初中信息技术九年级：编程实现“绕月飞行”

初中信息技术九年级：编程实现“绕月飞行”一、教学内容分析

本节课依据《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》，归属于“过程与控制”模块与“算法与程序设计”模块的交叉领域，旨在通过“绕月飞行”这一富有挑战性与时代感的项目式情境，引导学生深入理解“系统通过传感器感知环境、经过程序判断决策、最后执行器做出反应”这一核心逻辑。从知识技能图谱看，本节课承接了学生对顺序、循环结构的已有认知，重点引入了条件判断这一关键的程序控制结构，并将其与子程序（函数或过程）这一重要的代码复用与模块化思想相结合，是学生从编写简单脚本迈向设计复杂、结构化程序的关键阶梯。过程方法上，课程强调基于真实问题的“分析抽象建模实现调试”的完整工程化思维路径，要求学生能将复杂的“绕月”任务分解为“避障”、“姿态调整”等子问题，并运用子程序进行模块化实现。在素养价值层面，项目情境深度融合了我国航天科技成就，能有效激发学生的民族自豪感与科学探索精神，同时在程序调试与优化的反复实践中，培养其严谨求实、协作创新的信息社会责任与数字化学习能力。

从学情角度看，九年级学生已具备基本的图形化或简单代码编程经验，对程序顺序执行和循环有直观理解。然而，将现实世界的复杂问题（如飞船自主飞行）转化为清晰的条件判断逻辑链，是一个认知难点；初次接触子程序的抽象概念（输入、输出、封装）时，也容易产生困惑。常见的障碍在于，学生编写条件语句时容易逻辑覆盖不全，设计子程序时难以明确其功能边界。因此，教学需在生动情境中铺设扎实的认知阶梯。课堂中，将通过“任务拆解卡”、关键步骤的“流程图填空”等形成性评价工具，动态诊断学生从具象问题到抽象代码的转化能力。针对不同层次的学生，提供“代码片段提示卡”、“功能拓展挑战卡”等分层支持资源，确保基础夯实与思维拓展并行。二、教学目标

知识目标：学生能准确阐述传感器在程序中的作用是“输入信息”，理解条件判断语句（如果…那么…否则…）是实现程序智能决策的核心，并能说明子程序通过封装特定功能来实现代码复用与程序结构优化的价值，建构起“感知判断调用执行”的程序逻辑模型。

能力目标：学生能够针对“绕月飞行”中的避障、姿态维持等具体问题，独立设计包含多重条件判断的逻辑流程图；能够根据功能描述，正确定义并调用子程序，初步实践“自顶向下、逐步求精”的模块化程序设计方法，并完成程序的集成与调试。

情感态度与价值观目标：在模拟国家重大科技工程的项目实践中，学生能体验技术攻关的挑战与乐趣，增强对我国航天事业的认同感；在小组协作调试程序的过程中，培养耐心、细致的科学态度和主动分享、互帮互助的合作精神。

科学（学科）思维目标：重点发展学生的计算思维，特别是“分解”与“抽象”能力。能将复杂的飞行任务分解为独立可处理的子任务（如检测、调整），并将这些子任务抽象为具有明确输入输出的功能模块（子程序），最终通过“算法”进行集成控制。

评价与元认知目标：引导学生依据“逻辑完备性”、“代码简洁性”、“模块独立性”等量规，对本人及同伴的程序进行评价与优化建议；鼓励学生反思在调试过程中遇到的典型错误及其解决方法，归纳出条件判断和子程序应用的常见注意事项，形成初步的编程问题解决策略。三、教学重点与难点

教学重点：条件判断与子程序的综合应用。此为重点，源于其在建构智能控制系统中的枢纽地位。从课标看，这是实现“过程与控制”的核心逻辑构件；从能力立意看，它是将现实问题转化为程序算法的关键思维跳板，直接影响学生后续学习复杂算法与系统设计的能力基础。掌握二者，意味着学生真正理解了程序如何应对不确定性和管理复杂性。

