八年级信息技术：探究循环的力量-while循环精讲

八年级信息技术：探究循环的力量——while循环精讲一、教学内容分析  本节课内容隶属于《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》“算法与程序设计”模块，是学生从直观的顺序、分支结构迈向自动化、智能化思维的关键阶梯。在知识技能图谱上，循环结构（尤其是while循环）是实现重复性任务自动化的核心语法，它上承条件判断（分支结构），下启更复杂的算法设计与问题求解（如遍历、迭代），构成了算法逻辑的“发动机”。其认知要求需从“识记”语法格式，跃升至“理解”其执行流程与控制逻辑，并最终能“应用”其解决实际问题。在过程方法上，本课是培养学生计算思维的绝佳载体。它引导学生从“一步一步手工模拟”转向“抽象规则、构建模型”，学习如何将重复性劳动抽象为“条件循环体”的模型，并通过流程图进行可视化表达与逻辑推演，这正是“算法设计”思维的核心实践。在素养价值渗透上，学习循环结构不仅是掌握一项编程技能，更是培育“数字化学习与创新”素养的契机。通过设计循环程序解决实际问题（如批量数据处理、简单模拟），学生能深刻体会到计算机高效、精确的执行力，激发利用技术创造性解决问题的热情，并在此过程中锻炼严谨、周密的逻辑思维品质。  从学情角度看，八年级学生已初步接触顺序与分支结构，具备基本的程序阅读和简单编写能力，对计算机执行指令的逻辑有一定感知。然而，从“顺序执行”到“条件循环”是一个重要的思维跨越。学生常见的认知障碍在于：难以理解“循环条件”在每次迭代前的动态评估过程；容易混淆循环条件与循环体内变量变化的关系，导致“死循环”或“不循环”；在将实际问题抽象为循环模型时感到困难。因此，教学必须搭建坚实的“脚手架”。在过程评估上，我将通过追问“现在条件还成立吗？”、观察学生绘制流程图的逻辑、分析其编写的循环条件表达式等方式，动态诊断理解深度。基于诊断，教学调适策略包括：对抽象理解困难的学生，提供更丰富的物理世界类比（如“绕圈跑直到吹哨”）和分步执行的动画演示；对逻辑构建吃力的学生，提供半成品的代码框架或更细粒度的任务分解；对学有余力的学生，则引导其探究while与for循环的异同，或尝试用循环解决更具开放性的小项目。二、教学目标  知识目标：学生能够准确阐述while循环的基本语法格式，理解“条件表达式”与“循环体”的构成与关系；能清晰描述while循环“先判断，后执行”的工作流程，并能用自然语言或流程图模拟简单循环程序的执行过程；在对比中，初步认识while循环与for循环在应用场景上的侧重。  能力目标：学生能够独立分析简单实际问题中的重复模式，并将其抽象化为“当…时，重复做…”的逻辑模型；能够根据问题需求，正确设置循环条件，编写出功能正确的while循环程序；具备初步的程序调试能力，能识别并修正常见的逻辑错误（如循环条件永真导致的死循环）。  情感态度与价值观目标：在解决循环问题的过程中，体验算法思维带来的效率与美感，消除对程序逻辑的畏难情绪；在小组协作探究中，能积极分享自己的思路，并认真倾听、理性评价同伴的解决方案。  科学（学科）思维目标：重点发展“计算思维”中的“算法思维”与“分解”能力。通过将复杂重复任务分解为“条件判断”与“重复操作”两个部分，并构建循环模型，学生将初步掌握“建模”这一核心科学方法。同时，通过流程图绘制，强化逻辑表达的严谨性与可视化能力。  评价与元认知目标：引导学生依据“条件设置是否准确”、“循环体能否推动条件变化”等简易量规，对自编或他编的循环程序进行评价；鼓励学生在调试程序后，反思“我当时是如何思考的？误区在哪里？”，从而提升对自身问题解决过程的监控与调整能力。三、教学重点与难点  教学重点：while循环的语法结构、执行流程及其在解决“条件控制型”重复问题中的应用。其确立依据在于，该知识点是循环结构概念的核心承载，是学生构建算法逻辑模型的基础构件。从课标看，它直指“算法设计与实现”这一大概念；从能力培养看，掌握while循环是学生从“会编程序”走向“会设计算法”的关键一步，后续所有涉及不确定次数循环的复杂算法均建立在此基础之上。  教学难点：循环条件的动态变化理解与循环终止的边界控制。难点成因在于其抽象性：条件表达式在每次循环开始前都被重新计算，循环体内的操作必须能影响条件表达式的值，这一动态过程与学生静态的、顺序式的思维习惯相冲突。