高中信息技术必修一《用列表表示和计算平均气温》教学设计

高中信息技术必修一《用列表表示和计算平均气温》教学设计一、核心素养目标（一）信息意识【重要】引导学生敏锐感知现实生活中大量数据的存在及其价值，例如气象数据、金融数据、人口统计数据等。通过对历史气温数据的分析任务，使学生体会到利用计算机技术处理批量数据可以揭示规律、支持决策，从而养成主动获取、分析数据的信息意识。学生能够在学习和生活中主动思考如何利用信息技术手段解决实际遇到的批量数据处理问题，提升对信息敏感度和应用意愿。（二）计算思维【核心·难点】这是本课时教学的核心所在。学生需要经历从具体问题（计算平均气温）到抽象建模（将气温数据抽象为列表，将计算过程抽象为算法）的思维过程。具体而言，包括：理解批量数据的概念，认识到使用列表组织数据是数据抽象的一种形式；掌握通过下标和循环遍历访问列表元素的方法，体会循环控制结构在处理批量数据时的自动化优势；学习将重复使用的计算逻辑封装成函数，初步理解模块化思想在降低问题复杂度中的作用；能够将算法步骤用Python语言进行精确描述，形成计算机可以执行的程序，从而培养将问题解决方案形式化、系统化的能力。（三）数字化学习与创新【基础】学生能够在数字化学习环境中（如编程IDE、在线协作平台）利用Python语言这一数字化工具进行探究与创造。通过自主探究、小组协作完成“日平均气温计算”和“月平均气温计算”的任务，掌握利用计算机解决问题的新方法，并将其与数学中的算术方法进行对比，感受数字化工具的创新性。鼓励学生在掌握基础方法后，尝试对代码进行优化和创新，例如探索不同的列表遍历方式或设计更友好的输入输出界面。（四）信息社会责任【渗透】在引入气温数据时，强调数据的来源与准确性，培养学生尊重事实、严谨求实的科学态度。在讨论数据分析结果时，引导学生思考数据背后可能存在的误差及其对社会生活（如农业生产、出行安排）的影响，理解数据伦理和科学精神的重要性。通过小组合作，培养学生尊重他人观点、协作共赢的团队意识和信息社会中的行为规范。二、教材内容分析本节课选自沪科版（2019）高中信息技术必修1《数据与计算》第三单元“算法和程序设计”的项目八“分析历史气温数据——设计批量数据算法”的第一课时24。本单元是学生从简单的数值计算迈向复杂批量数据处理的关键一环。在此之前，学生已经学习了变量、数据类型、顺序结构、循环结构等程序设计基础知识，能够解决简单的数值计算问题。项目八则以“分析历史气温数据”这一真实情境为驱动，引导学生学习使用Python中的列表（List）这一核心数据结构来表示和存储批量数据，并在此基础上，学习如何遍历列表、计算总和与平均值，进而掌握定义和调用函数的方法，实现代码的复用46。本课时的内容在整个项目乃至整个单元中具有承上启下的作用。它既是程序设计中基本数据类型的延伸，也是后续学习更复杂数据结构（如字典、文件操作）和更高级算法（如查找、排序）的基石。通过对列表的初步学习和应用，学生将初步体会到“批量数据统一管理”和“循环结构批量处理”的程序设计思想，为后续学习“自顶向下、逐步求精”的模块化设计方法做好铺垫47。三、学情分析本课时的教学对象为高中一年级学生。从知识储备上看，学生通过前面的学习，已经掌握了Python编程的基本概念，如变量、数据类型（整型、浮点型、字符串型）、输入输出语句以及基本的顺序和循环结构（for循环、range函数），能够编写简单的程序解决数学计算问题，例如计算单个数值的阶乘或累加和4。他们对程序设计有了一定的感性认识和初步的实践能力。从认知特点上看，高一学生思维活跃，逻辑思维能力正在迅速发展，对新事物充满好奇，尤其是对与生活实际紧密联系的问题有着较强的探究欲。他们习惯于用数学思维解决单个数值的计算，但对于如何表示和处理成百上千个具有相同属性的数据（批量数据）还缺乏认知和经验。将现实中的批量数据（如一个月的日平均气温）映射到计算机内存中，并设计算法对其进行统一处理，是学生认知上的一个跨越，也是本课时需要着力突破的难点8。学生可能遇到的困难包括：难以理解列表在内存中是连续存储的这一抽象概念；混淆列表的下标（索引）与列表元素的个数（长度）；不能熟练地运用循环结构结合下标来遍历列表；初次接触函数的定义和调用，对参数传递和返回值的概念感到陌生。