高中资讯课程教学活动设计.docx

.高中資訊課程教學活動設計壹、課程說明單元名稱程式語言與邏輯（二）（三）教學時間4小時教案設計郭再興主題本章介紹程式語言的進階概念。1、介紹迴圏的概念與使用方法。2、藉由不同的數字問題，引導並培養學生利用迴圈解決問題的能力。3、介紹電腦鼠走迷宮的演算法 項目1、FOR迴圈（1）迴圈概念說明（2）語法介紹2、運用迴圈解題：（1）數列和（2）Armstrong數字問題（3）求解Fibonacci問題3、介紹電腦鼠走迷宮（1）介紹while迴圈的基本概念（2）堆疊概念以及堆疊函數使用練習（3）電腦鼠走迷宮演算法教學目標1、能了解迴圈的基本概念。2、能針對問題用迴圈設計解題流程，並化為可行的演算法。3、能針對已確定之演算法，以程式語言實作。4、能了解堆疊的基本概念。5、能設計老鼠走迷宮的程式。評量方式1、口頭問答2、課堂觀察3、隨堂或課後作業4、上機實作教材及參考資源貳、課程規劃課程內容能力指標一、迴圈介紹（50分鐘）（1）FOR迴圈介紹（2）練習以迴圈解決數字問題二、使用迴圈解題（50分鐘）（1）Armstrong數字問題（2）求解Fibonacci問題三、程式邏輯與設計的應用（100 分鐘）（1）介紹while迴圈的基本概念（2）堆疊概念以及堆疊函數使用練習（3）電腦鼠走迷宮演算法E-2-3能決定適合使用科技的時機，並選擇適當工具與科技資源來解決不同任務和問題。E-3-4能針對不同的研究主題，選擇與應用適當資訊工具和資源。E-4-3能正確選擇並運用資訊科技工具，以進行研究、分析資訊、解決問題和判斷決策。 F-4-3能使用資訊科技和同儕、專家或他人共同解決問題，以編輯、綜合、製作和傳播資訊、作品模型與其他創作。參、教學計畫程式語言與邏輯(二)教學活動（50分鐘）時間說明1、引起動機：為何需要使用迴圈 ?10分1、 為何需要使用迴圈 ?(1) 教師提出問題：求解 (2) 先請同學們提出解題的方法，可用計算機，、EXCEL、或程式語言撰寫程式均可。(3) 教師講解：設計程式時，經常會遇到某些程式要重複執行多次，若用複製/貼上雖可重複執行多次，但並非好方法，一般程式語言都會提供迴圏指令，以便重複執行多次。2、說明程式語言中迴圈的概念10分5分1、 以流程圖說明FOR迴圈的概念X=起始值終止條件?需要重複執行的程式 ： ：X 遞增否是迴圈終止迴圈繼續2、 介紹程式語言的語法，以BASIC為例FOR X=起始值 TO 終止值 STEP 遞增量 需要重複執行的程式 ：NEXT X 在上述語法中，X變數用來控制迴圈執行次數3、 舉例請同學說明迴圈執行次數 (1) FOR X=3 TO 8 STEP 1 ： NEXT X /補充說明 STEP 1 也可省略 (2) FOR X=-3 TO 5 STEP 2 ： NEXT X (3) FOR X=10 TO 0 STEP -2 ： NEXT X(1)3、練習使用 FOR 迴圈撰寫程式25分1、試求解 參考程式： DIM X, S AS INTEGER S=0 FOR X=1 TO 100 S=S+X NEXT X 其他類似題： 計算 1+4+7+100? 在1100的數字中，剔除1、3、5的倍數後，其餘數字總和為多少? 提醒學生務必使用DEBUG功能，程式運作流程，並解觀察變數值的變化。4、Armstrong 數字問題25分1、 教師先說明問題在三位的正整數中(abc)，若能滿足的條件，也就是各位數的立方和恰好是該數本身即為armstrong數，請寫程式找出所有的三位Armstrong數字。2. 提示學生可用迴圈來解題，另外提示如何取百位、十位、個位的方法，例如 X=259，則百位數為 (X/100) mod 10，十位數為 (X/10) mod 103. 由學生自行試著解題4. 教師在黑板上繪出解題流程，並逐一轉換成程式語言如下述： DIM X, V AS INTEGER FOR X=100 TO 999 V=(X/100) mod 10)3+(X/10)mod 10)3+(X mod 10)3 IF V=X THEN PRINT X NEXT X5. 請學生與自己的程式相比較，若使用其他方法請上台說明，若沒有寫出來的，請依照黑板上的解說，自行練習。5. Fibonacci問題25分1、教師先說明問題有一串數字，第一項是1，第二項是1，第三項為前兩項的和(2)，之後每項都是前兩項的和，符合上述規則的數列，即為費氏數列，試求數列的第50項、100項為多少。2. 提示學生可用迴圈來解題，由學生自行試著解題3. 教師在黑板上繪出解題流程，並逐一轉換成程式語言如下述： DIM N, X, F1, F2, F3 AS INTEGER X=1: N=50: F1=1: F2=1 FOR X=3 TO N F3=F1+F2 F1=F2: F2=F3 NEXT X PRINT F35. 請學生與自己的程式相比較，若使用其他方法請上台說明，若沒有寫出來的，請依照黑板上的解說，自行練習。程式語言與邏輯(三)教學活動（50分鐘）時間說明1. 