教学难点：子程序的概念理解与模块化设计思想。难点成因在于其抽象性。学生需从以往线性的、一蹴而就的编程思维，转变为先规划“功能模块”再“组装”的工程化思维。常见困难包括：不明确何时该定义子程序、子程序功能划分不合理、参数传递理解不清。突破方向在于用“制造汽车先造零部件”的生活类比，以及通过“功能契约书”（明确输入、处理、输出）来降低抽象度。四、教学准备清单1.教师准备1.1媒体与教具：“绕月飞行”情境动画短片；教学课件（内含关键概念图解、流程图示例）；图形化编程平台（如Mind+、Kitten等）及预设好的“飞船”与“月球”场景角色。1.2学习支架材料：分层学习任务单（含基础任务、进阶挑战）；程序结构思维导图模板；子程序“功能契约卡”；常见调试问题“锦囊妙计”卡。2.学生准备2.1知识预热：复习顺序与循环结构；思考家用电器（如空调、扫地机器人）如何自动工作。2.2环境准备：确保编程软件运行正常，完成23人小组就座，便于协作讨论。五、教学过程第一、导入环节1.情境点燃：“同学们，让我们先看一段震撼的视频。”（播放嫦娥工程探测器绕月飞行的动画短片）“如此精妙的飞行，完全依靠地面指令吗？不，更多时候，它要自主应对复杂太空环境。”1.1问题驱动：“那么，飞船的‘大脑’——控制程序，如何才能做到自主呢？它需要什么来感知环境？感知到信息后又该如何决策？”（稍作停顿，让学生思考）引导学生说出“传感器”和“判断”。1.2揭示课题与路径：“今天，我们就化身航天工程师，为我们的‘飞船’编写智能程序，实现安全‘绕月飞行’！我们将请出两位编程‘高手’来帮忙：‘条件判断’和‘子程序’。这节课，我们就来学习如何让它们强强联手。”第二、新授环节任务一：分析任务，分解问题教师活动：展示“绕月飞行”的简化版任务要求：1.始终朝向月球；2.遇到障碍自动避开。提问引导：“这个任务复杂吗？我们能否一口气写出所有代码？通常工程师会怎么做？”引出“分解”思想。组织小组讨论，将大任务分解为几个小任务。教师巡视，听取小组汇报，并在白板上归纳出核心子任务：“持续检测与月球距离和角度”、“持续检测前方障碍”、“根据检测结果调整姿态或转向”。学生活动：小组讨论，尝试将复杂的飞行任务拆解成几个可以单独思考和实现的子功能。推荐代表分享分解思路，如“可能需要一个不断检测的部分，和一个做决定的控制部分”。即时评价标准：1.分解出的子任务是否相对独立、功能明确。2.讨论过程中能否运用“先…再…”的逻辑进行表达。3.小组内成员是否都参与了意见发表。形成知识、思维、方法清单：★问题分解：面对复杂编程任务，首要步骤是“分解”，将大问题化为若干个小问题，降低解决难度。★核心需求抽象：从“绕月飞行”中抽象出两个核心程序需求：“持续感知”（传感器循环检测）和“条件执行”（满足特定条件才执行动作）。▲系统工程思维：联系航天工程的实际，说明任何复杂系统都是通过模块化分工协作完成的。任务二：搭建主程序逻辑框架教师活动：“好，任务分解了，代码从哪开始写呢？我们来搭建程序的‘主干道’。”引导学生思考，哪些操作需要永不停止地执行？学生能想到“检测”。教师在编程环境中演示建立“重复执行”积木，并在其中放入两个关键但尚未定义的积木：“检测障碍物并避让”和“调整朝向月球”。此时这两个积木是空的或仅为注释。“大家看，现在程序框架很清晰，但这两个关键功能我们还不会做。有没有办法先把它们‘占个位’，让主程序逻辑先跑通？”自然引出“子程序”概念：“我们可以先定义两个‘小工具’，也叫子程序，主程序需要时直接调用它。”学生活动：跟随教师引导，在主循环中搭建程序框架。理解“先搭骨架，再填血肉”的开发流程。思考并接受“定义子程序”作为实现未完成功能的方法。即时评价标准：1.能否理解主循环的必要性。2.能否接受子程序作为封装未实现功能的“占位符”。3.搭建的框架逻辑是否清晰。形成知识、思维、方法清单：★事件循环：许多控制类程序的核心是一个“重复执行”的事件循环，用于不间断地感知和响应。★子程序（函数/过程）：将一段完成特定功能的代码块封装起来，赋予其一个名字，以便多次调用。其核心价值在于：代码复用、逻辑清晰、便于分工合作与调试。教学提示：此处暂不深入参数与返回值，强调其“功能黑箱”特性。任务三：编写“避障检测”子程序教师活动：“我们先来制作第一个‘小工具’：避障检测模块。”提问：“飞船如何知道前方有障碍？用什么传感器？”（距离传感器）。在编程平台中演示为飞船角色添加“距离传感器”模拟模块。