高中一年级信息技术教学设计：可以复用的代码-函数的定义与调用

高中一年级信息技术教学设计：可以复用的代码——函数的定义与调用一、教学基本信息本课选自教育科学出版社高中信息技术必修一《数据与计算》第二单元“编程计算”第四节“可以复用的代码”。授课对象为高一年级学生，建议安排两课时连排，共计九十分钟。本课承接前面“计算机解决问题的过程”“数据的计算”等内容，是学生从顺序结构、分支结构、循环结构走向结构化程序设计的关键节点，也是后续项目式学习中组织较大规模程序的基本功。课程标准对本部分内容的要求是：掌握一种程序设计语言的基本知识，使用程序设计语言实现简单算法，体验程序设计的基本流程。函数作为代码复用的核心机制，正是把算法思想工程化、结构化的载体。二、学情分析学生已经能够使用Python编写包含赋值、输入输出、条件判断和循环的小程序，解决问题的规模一般在十几行以内。问卷与前置作业的批阅显示，学生普遍存在三个典型问题。其一，面对多步骤任务时习惯平铺直叙，代码越写越长，出错后不知道从何处改起。其二，存在明显的“复制粘贴”行为，同一段计算逻辑在程序中反复出现，修改一处遗漏另一处，错误由此产生。其三，对“把一段代码包装起来反复使用”只有模糊的生活经验，缺乏参数、返回值等精确概念。学生的优势同样明显。高一学生抽象思维正处于快速发展期，数学课上已经接触过一次函数、二次函数中自变量与因变量的对应关系，这是理解程序中函数概念的天然锚点。多数学生对“做工具给自己用”这件事有天然兴趣，只要情境恰当，学习内驱力不难调动。三、教学目标知识目标：理解代码复用的意义，能用自己的语言说明函数的概念；掌握函数定义、函数调用、形式参数与实际参数、返回值的基本语法；知道Python内置函数、模块函数与自定义函数三个层次。能力目标：能在一个具体任务中识别可复用的代码片段，将其抽象为函数，并通过参数设计让该函数适用于多种情形；能通过阅读函数名和注释理解他人代码，初步形成模块化思维。素养目标：在“把重复劳动交给机器”的实践中体会计算思维中的抽象与分解；在小组协作完善函数库的过程中形成共享与复用的工程意识；在对比“复制粘贴”与“函数封装”两种方案时建立对代码质量的判断标准。教学重点：函数的定义与调用机制，参数与返回值的作用。教学难点：形式参数与实际参数的区别；变量在函数内外的可见范围；何时应当把一个代码片段提炼为函数的判断依据。四、教学准备机房安装Python3.x环境，预装教学用代码编辑器。教师准备三个半成品程序作为课堂素材：第一个是不使用函数、包含大量重复代码的“班级成绩统计”程序；第二个是用函数重写的同一功能程序；第三个是故意设置了参数传错、返回值缺失等典型错误的调试任务包。学习平台发布课堂任务单，每生一台可以运行Python的计算机，四人组成一个学习小组，组内预设程序员、测试员、记录员、汇报员四种角色，角色在第二课时轮换。五、教学过程（一）情境导入：复制粘贴的代价上课伊始，教师在大屏幕上展示一个真实情境：学校运动会临近，体育组委托编程社团开发一个小工具，输入若干名运动员三项比赛的成绩，分别计算每项的平均分、最高分，并输出达标人数。教师现场运行素材一，程序正确输出了结果。接着教师做一件事：把程序源代码投影出来，请学生默读两分钟，并回答一个问题——这份代码给你什么感觉。学生通常会说“长”“乱”“好多地方长得一样”。教师顺势用高亮标出三处几乎完全相同的求平均值代码段、两处雷同的统计代码段，请学生数一数重复出现了几次。教师追问：如果体育老师临时改主意，平均分的计算规则从“除以总人数”改为“去掉一个最高分再取平均”，这份代码要改几处。学生很快发现要改三处，而且极易漏改。教师现场演示只改两处、遗漏一处之后运行程序，三件项目的口径不一致，结果出现隐蔽错误，肉眼很难察觉。此刻教师点题：问题不在于这位同学不认真，而在于“复制粘贴”这种生产方式本身不可靠。今天的任务就是学习一种把代码“做成零件、随取随用”的方法，让同一段逻辑只写一次。板书课题：可以复用的代码——函数。设计意图在于让学生先体验痛感再接触方案。函数不是语法条目，而是对真实困境的回应，这个认知起点决定整节课的走向。（二）新知建构第一环节：认识已有的“零件”教师不急于讲自定义函数，而是先带学生盘点已经用过的函数。print、input、int、len、range，这些名字学生早已熟悉。