预设依据来自常见学情：学生极易编写出“i=1;whilei<5:print(i)”这类缺少变量递增语句的死循环代码，或错误设置条件导致循环次数偏差。突破方向在于强化“现场模拟”：让学生化身“人肉CPU”，一步步“执行”代码并大声报告变量状态，从而内化其动态逻辑。四、教学准备清单1.教师准备1.1媒体与课件：交互式教学课件（内含while循环执行流程的动画演示、对比案例）；Python在线编程环境或本地IDE准备就绪。1.2学习材料：分层学习任务单（含基础模仿、进阶应用、挑战探究三类任务）；程序代码片段卡片（用于排序、纠错活动）。2.学生准备2.1知识预习：复习条件表达式（比较、逻辑运算）与分支结构（if语句）。2.2环境准备：确保个人计算机可正常访问编程环境。3.环境布置3.1座位安排：小组合作式座位，便于讨论与协作编程。3.2板书记划：预留板书区域，用于绘制流程图、记录关键语法和学生生成的问题。五、教学过程第一、导入环节  1.情境创设与冲突激发：同学们，想象一下，我们正在设计一个“智能哨兵”程序，它的任务是巡逻。如果前方有障碍，就右转。好，用我们学过的if语句，可以写一句“if前方有障碍:右转”。但问题来了，它只判断一次、执行一次。如果想让这个哨兵一直巡逻，直到电池耗尽，我们该怎么办？难道要把‘if…’这句代码复制粘贴成千上万次吗？这显然不现实，也不“智能”。  1.1核心问题提出：那么，有没有一种魔法般的结构，能让计算机在满足某个条件的情况下，自动地、一遍又一遍地执行同一段代码块呢？这就是我们今天要揭开神秘面纱的——循环结构，具体来说，是“当…时候，就一直做…”的while循环。  1.2学习路径图：今天，我们将化身算法设计师，一起完成三个挑战：第一，解剖while，看清它的“长相”和“工作步骤”；第二，驾驭while，学会如何为它设置正确的“启动与停止开关”；第三，应用while，解决像“智能哨兵”这样的真实任务。第二、新授环节任务一：初识while——语法与流程可视化教师活动：首先，我将出示一个最简单的while循环示例：count=0;whilecount<3:print(“第”,count,“次问候”);count=count+1。我不直接讲解，而是请大家先当一回‘预言家’：猜猜看，运行这段代码，屏幕会输出什么？接着，我会利用动态流程图工具，像播放慢动作一样，一步步展示执行过程：第一步，声明变量count为0；第二步，来到while，问大家：“检查条件，count<3成立吗？”；第三步，若成立（是），则进入循环体，执行打印和自增；第四步，循环体结束后，用一个醒目的箭头指回while那一行，强调：“注意！它又回去了，要再次判断条件！”如此循环，直到条件不成立，跳出。“看，这就是while的‘执拗’，条件为真，它就不知疲倦地转下去。”学生活动：学生观察代码，进行预测并与同桌交流。跟随教师的动态演示，同步在任务单的流程图上标注出每次循环后count的值的变化。他们会发现自己的预测与演示结果的异同，从而聚焦于“循环条件重新判断”和“循环体内变量变化”这两个关键点。即时评价标准：1.能否准确预测或描述出程序的输出结果。2.在流程图标注时，能否正确填写每次循环判断前count的值。3.能否向同伴清晰地解释“程序是如何跳出循环的”。形成知识、思维、方法清单：  ★while循环基本语法：while条件表达式:，后面跟着缩进的循环体。“这个冒号和缩进，是我们的老规矩，是循环体的‘家门牌’。”  ★核心执行流程：“先判断，后执行”。条件为真（True），则执行循环体；执行完后再次返回判断条件，如此反复，直到条件为假（False），才结束循环，执行后续代码。  ▲与if的直观对比：if是“如果…就…（一次）”；while是“当…时候，就一直…（多次）”。“一个像单次开关，一个像重复模式播放键。”任务二：剖析while——循环条件与循环体的共生关系教师活动：现在我们来关注两个核心部件。首先，“循环条件，通常是一个会‘变脸’的表达式，它里面的变量，我们叫它‘循环变量’。”接着，我展示两个有问题的代码：片段A（num=1;whilenum>0:print(num)）和片段B（num=1;whilenum<5:print(“你好”)）。“请大家火眼金睛诊断一下，这两个循环分别得了什么‘病’？”