然后聚焦核心逻辑：“如果检测到距离小于某个值，说明什么？”（快撞上了）“那该怎么办？”（转向避开）。教师在子程序定义区，带领学生一步步编写：如果[距离<50]那么{左转90度}否则{什么也不做}。“有没有想过，如果障碍在左边，右转是不是更合理？我们能否更智能？”引导学生思考更复杂的条件分支，如如果[左侧距离<右侧距离]那么{右转}否则{左转}。“看，这就是‘条件判断’的魅力，它让程序有了‘选择题’的能力！”学生活动：在教师带领下，在子程序编辑区编写第一个条件判断逻辑。理解“如果…那么…”结构如何响应传感器数据。尝试思考并实现更优化的多分支避障逻辑。即时评价标准：1.条件判断语句的格式是否正确。2.逻辑是否合理（如距离值设定是否安全）。3.是否尝试优化基础逻辑，实现更智能的避障。形成知识、思维、方法清单：★条件判断语句（IfElse）：程序实现智能决策的核心结构。根据条件表达式（通常由传感器数据与比较运算符构成）的真假，选择执行不同的代码分支。★传感器数据的应用：传感器读取的数值是条件判断的依据，需合理设定阈值（如安全距离50）。★易错点：条件表达式中的比较符号（<,>,=）使用错误；分支覆盖不全，缺少“否则”情况考虑。任务四：编写“姿态调整”子程序教师活动：“解决了安全问题，现在让飞船优雅地绕月飞行。”提出新问题：“如何让它始终‘看着’月球？”引导学生分析需要“方向传感器”或通过计算与月球的角度差来实现。发布分层任务：基础组实现“如果飞船偏离月球中心，则小幅度调整方向”；挑战组尝试实现“根据偏离角度的大小，动态调整转向幅度”（引入比例控制思想雏形）。教师巡视，重点指导挑战组理解“偏差量”作为判断条件的思路。请完成好的小组分享：“你们的飞船是如何做到平滑转向的？”学生活动：根据自身能力选择任务层级。基础组模仿任务三结构，编写另一个条件判断子程序。挑战组尝试引入变量存储角度偏差，并利用该变量作为转向角度的依据。小组间互相观察、学习。即时评价标准：1.子程序功能是否独立、明确（只负责调整姿态）。2.条件判断的逻辑是否准确解决了朝向问题。3.挑战组能否理解并应用“偏差量”控制的概念。形成知识、思维、方法清单：★子程序的独立性：每个子程序应职责单一，“避障”和“调姿”两个功能互不干扰，这是模块化设计的优势。★复杂条件构建：条件可以基于更复杂的表达式或计算（如：当前角度目标角度>5）。▲初步的反馈控制思想：通过感知“偏差”（实际与目标的差距）来决策“控制量”（调整幅度），这是自动控制理论的基石。教学提示：此处的挑战任务是为学有余力者打开一扇窗，不要求所有人掌握。任务五：集成与调试——让飞船飞起来教师活动：“所有‘零部件’准备完毕，现在开始总装！”引导学生回到主程序，将定义好的两个子程序积木放入主循环的对应位置。点击运行，观察飞船行为。“哈哈，有没有同学的飞船像喝醉了酒一样乱转？或者一动不动？别担心，这才是编程的常态——调试时间到！”组织“诊断大会”：将典型问题（如逻辑冲突、阈值不合理、循环速度过快）投射出来，引导学生分析原因。提供调试策略：1.用“说”积木输出传感器数值，检查感知是否正常；2.单独测试每个子程序；3.放慢循环速度观察每一步。学生活动：将子程序接入主程序并运行，观察飞船行为。针对出现的问题，运用教师提供的调试策略进行排查和修复。小组内互相“诊断”，分享解决方法。即时评价标准：1.能否成功将子程序集成到主框架中。2.出现问题时，是盲目尝试还是能有策略地排查（如分段测试、查看数据）。3.是否乐于分享调试经验，帮助同伴。形成知识、思维、方法清单：★程序集成：模块化设计的最后一步是将子程序像拼图一样在逻辑框架中正确组合。★调试方法：①输出中间变量（数据可视化）；②分模块测试（隔离问题）；③模拟慢放（观察细节）。★编程心智：认识到调试是编程不可或缺的部分，是发现和修正逻辑错误的宝贵过程，培养耐心与抗挫折能力。第三、当堂巩固训练1.基础层（必做）：优化你的绕月程序，确保飞船能稳定完成基础绕月飞行（避障+基本姿态维持）。尝试微调传感器阈值，观察飞船行为变化，并记录在任务单上。2.综合层（选做）：创设一个新情境“火星车巡测”。火星车需在前进中同时完成“采集岩石样本（当遇到特定颜色时）”和“防止跌落悬崖（当前方地面高度骤降时）”。请借鉴本节课的“分解子程序”思路，绘制该任务的核心程序流程图。3.挑战层（选做）：为你的飞船增加一个“能量管理”子程序。