教师提出一个此前从未追问的问题：这些名字背后是什么。学生讨论后教师揭示：每一个名字背后都是一段别人写好、封装妥当的代码，我们从未见过print的内部实现，却每天都在放心使用它，这就是复用。教师布置三分钟的微任务：在交互式环境中依次执行help(len)、help(round)，阅读简要说明，并用自己的话向同桌转述len函数“吃什么、吐什么”。学生转述时自然说出“给它一个列表，它返回一个数”，教师把这句话提炼为术语：给它的是输入，叫参数；吐出来的是输出，叫返回值；调用的动作，就是让这段封装好的代码运行一次。随后引入第二层复用：模块。教师演示两行代码，第一行importmath，第二行math.sqrt(2)，得到1.414……。教师说明：有些零件使用频率没那么高，Python把它们分类存放在仓库里，用的时候先import把仓库搬出来。学生在任务单上完成填空：使用math模块计算半径为5的圆面积，写出表达式math.pi乘以5的平方并运行验证。这一环节用时约十分钟，目的是建立“内置函数—模块函数—自定义函数”的层次图景，让学生意识到自定义函数不是全新事物，而是把“别人造零件、我来用”升级为“自己造零件、大家用”。（三）新知建构第二环节：定义第一个函数教师以运动会情境中的求平均值为例，现场逐行敲出函数定义，边敲边讲解每一部分的职责。第一行defaverage(scores)，def是“我要定义一个函数”的宣告，average是给这段代码起的名字，圆括号里的scores是它接受的输入，称为形式参数。第二行起缩进的语句是函数体，完成求和、除以个数、return结果三件事。return一词教师特别强调：它把结果交还给调用者，同时结束函数。教师用一个生活类比固化概念：函数像一台榨汁机，参数是从投料口放进去的水果，return是从出口流出来的果汁，函数体是机器内部的刀片和电机。机器盖着盖子，使用者只需关心投什么料、接什么汁。学生动手环节：打开任务单中的模板文件，补全一个名为find_max的函数，要求接受一个成绩列表，返回最高分。基础薄弱的学生可以参照黑板上的average函数对照书写，学有余力的学生尝试不用内置函数max，用循环自行实现。教师巡视，重点关注两类典型错误：忘记写return导致函数返回None；把函数体顶格书写导致缩进错误。发现后将典型错误拍照投屏，由犯错学生本人讲解错因，其他同学补充。函数定义完成后，教师演示调用：在主程序中写下avg=average([85,92,78])，再print(avg)。教师设计一个关键提问：scores和[85,92,78]是什么关系。学生经过讨论明确：scores是机器内部对进料的称呼，是形式参数；调用时传入的真实数据是实际参数；调用那一刻，实际参数的值被交给了形式参数。教师用箭头图在黑板画出两者的对应关系，避免学生误以为两者必须同名。（四）难点突破：变量的“活动范围”教师抛出一个精心设计的冲突场景。修改average函数，在函数体内增加一行total=0再累加求和，然后在主程序中执行print(total)。学生预测能打印出总分，实际运行却报错：name'total'isnotdefined。教室里出现短暂的疑惑声，这正是教学期待的反应。教师不直接解释，而是给出三个对照实验让学生两人一组动手验证：实验一，在函数内打印函数内定义的变量，成功；实验二，在函数外打印函数内定义的变量，报错；实验三，在函数外先定义total=100，再在函数内打印total，能读到100。学生记录三组现象，尝试归纳规律。小组汇报后教师总结：函数是一台带盖子的机器，内部新定义的变量只在机器运转期间存在，机器停了它们就消失，这叫局部变量；函数外定义的变量是全局的，函数内可以读取。函数与外界交换数据的正规通道只有两条——参数进，return出。教师特别提醒：初学者常犯的一个毛病是让函数直接打印结果而不return，看似省事，实则把数据锁死在了屏幕里，后续程序无法继续使用这个值。求出结果要return，展示结果才print，两者职责分明。（五）实践任务：重构运动会成绩程序这是本课时的核心环节，时间约二十分钟。每组领取任务：把素材一中那份充满重复代码的程序，用函数重写。任务单给出分层要求。基础层：提炼出average、find_max、count_pass三个函数，主程序通过调用它们完成全部统计，重写后的代码总行数应显著下降。