此外，学生在编程实践中容易出现语法错误（如中英文符号混用、缩进错误）和逻辑错误（如循环边界条件错误），需要教师在教学过程中给予充分的指导和耐心地调试示范8。四、教学重难点（一）教学重点【高频考点】1.列表的创建与基本操作：掌握使用方括号[]创建列表，通过下标（索引）访问、修改列表元素，理解下标从0开始的规则46。2.列表的遍历：熟练掌握结合for循环和in操作符直接遍历列表元素的方法，以及通过for循环和range()函数、len()函数结合下标遍历列表的方法7。3.常用内置函数的使用：熟练使用sum()、len()、max()、min()等内置函数对列表进行统计分析67。（二）教学难点【难点】1.列表内存模型的理解：帮助学生建立“列表是一系列数据在内存中的连续存储，通过下标偏移访问”的抽象概念。2.函数的定义与调用：理解将特定功能封装为函数的意义，掌握def定义函数的语法，区分形式参数和实际参数，理解return语句的作用和返回值的使用47。3.算法思维的初步建立：引导学生从“如何手动计算”的数学思维，转换为“如何设计步骤让计算机自动批量计算”的算法思维，特别是将累加、求平均的步骤与循环结构相结合。五、教学准备（一）教学环境：多媒体网络计算机教室，配备教师机、学生机、电子白板或投影仪。学生机需安装Python集成开发环境（如IDLE、Thonny或VSCode），并确保网络通畅，便于学生访问学习资源和提交作业。（二）教学资源：教师精心制作的多媒体课件（PPT），包含本课时所有知识点、代码示例和任务要求。准备若干个不同规模的历史气温数据集（CSV格式或直接以列表形式提供），用于课堂练习和拓展任务。设计导学案，包含预习问题、课堂任务记录和课后反思表。（三）课前预习任务：通过班级学习群发布预习任务，要求学生回顾数学中平均数的计算方法，并思考：如果要计算全班50人的平均身高，使用数学计算器逐个相加再除以50与使用计算机程序处理，你认为最大的区别是什么？尝试阅读教材中关于列表的介绍，初步了解列表的写法8。六、教学过程（一）创设情境，导入新课（预计用时5分钟）教师活动：在电子白板上展示一张某城市一周天气预报的截图，上面有每天的最高气温和最低气温。教师提问：“同学们，气象台每天都会发布大量的气温数据。如果我想快速知道本周的平均最高气温，从而判断这周整体上是偏冷还是偏暖，你们有什么好办法？”引导学生思考并回答（如：把所有最高气温加起来，再除以7）。教师继续追问：“如果我要计算过去一个月（30天）的平均最高气温呢？甚至要计算过去十年每年七月份的平均最高气温呢？手动计算虽然可行，但效率低下且容易出错。那么，我们能不能利用已经学过的Python知识，编写一个程序，让计算机瞬间帮我们完成这个繁琐的计算任务呢？今天，我们就来学习如何用Python中的列表来表示和计算批量气温数据。”学生活动：观看图片，思考教师提出的问题，积极回答。认真听讲，感受人工计算与计算机自动处理的差异，明确本节课的学习目标——用Python处理批量数据。设计意图：从学生熟悉的生活情境出发，提出问题，引发认知冲突，激发学生的学习兴趣和探究欲望。通过对比人工计算和计算机处理的效率，自然引出批量数据处理的必要性，为新课学习做好心理铺垫。（二）新知探究一：认识批量数据的“容器”——列表（预计用时12分钟）1.从变量到列表【基础】教师活动：回顾旧知，“我们之前学习过变量，一个变量可以存储一个数据，比如temp1=10存储第一次观测气温。那么，要存储一天观测的4次气温10,13,18,12，我们需要定义几个变量？”引导学生回答需要4个。教师继续引导：“如果要存储一个月的30个气温值呢？定义30个变量显然太麻烦了，而且程序毫无通用性。有没有一种方式，可以用一个名字来管理这一堆数据呢？”由此引出Python中的列表（List）概念。教师讲解：列表是一种用于存储一系列有序数据的内置数据类型，它可以同时容纳多个数据项，并且这些数据项可以是不同类型的（虽然我们通常用同类型数据）。列表使用方括号[]表示，数据项之间用逗号分隔46。板书/PPT展示：python创建一个列表，存储某日的4次气温观测值daily_temps=[10,13,18,12]print(daily_temps)创建一个包含字符串的列表week_days=["周一","周二","周三","周四","周五","周六","周日"]2.