假设飞船有一个能量变量，飞行会消耗能量，靠近太阳能板可以补充能量。请设计条件判断，让飞船在能量低于20%时优先飞向太阳能板。反馈机制：完成基础层后，开展“一分钟飞行展示”，同桌互评；教师选取综合层和挑战层的优秀设计图或思路进行全班分享点评，重点表彰其问题分解的巧妙性和逻辑的严谨性。第四、课堂小结“同学们，我们的‘绕月’任务接近尾声。谁能用一句话总结，我们今天靠哪两大‘法宝’解决了这个复杂问题？”（引导学生说出“条件判断”和“子程序”）。请学生利用思维导图模板，从“核心知识”、“思维方法”、“遇到的坑”三个维度进行个人总结梳理。“编程就像搭乐高，条件判断是赋予它智能的‘开关’，而子程序就是一个个精心设计、可重复使用的‘模块’。掌握它们，你就能构建更宏伟的数字世界。”作业布置：必做：完善课堂程序，撰写一份简短的《飞船控制程序说明书》，说明每个子程序的功能和调用关系。选做：调研现实生活中一个使用了传感器和自动控制的设备（如智能路灯），尝试用流程图描述其工作逻辑。六、作业设计基础性作业：全体学生必做。1.在编程平台中完整实现并能稳定运行课堂所述的“绕月飞行”基础功能程序。2.在程序关键位置添加注释，说明条件判断的条件和子程序的功能。拓展性作业：大多数学生可完成。设计一个“智能巡航小车”场景，小车需在预设的矩形轨道内行驶，当检测到偏离轨道时（可通过颜色传感器感知跑道边界），能自动调整方向回到轨道。要求必须使用至少一个子程序来封装“边界检测与调整”功能。探究性/创造性作业：学有余力学生选做。以小组为单位，策划一个“空间站对接”的微型项目。空间站有一个对接口，飞船需要调整姿态和速度，在满足“距离接近”、“角度对齐”、“速度适中”等多个复合条件时，才能成功对接。请进行任务分解，设计主要模块的流程图，并尝试在编程环境中实现核心逻辑。鼓励加入创意元素，如对接成功的特效、数据仪表盘等。七、本节知识清单及拓展★1.传感器：程序的“感知器官”，负责从外界环境（如距离、光线、声音）采集数据，并将其转换为程序可以处理的数字信息。教学提示：类比人的眼睛、耳朵。★2.条件判断（IfElse语句）：程序的核心决策结构。其执行流程是：先计算条件表达式的值（真或假），若为真则执行‘那么’后的代码块，若为假则执行‘否则’后的代码块。这是程序拥有“智能”响应能力的基础。★3.子程序（函数/过程）：对一段完成特定任务的代码进行封装并命名的结果。目的是：①代码复用，避免重复编写；②逻辑清晰，使主程序结构简洁；③便于协作与调试，可独立开发测试单个模块。★4.模块化程序设计思想：一种“分而治之”的工程化思维。将大型复杂程序分解为一系列功能单一、相对独立的模块（子程序）来分别实现，最后通过一个主程序像搭积木一样将它们组装起来。核心优势是降低复杂度，提高开发效率和代码可维护性。★5.程序调试：查找和修正程序中错误的过程，是编程的关键环节。常用方法包括：①输出/打印中间变量值，进行数据追踪；②分段/分模块测试，隔离问题范围；③逻辑回溯，逐步检查条件判断的路径。▲6.事件循环：在许多实时控制系统中，程序主体是一个无限循环，不断重复“感知决策执行”的过程，以持续响应环境变化。本节课的“重复执行”积木就是实现事件循环的简单方式。▲7.阈值：在条件判断中用于比较的临界值（如安全距离50）。阈值的设定需要结合实际情境进行测试和调整，设置不当会导致系统反应迟钝或过于敏感。▲8.参数与返回值：子程序的高级特性。参数是调用子程序时传递给它的输入信息；返回值是子程序执行后反馈给调用者的输出结果。它们使子程序的功能更灵活、强大。9.流程图：用标准图形符号描述算法或过程的工具。本节课隐含使用了流程图的逻辑（开始、判断、过程、结束），学习绘制流程图能极大提升问题分析和逻辑规划能力。10.计算思维——分解：将复杂问题拆解成若干个更小、更易于理解和解决的子问题。这是解决任何编程任务的第一步，也是最重要的思维习惯。11.计算思维——抽象：忽略具体细节，提取出问题的核心特征和关键模式。例如，从“绕月飞行”中抽象出“避障”和“姿态维持”两个通用控制问题。12.程序的结构性：好的程序不仅结果正确，还应结构清晰、层次分明、可读性强。合理使用子程序是提升程序结构性的关键手段。13.信息社会责任（在本课中的体现）：在模拟航天工程中，体会程序精确性、可靠性的极端重要性，培养严谨、负责的编程态度，理解技术发展与国家强盛的关系。八、教学反思（一）教学目标达成度分析