引起動機：電腦鼠如何走迷宮?10分1、 許多電腦鼠走迷宮的資訊競賽，電腦鼠是如何找到正確的路徑，走出迷宮呢? ，教師可提供網站上有關電腦鼠的資料，以及比賽照片，引起學生好奇心。2、 敘述電腦鼠走迷宮的問題：若以二維陣列來描述迷宮如下例，0代表牆壁，1代表道路若指定起點座標(1,1) 終點座標(7,7)，問題就是要寫程式找出一條路徑走出迷宮。2. 討論思考如何解題10分1、 請學生思考若身陷迷宮中，該用何種策略找到出路，並各自發表。2、 歸納討論結果：(1)每走一步都將位置儲存起來(2)接下來向四個方向(上下左右)探索，如果有路的話，便向外探索。(3)走過的路，就不探索。3、 教師將演算法整理說明如下3. 堆疊概念以及使用方法5分5分20分1、 由於解題中需使用堆疊作為老鼠的記憶空間，因此教師先介紹堆疊先進後出(FILO)的概念C B ApushpopA B CC B A2、 教師說明堆疊的基本操作包含push、pop，以上圖為例，若有一串資料CBA依序push入堆疊中，內部資料儲存方式，以及使用pop將資料取出時，資料會以反序方式呈現，此為FILO之現象。3、 事先撰寫stack函式，包含:function pop( ) as integersub push(data as integer)function IsEmpty( ) boolean解說上述函數的使用方法以及使用效果，請同學試判斷下列程式執行結果，並上機實作觀察程式執行流程，以練習stack的概念 for X=1 to 5 push(X) next X While IsEmpty( )=false PRINT pop( ) Wend4. 講解詳細演算流程5分10分30分1、教師說明使用的資料結構 DIM maze(8,8) as Integer 內儲存迷宮地圖，1代表道路 DIM mark(8,8) as Integer 記錄已走過的路徑，1代表已走過。 DIM X, Y as Integer 代表老鼠所在位置(列、行) DIM D as Integer 記錄目前移動方向 DIM move(4,2) as Integer 記錄上、左、下、右該如何走 例如：如果老鼠要向上移動，則X=X+0：Y=Y-12、演算法說明， X=1 : Y=1 給定老鼠起始座標 D=1 代表由上開始依序試探各個方向的路 push(X,Y,D) 將目前鎖在位置的狀態紀錄至堆疊中 While IsEmpty=false 當堆疊不為空時，重複迴圈 (X,Y,D) = pop( ) 取出堆疊記憶中的資料 While D<=4 四個方向都要試試看NewX = X + Move(D,1) 試探新方向路徑的座標NewY = Y + Move(D,2)IF 新座標=終點 THEN 代表已走到終點 顯示老鼠所走過路徑(就是堆疊的內容) 程式終止ENDIFIF 新座標在地圖上可行 AND 新座標從未走過 THENpush(X,Y, D) 將現在位置記憶起來X = NewX : Y=NewY 踏入新座標Mark(NewX, NewY)=1 註記新座標已走過 D=0 ENDIF D=D+1 換個方向再試試看 Wend Wend3、以上過程先用虛擬碼的方式說明，讓同學們了解流程後，再逐行翻譯成對應的程式碼，請學生立即上機實作。5. 補充說明5分1. 補充說明電腦鼠的製作照片，撰寫好的程式經傳輸燒錄到微處理機內，其次控制機械部份做出反應，藉此說明微處理機在其中扮演的角色。本節課程介紹的是電腦鼠走迷宮的基本原理，但實際電腦鼠要能跑完全程，還需結合各項電機資訊的技術才行。2. 教師可再蒐集一些國內比賽的相關資料補充說明。附錄電腦鼠錦標賽說明電腦鼠是一種很精巧的電腦裝置，包括有車身底盤、驅動馬達、方向操控、感應器、控制邏輯來解迷宮、電池等。這種競賽是牽涉機電整合的綜合技術。從1980年，第一次的歐洲競賽在倫敦舉行。在100隊中，最後只剩9隻電腦鼠進行決賽。於1985年，第一次的世界電腦鼠競賽，在日本Tsubuka地區舉行，有來至歐洲和美國的隊伍。到今天，競賽仍在進步中。以國內為例，也比了超過10年以上。而且也加入其他的競賽項目，如機器螞蟻賽跑、機器人搬罐頭、機器人揰球等。尤其去年(2003)開始加入國中組。由網站上的資料顯示，今年將於12月25日，在南港高工競賽。競賽規則簡單說明如下：有關迷宮的規定：電腦鼠迷宮的單位方塊為18cmX18cm，整個迷宮由16X16個迷宮方塊組成。電腦鼠迷宮的外圍全部相連接起來，壁面的高度為5cm，厚度為1.2cm。電腦鼠機身部份的最大寬度為16.8cm。而迷宮的啟點在四個角落之一，而且必是三面包圍著牆的點。而整個迷宮的中央四格是作為終點之用。而有關比賽規則：電腦鼠由迷宮啟點出發最快達到終點(在迷宮的中心)者為第一名，餘依次類推。在此，或許你會懷疑，如果沒人到達終點時怎麼辦？依規定，就是由可以走到離終點最近的電腦鼠獲的。每個電腦鼠一般允許測試10分鐘。有時因為時間關係，可以限制為6分鐘。裁判有權請那些因為出現狀況較嚴重或無法繼續前進的電腦鼠，提前休息。以下為迷宮範例。 起點是左下角，終點為右下角*;