访问列表的“房间号”——下标（索引）【重要·高频考点】教师活动：将列表形象地比喻为一排连续的“房间”，每个“房间”里存放着一个数据。为了找到特定的“房间”，我们需要知道它的“房间号”，这个“房间号”在编程中称为下标（Index）或索引。关键讲解：下标从0开始编号。也就是说，第一个数据项的下标是0，第二个是1，以此类推46。要访问列表中的某个元素，使用列表名[下标]的形式。板书/PPT展示并演示：pythondaily_temps=[10,13,18,12]print("第一次观测气温是：",daily_temps[0])输出10print("第三次观测气温是：",daily_temps[2])输出18print("最后一个观测气温是：",daily_temps[3])输出12print(daily_temps[4])这行代码会报错：IndexError，因为下标超出范围引导学生思考：如何知道列表的长度（即有多少个元素）？引出len()函数。pythonprint("这一天共有",len(daily_temps),"次观测数据。")3.动手实践：创建自己的列表学生活动：在自己的Python环境中，创建两个列表：一个名为my_fav_numbers，存放自己喜欢的几个数字（如幸运数字）；另一个名为class_names，存放自己所在小组几个同学的名字。然后，尝试通过下标访问并打印出第一个和最后一个元素，并使用len()函数输出列表的长度。教师活动：巡视指导，纠正学生在语法上的错误（如使用了中文括号或逗号），帮助学生加深理解。设计意图：通过从变量到列表的类比，帮助学生理解列表作为批量数据“容器”的必要性。将下标比喻为“房间号”，形象生动，易于学生理解和记忆。通过即时的动手实践，让学生亲身体验列表的创建和访问，将抽象概念转化为具体操作，巩固所学知识。（三）新知探究二：遍历列表——让计算机自动处理批量数据（预计用时10分钟）1.提出问题，引发思考教师活动：回到我们的气温数据daily_temps=[10,13,18,12]。现在，我们要计算这4个数的平均值。最直接的方法是什么？引导学生写出表达式avg=(daily_temps[0]+daily_temps[1]+daily_temps[2]+daily_temps[3])/4。教师肯定这种方法，但同时提出挑战：“如果数据不是4个，而是40个、400个呢？用这种方法写程序，代码会变得极其冗长，而且一旦数据个数变化，程序就必须修改。有没有一种更聪明的办法，让计算机自己一个一个地去取数，然后累加起来？”2.学习列表遍历的两种方法【核心·难点】教师讲解：所谓遍历，就是按照一定的顺序，对列表中的每个元素都访问一次。Python提供了灵活的方式来实现遍历。方法一：使用for循环直接遍历元素【推荐】板书/PPT展示：pythondaily_temps=[10,13,18,12]total=0初始化累加器fortempindaily_temps:每次循环，将列表中的一个元素赋值给变量temptotal=total+temp将当前气温累加到total中print("总和是：",total)avg=total/len(daily_temps)print("日平均气温是：",avg)教师强调：fortempindaily_temps:这种写法非常简洁，它自动从列表的第一个元素开始，依次取出赋值给temp，直到最后一个元素。循环体内部的代码对每个取出的元素进行操作。方法二：通过下标遍历【基础】板书/PPT展示：pythondaily_temps=[10,13,18,12]total=0foriinrange(len(daily_temps)):...的值依次为0,1,2,...,len(daily_temps)1total=total+daily_temps[i]通过下标i访问列表元素print("总和是：",total)avg=total/len(daily_temps)print("日平均气温是：",avg)教师讲解：range(len(daily_temps))生成了一个从0到列表长度减1的数字序列，循环变量i依次取这些值，作为下标来访问列表中的每个元素。