从预设的形成性评价点观察，绝大多数学生能成功搭建包含循环和子程序调用的主框架，并能在指导下完成至少一个条件判断子程序的编写，表明知识与能力的基础性目标基本达成。在课堂展示与互评环节，学生能使用“阈值”、“调用”、“模块”等术语进行交流，体现了概念的内化。情感目标在项目情境中自然渗透，学生在调试成功时表现出显著的成就感，小组协作氛围积极。然而，计算思维中的“抽象”能力，即自主、合理地将新问题分解并抽象为子程序的能力，仅在部分优秀学生身上有突出表现，对多数学生而言仍需后续课程持续强化。（二）教学环节有效性评估

导入环节的航天视频与设问快速凝聚了学生注意力，并精准指向本课核心“感知”与“判断”，效果显著。新授环节的五个任务链，遵循了“认知学徒制”的从模仿到迁移的路径。“先搭骨架，再填血肉”的策略有效化解了学生面对复杂任务的畏难情绪，子程序的引入时机（在需求出现时）非常自然。任务三与四作为技能建构核心，步骤清晰，分层要求照顾了差异。“调试大会”是本课亮点，它将必然出现的错误转化为宝贵的学习资源，在真实问题解决中深化了对概念的理解，培养了元认知策略。巩固环节的分层设计，让不同层次学生都在“最近发展区”获得了锻炼。（三）学生表现与差异化应对

课堂中，约70%的学生能紧跟基础任务，顺利实现基础功能，他们是课堂的“稳定流”。约20%的