引导学生发现A是“死循环”（条件永真），B是“循环变量不变，条件永真，也是死循环”。“那怎么‘治病’呢？药方就在循环体里！”强调：循环体内必须包含能改变循环变量值、从而影响循环条件真假的语句。学生活动：学生分组讨论两个代码片段的问题，尝试诊断病因。他们会发现缺少使条件变为假的机制是关键。然后，他们尝试为片段B“开药方”，即添加如num=num+1这样的语句。他们会激烈讨论这条语句应该加在print之前还是之后，并尝试运行验证。即时评价标准：1.能否准确指出代码片段陷入死循环的原因。2.能否提出至少一种修改方案，使循环能在有限次后正常终止。3.小组讨论时，能否围绕“变量如何变化影响条件”这一核心进行有效交流。形成知识、思维、方法清单：  ★循环条件：其本质是一个布尔表达式，其真假决定循环是否继续。表达式中的关键变量即“循环变量”。  ★循环体：需要重复执行的语句块。“一个健康的循环体，必须包含能推动‘剧情’发展的语句，让循环变量朝着‘终结循环’的方向变化。”  ★避免死循环的铁律：必须确保循环条件有从True变为False的可能性，这通常依赖循环体内对循环变量的修改。“就像你设置闹钟‘当时间<8点就响铃’，但如果你不让时间往前走，它就会响个不停。”任务三：应用while——解决“智能哨兵”问题教师活动：现在，让我们回到最初的挑战。“我们假设用一个变量battery表示电量，初始为100，每巡逻一次消耗1。哨兵的任务是‘当电量大于0时，就一直巡逻’。”我在黑板上画出问题模型框架：“whilebattery>0:，循环体里应该做什么？”引导学生说出“巡逻动作（可用print模拟）”和“电量减少”。然后，我提出变式：“如果巡逻中，发现障碍的概率是10%，遇到障碍就右转。这该怎么融合进我们的循环？”引导学生思考这只是一个循环体内的if判断，不影响外层while结构。学生活动：学生首先根据教师引导，独立或结对完成“电量控制巡逻”的基本版程序编写。随后，面对“遇到障碍右转”的变式，他们需要在循环体内嵌入一个if语句（可能涉及随机数），并进行测试。他们将体验从问题描述>抽象模型（while+变量）>编写代码>测试运行的完整过程。即时评价标准：1.能否正确设置while循环的条件（battery>0）。2.循环体内是否包含了使battery减少的语句。3.对于变式任务，能否成功在循环体内整合分支结构。形成知识、思维、方法清单：  ★while循环的典型应用场景：适用于循环次数预先不确定，但由某个条件是否满足来控制的情况。例如：监测数据直到达标、游戏主循环、处理用户输入直到退出指令等。  ▲算法的嵌套结构：循环体内部可以包含任何其他语句，包括分支（if）、甚至另一个循环。“这就像大盒子里可以放小盒子，逻辑层层嵌套，能构建出功能强大的程序。”任务四：对比与辨析——whilevs.for教师活动：“有的同学可能听说过for循环。它们俩是兄弟，但性格不同。”我提供两个等价任务：①计算1到10的和（用for）；②让用户输入数字，累加直到输入0为止（用while）。“请大家思考，哪个任务天生更适合while，哪个更适合for？为什么？”引导学生从“循环次数是否明确”的角度进行区分。我会总结：for擅长“遍历已知序列”，while擅长“等待某个条件发生”。学生活动：学生分析两个任务的特点。第一个任务次数明确（10次），他们能理解for的简洁性。第二个任务次数由用户决定，无法预知，他们能体会到while的适用性。他们可能会尝试用for去实现第二个任务，并发现非常别扭，从而加深理解。即时评价标准：1.能否清晰说出两个任务在“循环次数确定性”上的差异。2.能否为“输入直到0”这类任务选择while循环并说明理由。形成知识、思维、方法清单：  ★while与for的选择策略：“数得清次数用for，数不清但讲条件用while。”当循环次数明确、需要遍历一个范围或序列时，for循环更直观；当循环由某个复杂条件动态控制，次数不定时，while循环更灵活。  ▲思维迁移：许多for循环可以改写成while循环（需要手动管理循环变量），但反之不一定方便。理解其本质都是“重复”，只是控制方式不同。任务五：调试与强化——常见“坑点”排查教师活动：现在进入“排雷时间”。我在课件上展示几个包含典型错误的while循环代码，如“条件边界错误导致少循环一次”、“循环变量初始化位置错误”等。“以小组为单位，找出BUG并修复它。