这种方法比直接遍历稍微复杂，但它在需要知道元素位置（如下标）进行操作时非常有用。3.使用内置函数简化计算【重要·高频考点】教师活动：提出问题，“其实，Python中已经内置了非常方便的函数来帮我们完成求和与求长度的操作，我们不必每次都自己写循环累加。”引出sum()和len()函数。板书/PPT展示：pythondaily_temps=[10,13,18,12]total=sum(daily_temps)直接计算列表中所有数字的和count=len(daily_temps)获取列表元素个数avg=total/countprint("使用内置函数计算的平均气温是：",avg)教师强调：善于利用Python丰富的内置函数，可以极大提高编程效率。这也是Python语言简洁、高效的特点之一。同时，也可以提一下max(daily_temps)和min(daily_temps)可以分别获取最高温和最低温。4.学生实践：计算小组平均身高学生活动：使用自己刚才创建的class_names列表，再创建一个对应的group_heights列表（例如group_heights=[172,168,175,180]），分别使用“下标遍历法”和“内置函数法”计算并输出本小组的平均身高。要求代码规范，有必要的注释。教师活动：巡回指导，重点关注学生对循环边界、累加器初始化等关键点的掌握情况，并鼓励已完成的学生尝试输出小组最高和最低身高。设计意图：通过对比“笨办法”和“聪明办法”，强烈地激发学生对算法效率的追求。两种遍历方法的讲解，既满足了基础认知，又为不同层次的学生提供了选择。内置函数的引入，让学生感受Python生态的强大。实践任务与前面的列表创建无缝衔接，让学生在熟悉的语境中巩固新知，实现知识的内化和技能的形成。（四）新知探究三：封装代码——函数的定义与调用（预计用时10分钟）1.引入函数概念【难点】教师活动：假设我们现在不仅要计算一天的日平均气温，还要计算整个七月（31天）的日平均气温，并且分别输出。如果按照刚才学的方法，我们需要为每一天都写一遍求平均值的代码吗？显然不能。这样会产生大量重复的代码，程序变得臃肿且难以维护。为了解决这个问题，我们可以把“计算一组数据的平均值”这个功能单独提取出来，封装成一个独立的代码块，给它起个名字。当我们需要这个功能时，只需要通过这个名字来调用它就可以了。这个独立的代码块，就叫函数47。2.学习函数的定义教师讲解：使用def关键字来定义一个函数。基本语法如下：pythondef函数名(形式参数):"""函数的文档字符串，说明函数的功能"""函数体return返回值结合本例，定义一个可以计算任何列表平均值的函数calculate_average4：pythondefcalculate_average(data_list):"""接收一个包含数字的列表，返回其算术平均值"""iflen(data_list)==0:简单判断，避免除零错误return0total=sum(data_list)average=total/len(data_list)returnaverage教师详细解释每个部分：def：定义函数的关键字。calculate_average：函数名，应该能体现函数的功能。(data_list)：括号里的data_list是形式参数（形参），它是一个占位符，用于接收将来调用函数时传入的实际数据（比如我们的气温列表）。..."..."""：文档字符串，对函数功能进行说明，是好习惯。returnaverage：return语句用于结束函数，并将average的值返回给调用者。调用者可以用一个变量来接收这个返回值4。3.学习函数的调用教师讲解：定义好函数后，就可以在需要的地方调用它了。调用函数就是使用函数名并传入实际参数（实参）4。板书/PPT展示：```python定义函数（如上）defcalculate_average(data_list):......