进阶层：为每个函数书写一行注释，说明参数含义与返回值；思考能否把“输入一组成绩”也封装成函数，让三个项目的输入也复用同一段代码。挑战层：把三个函数存入一个名为sports.py的文件，在主程序中importsports后以sports.average的方式调用，体验“自己造的模块”。小组内角色各司其职：程序员主键盘，测试员负责构造测试数据，例如空列表、全部相同成绩等边界情形，记录员在任务单上登记每处改动及理由，汇报员准备两分钟的发言。教师巡视时以追问代替给答案：这一处循环要不要进函数。判断标准是什么。引导学生自己说出“凡是可能用第二次的、逻辑相对独立的一段代码，都值得封装”。巡视中教师有意收集两种代表性成果：一种是函数划分合理、主程序清爽如提纲的作品；另一种是把所有代码一股脑塞进一个巨型函数、换汤不换药的作品，留作点评素材。（六）展示评议与提炼两组代表各用两分钟展示。第一组展示后，教师指着屏幕上的主程序请全班观察：main部分的每一行几乎都是一个函数调用加一处输出，读主程序就像读流程图，细节被藏进了函数内部——这正是结构化程序设计追求的样子，先看清骨架，再深究血肉。第二组展示“巨型函数”版本时，教师不评判优劣，只问一个问题：如果下学期运动会新增一个项目，这两份程序哪份好改。学生自己得出结论：函数不是把代码挪个位置，而是按职责切分，每个函数只做一件事，做好一件事。教师带领全班提炼出三条代码复用的判断口诀，由学生记录：写了第二遍，就想函数；一个函数，只干一件事；进门靠参数，出门靠return。同时板书函数学习的三个层次：会用别人的函数，会写自己的函数，会把自己的函数打包成模块给别人用。（七）第二课时：参数进阶与综合应用第二课时以复习检测开场。学习平台推送三道小题：阅读一段含函数定义的代码预测输出；找出一处“忘记return”的错误；写出调用check_score(92,60)时实参与形参的对应关系。平台即时给出正确率统计，教师针对错误集中的题目讲评。随后引入参数的两个进阶形态。其一，缺省参数。教师提出需求：达标线大多数时候是60分，偶尔是75分，难道要写两个函数。演示定义defcount_pass(scores,line=60)，说明line有默认值，调用时可传可不传。学生立刻体会到这一设计的体贴。其二，返回多个值。教师提问：一个函数能否既返回平均分又返回最高分。学生猜测后教师展示returnavg,top，并演示用a,b=stat(scores)接收，说明这实质上是把多个值打包返回。综合任务为小组项目“班级体质健康小助手”的雏形搭建。任务要求：程序能录入若干名学生的身高体重，封装bmi函数计算体质指数，封装evaluate函数根据指数给出等级判断，主程序循环调用并输出每人结果与全班平均。鼓励各组扩展：有的组用缺省参数区分男女生标准，有的组把函数存入独立模块，有的组为函数添加了异常输入的防护。项目进行中安排一次“代码走查”：各组测试员带任务单轮换到邻组，只读代码不运行，根据函数名、注释与调用结构推断程序功能，并写下推断结果交还原组验证。这一活动直指“代码是写给人看的，顺便让机器执行”这一理念，学生惊讶地发现，函数命名恰当、结构清晰的程序，不运行也能读懂大半。课时尾声进行课堂小结，由学生完成。教师给出三个句式引子：今天之前我以为……，现在我知道……，我还想弄懂……。随机点三名学生口头接续。学生的表达中出现了“函数像乐高积木”“参数是函数的菜单”等鲜活比喻，教师将其记录在教室后墙的“概念生长栏”中，作为后续课程的学习痕迹。六、板书设计主板书分三区自左向右展开。左区：问题——重复代码的危害，改一处漏一处。中区：方案——函数，定义用def，调用用函数名加括号，参数进、return出，附榨汁机简图。右区：层次——内置函数、模块函数、自定义函数、自制模块。副板书生成本课口诀三行，课后留白处补充课堂中学生提出的精彩比喻。七、作业设计基础作业：完成学习平台上的函数语法巩固题组，共八题，包含读代码写输出、改错、补全函数三种题型。实践作业：用函数重写自己两个月前提交的某一份旧程序，提交新旧两版并附一段一百字左右的比对说明，谈谈重写过程中删掉重复代码的具体位置与感受。重读旧代码、亲手改良，比做新题更能巩固复用意识。拓展作业：查阅mat