比一比，哪个小组是‘最佳调试团队’。”我在巡视中，不会直接给出答案，而是提示：“一步一步模拟执行，把变量的值写在旁边试试？”学生活动：学生以小组为单位，扮演“程序医生”，对有问题的代码进行调试。他们需要运用“人肉模拟执行”的方法，在纸上记录变量变化，定位逻辑错误，并讨论修改方案。这个过程能极大地巩固对执行流程的理解。即时评价标准：1.能否使用“变量追踪表”等工具辅助调试。2.能否准确指出错误原因并提供正确的修改代码。3.小组内分工协作是否有序，能否共同验证修改后的正确性。形成知识、思维、方法清单：  ★关键调试技巧——变量追踪：在纸上画表格，记录每次循环开始前循环变量和条件表达式的值，是理解循环行为、发现逻辑错误的神器。  ★常见错误集锦：1.死循环：忘记在循环体内更新循环变量，或条件表达式永远为真。2.差一错误：循环条件边界设置不当（如whilei<=5与whilei<5），导致循环次数多一次或少一次。“编程世界里，差之毫厘，结果可能谬以千里。”第三、当堂巩固训练  本环节提供分层任务，请同学们量力而行，至少完成基础层，鼓励挑战更高层次。  基础层（巩固语法）：1.补全代码：给定一个“打印1到5”的while循环框架，其中缺少循环变量递增语句，请补全。2.读程写结果：给出两个简短的while循环代码片段，要求学生写出准确的输出结果。  综合层（情境应用）：模拟“猜数字”游戏的核心逻辑。程序随机生成一个110的数字，用户不断输入猜测，程序用while循环控制，直到猜中为止，并告诉用户猜了多少次。“思考一下，这里的循环条件应该是什么？（是‘当没猜中时’）循环体里应该做什么？（是‘获取输入、判断、给出提示’）”  挑战层（开放探究）：尝试用while循环模拟一个简单的“银行存款复利计算”过程：已知本金和年利率，计算多少年后本金会翻倍？“这需要你在循环里不断地‘本金=本金(1+利率)’，然后判断是否达到目标哦。”  反馈机制：学生完成基础层练习后，可通过小组交换检查或教师投影典型答案进行快速核对。综合层和挑战层的任务，我将巡视并选取有代表性的作品（包括典型错误和优秀解决方案）进行投屏讲评。“我们来看看这位同学的‘猜数字’条件，写得非常清晰！…哦，这里有个小问题，循环结束后输出的猜测次数好像少了一次，大家能帮他看看为什么吗？”通过针对性点评，深化理解。第四、课堂小结  知识整合：“同学们，今天我们和while循环打了半天交道，现在谁能用一句话告诉我，while循环最核心的特点是什么？”引导学生说出“条件控制的不确定次数重复”。然后，邀请学生尝试用思维导图（中心词“while循环”）梳理今天的关键词：语法、流程图、条件、循环体、死循环、应用场景等。  方法提炼：回顾我们今天解决问题的过程：“遇到一个重复性问题，我们先把它抽象成‘当…时候，就重复做…’的模型，然后用while语句实现，实现时要特别注意设置好‘启动开关’（条件初始化）和设计好‘关闭机制’（循环体内改变条件）。如果出错了，就用‘变量追踪法’一步步排查。”这就是我们初步体验的算法设计思维。  作业布置：  必做（基础）：1.整理课堂笔记，绘制while循环的标准流程图。2.编写一个程序，使用while循环计算1到100以内所有奇数的和。time.sleep计一个“简易倒计时器”程序：从用户输入的一个整数开始，用while循环每秒（可用time.sleep(1)模拟）打印剩余时间，直到0时打印“时间到！”。（提示：这需要循环变量递减）  “下一节课，我们将认识while的兄弟——for循环，看看它在处理‘确定性遍历’任务时有多么优雅。今天掌握的‘条件循环’思想，是理解所有循环结构的基石。”六、作业设计  基础性作业（全体必做）：  1.语法与流程：默写while循环的基本语法格式，并画出其标准的执行流程图（NS图或传统流程图均可）。  2.代码补全与阅读：完成一份简短的练习卷，包含补全缺少关键语句的while循环代码，以及阅读给定的while循环程序段并写出运行结果。  3.基础编程：使用while循环，编写程序计算1到100之间所有能被3整除的数的和。  拓展性作业（建议大多数学生完成）：  设计一个“用户登录模拟”程序。预设一个用户名和密码。程序使用while循环，允许用户最多输入3次用户名和密码进行验证。如果3次内输入正确，则提示“登录成功”；如果3次均错误，则提示“账户已锁定，请稍后再试”。