函数体调用函数，计算日平均气温day1_temps=[10,13,18,12]avg1=calculate_average(day1_temps)day1_temps是实际参数（实参）print("第一天的平均气温是：",avg1)调用函数，计算另一个列表的平均值day2_temps=[15,19,22,17]avg2=calculate_average(day2_temps)print("第二天的平均气温是：",avg2)甚至可以直接传入一个列表常量avg3=calculate_average([20,21,19,23])print("第三天的平均气温是：",avg3)```教师强调：调用函数时，程序流程会跳转到函数内部执行，执行完return后，带着返回值回到调用处继续执行。函数的定义必须发生在调用之前。4.学生实践：封装求最大最小值函数学生活动：参照calculate_average函数的定义，尝试自己定义一个名为get_max_min的函数，该函数也接收一个数字列表作为参数。在函数内部，使用max()和min()函数求出列表的最大值和最小值，并用return语句将这两个值返回（提示：可以返回一个包含最大值和最小值的列表或元组，例如return[max_val,min_val]）。然后创建一个测试列表，调用该函数并打印结果。教师活动：指导学生在函数定义时正确处理返回值。对于能力强的学生，可以引导他们思考如何让一个函数返回两个值（如使用元组）。设计意图：以“避免代码重复”为切入点，自然地引出函数的必要性，符合学生的认知逻辑。对函数定义和调用的讲解细致入微，结合具体例子，降低理解难度。让学生模仿定义新函数，是对所学知识的即时应用和迁移，不仅能加深对函数概念的理解，还能培养其模块化编程的初步意识。此环节是突破本课时难点的重要步骤。（五）综合应用：挑战“月平均气温”计算（预计用时6分钟）1.任务发布教师活动：现在，我们已经掌握了处理批量数据的所有关键技能。让我们迎接一个更具挑战性的任务：假设我们已经得到了某城市七月份前七天的日平均气温数据（即july_avg_temps列表），请计算并输出这七天的月平均气温（即这七个数的平均值）。要求必须使用今天定义的calculate_average函数来完成计算7。提供数据：july_avg_temps=[25.3,26.1,24.8,27.4,28.0,26.9,27.8]2.学生探究与协作学生活动：独立思考，在Python环境中编写代码完成任务。过程中可以查阅教材和自己的笔记，也可以与邻座同学小声讨论。完成任务后，尝试修改列表中的数据（增加或减少几天），验证函数的通用性。3.成果展示与交流教师活动：邀请几位完成较快的学生，通过电子白板展示他们的代码和运行结果。请他们讲解自己的思路，特别是在调用函数时是如何做的。预设学生代码：```pythondefcalculate_average(data_list):iflen(data_list)==0:return0returnsum(data_list)/len(data_list)july_avg_temps=[25.3,26.1,24.8,27.4,28.0,26.9,27.8]july_average=calculate_average(july_avg_temps)print("七月份前七天的月平均气温为：",round(july_average,2))```教师点评：肯定学生代码的简洁性和正确性，特别表扬那些能写出健壮性判断（如空列表处理）的学生。强调函数calculate_average的通用性——它完全不关心传入的列表叫july_avg_temps还是其他名字，只关心对列表进行计算。这正是函数的核心价值：抽象与复用。设计意图：设置一个有梯度、有真实感的综合任务，将本课时的知识点（列表、遍历、函数）进行串联和整合，促使学生融会贯通。要求学生必须使用自定义函数，是对函数调用这一难点的强化训练。通过成果展示与交流，不仅能检验学习效果，还能让学生体验成功的喜悦，并学习同伴的优秀思路，营造良好的学习氛围。（六）课堂总结与拓展延伸（预计用时2分钟）（一）课堂小结教师活动：引导学生一起回顾本节课的核心内容。知识层面：我们学习了一种表示批量数据的神器——列表；掌握了通过下标和循环遍历列表的方法；还学会了使用内置函数高效处理列表数据。思想层面：更重要的是，我们迈出了从处理单个数据到处理批量数据的一大步，并学习了函数封装的思想，这是编写高质量、可维护代码的重要基石。（二）拓展与思考教师活动：提出一个开放性问题。“我们今天处理的气温数据都是已经存在列表里的。假如这些数据是存储在一个名