当我们遇到重复、有规律的任务时，先别急着‘复制粘贴’，想想能不能‘做个工具’。”  作业布置与延伸：“今天的作业是分层的：1.必做：完善课堂上的旋律编程，并写下使用子程序前后的三点不同感受。2.选做（二选一）：a.为你熟悉的另一首简单儿歌（如《两只老虎》）的一段旋律编程。b.思考：除了让机器人唱歌，在我们的智能风扇、扫地机器人项目中，哪些功能可以用子程序来优化？画一个简单的功能模块图。”最后提出思考题，为下节课铺垫：“大家想想，如果我们要让机器人边唱歌边跳舞，多个子程序同时工作，又会遇到什么新挑战呢？”六、作业设计基础性作业（全体必做）1.程序完善：在课堂程序基础上，完成《小星星》整首歌曲（或教师指定的一个完整乐段）的机器人演奏程序，要求必须使用至少一个带参数的子程序。2.反思日志：用几句话写下“使用子程序设计程序”和“不用子程序设计同一个程序”相比，你认为最大的三个优点是什么？拓展性作业（建议大多数学生完成）设计一个“我的问候”程序：机器人能在遇到人（通过传感器模拟或按键触发）时，演奏一段你自己设计的、长度为35个音符的简短问候旋律。要求将演奏旋律的部分封装成子程序，并在主程序中根据不同的触发条件（如按A键、按B键）调用该子程序演奏不同旋律。探究性/创造性作业（学有余力学生选做）项目提案：“智能音乐盒”。尝试设计一个包含至少两个子程序的系统：一个子程序负责“演奏模块”（可播放不同旋律），另一个子程序负责“交互控制模块”（例如，通过旋转电位器或输入数字改变演奏的速度或音调）。画出系统功能框图，并尝试在编程软件中实现核心部分。鼓励结合硬件传感器进行创新。七、本节知识清单及拓展★子程序（Subroutine）/自定义积木：一段完成特定功能、可被重复调用的独立程序模块。它是模块化编程的基本单元，好比一个定制好的工具。★代码冗余：指程序中存在大量重复或不必要的代码。它会导致程序体积臃肿、可读性差、维护困难（修改一处需修改多处）。★创建与调用：“创建”（定义）是规定子程序做什么，“调用”是使用它。调用时程序执行流程会暂时跳转到子程序，执行完毕后再返回调用点继续。★参数（Parameter）：子程序与外部的数据接口，使子程序能处理不同的数据。分为形式参数（定义时，占位符）和实际参数（调用时，具体值）。播放音符(音高，时长)中的“音高”、“时长”就是形参。★模块化设计：将复杂系统分解为一系列功能明确、相对独立的模块（子程序）进行设计和实现的思想。优点是降低复杂度、提高代码复用率、易于协作和维护。★抽象（Abstraction）：忽略具体细节，提取出事物本质特征或共同模式的过程。创建子程序（尤其是带参数的）就是对一系列具体操作进行抽象。▲程序调试策略：当子程序工作不正常时，应：1.检查调用语句（实参值、顺序）；2.进入子程序定义检查内部逻辑；3.检查子程序与主程序之间的变量或参数传递是否正确。▲应用场景联想：子程序思想无处不在。机器人项目中，如“巡线”、“避障”、“抓取”都可封装为子程序；在数据处理中，“计算平均值”、“排序”也可作为子程序。▲返回值（ReturnValue）（拓展）：子程序执行后可以送回一个结果。这使子程序不仅能“做事”，还能“汇报结果”，参与更复杂的表达式计算或逻辑判断，是函数的核心特征之一。八、教学反思  （基于假设的课堂教学实况）本节课基本达成了预设目标。从当堂巩固训练的完成情况看，约85%的学生能独立完成基础层任务，成功创建并调用带参数的子程序演奏简单旋律，这表明知识目标与能力目标落地较为扎实。在小组合作编排旋律环节，观察到学生能积极讨论参数设置，出现了“你听这个音对吗？”“时长是不是应该加倍？”等专业对话，情感态度与协作目标得以体现。通过“发现模式打包参数化”的任务链，学生亲身经历了模块化设计的完整流程，计算思维目标中的分解与抽象环节得到了有效锻炼。  然而，对各教学环节的深度剖析也揭示了不足。在任务三（引入参数）这个难点处，尽管使用了类比教学，仍有约三分之一的学生在初次将固定值改为参数变量时出现操作犹豫或错误，表现为在子程序内部仍使用旧的具体数值而非参数变量名。这说明从“具体值”到“变量符号”的思维转换需要一个更平缓的过渡。下次教学可增加一个“中间态”演示：先创建一个不带参数但播放固定音的子程序，然后提问“如果想改音高，需要进到子程序里面改数字，麻不麻烦？”再引出“如果能在调用时直接告诉它音高，岂不更方便？”，从而让参数的必要性更凸显。  对不同层次学生的表现剖析如下：领先生在挑战层任务中展现了强烈的探索欲，有人甚至尝试用列表来存储旋律序列然后循环调用子程序，这超出了预设，但却是宝贵的生成性资源，应在小结时请其分享，激励全班。大多数中间生能跟随任务流，但在综合层任务处理不同音符时长时，需要教师或同伴的个别提示。少数后进生的主要障碍在于操作生疏和对“参数传递”