（要求：使用循环变量控制尝试次数）  探究性/创造性作业（学有余力学生选做）：  探究“圆周率π的蒙特卡洛模拟法”的简化版。利用随机数模拟向一个边长为1的正方形内随机投点，并统计落在其内切圆（半径为0.5）中的点数。通过while循环控制投点次数（例如1万次），然后利用公式（圆内点数/总点数4）估算π的值。观察随着投点次数增加，估算值如何变化。（本题综合循环、条件判断、随机数、数学计算，并蕴含概率统计思想，极具探究价值）。七、本节知识清单及拓展  ★1.while循环定义：while循环是一种条件控制循环，它会反复执行其内部的语句块（循环体），直到指定的条件表达式求值结果为假（False）为止。“它的逻辑是‘不见黄河不死心’，条件为真就持续工作。”  ★2.基本语法结构：  python&emsp;&emsp;while条件表达式:&emsp;&emsp;语句块1循环体，必须缩进&emsp;&emsp;语句块2...p;emsp;&emsp;...&emsp;&emsp;  注意冒号(:)和缩进是语法的一部分，不可省略。  ★3.核心执行流程（“先判断，后执行”）：1)计算条件表达式的值。2)若值为真（True），则执行一次循环体内的所有语句；若值为假（False），则跳过整个循环体，执行while循环之后的代码。3)每次循环体执行完毕后，程序流程会跳转回while语句开头，重新判断条件。此过程循环往复。  ★4.循环条件：通常是一个关系表达式或逻辑表达式，其结果应为布尔型（True/False）。表达式内往往包含一个或多个“循环变量”，其值的变化决定了循环的进程。  ★5.循环体：需要被重复执行的一条或多条语句。一个设计良好的循环体，必须包含能够改变循环变量、进而影响循环条件最终变为False的语句，这是避免死循环的关键。  ★6.死循环（无限循环）：指循环条件永远为真，导致循环无法终止的情况。通常是由于循环体内缺少改变循环变量的语句，或循环条件本身设置不合理所致。在交互式环境中，通常可按Ctrl+C中断。  ▲7.典型应用场景：while循环特别适用于循环次数在编写程序时无法确定，需要根据运行时条件动态决定的场景。例如：交互式菜单驱动、读取数据直到文件末尾、监控系统状态直到阈值、游戏主循环等。“当你的问题是‘做到什么时候为止？’而不是‘做多少次？’时，while往往是首选。”  ▲8.与for循环的初步比较：  for循环：更擅长遍历一个已知的序列（如列表、字符串、range生成的范围）或明确知道循环次数的情况。其循环变量由序列自动赋值。  while循环：更擅长条件等待，只要条件满足就继续，不关心具体次数。其循环变量需要手动初始化和更新。  （教学提示：不必深入细节，引导学生从“控制方式”上建立初步区分认知。）  ★9.调试技巧：变量追踪法：在纸上创建表格，记录每次（或关键几次）循环开始前，循环变量及条件表达式的值。这是理解复杂循环逻辑、定位“差一错误”或死循环原因的最有效手动方法。  ▲10.算法思维——建模：使用while循环解决实际问题的过程，本质上是建模过程：1)识别问题中的重复模式。2)提炼出重复执行的动作（对应循环体）。3)找到控制重复何时结束的条件（对应while条件表达式）。4)确定影响条件的变量并正确初始化。八、教学反思  （一）预设与生成：目标达成度分析  假设本节课已实施，从预设的形成性评价点反馈来看，大部分学生能通过“任务一”的流程图模拟达成“理解执行流程”的知识目标，“人肉CPU”的模拟活动效果显著，学生在‘再次返回判断’环节的惊叹声，表明他们突破了静态思维的桎梏。在“任务三”的应用环节，约70%的学生能独立完成“智能哨兵”基础版编程，表明能力目标基本达成。然而，在“任务五”的调试中，仍有部分学生对“差一错误”表现困惑，这说明“边界控制”这一难点需要更长时间的浸泡和更多变式练习来巩固。情感目标在小组协作探究中得以体现，课堂氛围积极，但需关注个别被动参与的学生，思考如何设计更吸引他们的角色任务。  （二）环节有效性评估与策略归因  1.导入环节：以“智能哨兵”的认知冲突切入，成功激发了探究动机。“当学生发现复制粘贴代码的荒谬时，他们对循环的‘渴望’就被调动起来了。”这一真实问题情境为整节课提供了连贯的语境，效果优于孤立的例子堆砌。  2.新授环节的“支架”设计