义务教育版（2024）五年级信息科技 第30课 生命游戏的算法 教案
文档属性
| 名称 | 义务教育版（2024）五年级信息科技 第30课 生命游戏的算法 教案 |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 872.9KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 义务教育版 | ||
| 科目 | 信息技术（信息科技） | ||
| 更新时间 | 2025-01-17 11:13:55 | ||
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文档简介
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第30课 生命游戏的算法 教学设计
课题 生命游戏的算法 单元 第八单元 学科 信息科技 年级 五年级
教材分析 【学情分析】人工智能正逐步走进我们的生活。在各种各样的人工智能应用中，算法起到了关键的作用。人工智能中的算法是实现各种智能功能的核心，它们通过分析和处理数据，为社会生活带来更多的便利和创新。人工智能算法能够通过分析大量数据，进行自主决策和预测。例如，在智能家居中，算法可以根据用户的历史行为和习惯，自动调整与控制智能冰箱、智能电视、智能洗衣机、智能灯具、智能厨具等家居设备的设置，提高使用的舒适性和便捷性。图像识别、语音识别等算法使得人工智能系统能够准确地识别图像中的物体、人物以及语音中的指令，便于进一步的处理与控制。这些算法在安全防范、医疗健康、自动驾驶、工业生产、农业种植等领域都有广泛的应用。例如，广泛使用的人脸识别、物体检测等，都是通过图像识别算法实现的。自然语言处理算法使得人工智能系统能够理解和生成自然语言文本，从而实现智能客服、智能翻译等功能，提高了人机交互的效率，使人们能够自然地与机器人聊天。各种优化与搜索算法，在人工智能中用于解决各种优化问题和寻找最优解，在机器人路径规划、物流管理等方面发挥着重要作用。生成式人工智能是一种可以生成新的创意内容的算法，包括文本、图像、音频、视频等各类作品。生成式人工智能模型基于大规模数据进行训练，通过学习数据中的模式并使用这些模式生成新的输出。生成式人工智能正在加速工作与创新的进程，带来更多自动化服务，提高社会生产力，推动社会的进步。随着技术的不断发展与创新应用，新的算法和模型将不断涌现，为人工智能的应用提供更加广阔的发展空间。在前面的学习中，我们已经认识了很多算法，本单元从应用的角度，引导学生了解人工智能领域中一些算法的初步知识。【内容结构】
学习目标 1. 信息意识：在问题求解过程中，有意识地寻求恰当的算法解决问题，尝试利用算法解决现实生活中的问题。2. 计算思维：验证解决方案，反思问题解决的过程和方法，并对其进行优化。3. 数字化学习与创新：按照任务需求，运用信息科技获取、加工、管理学习资源，开展数字化探究和创新活动。4. 信息社会责任：初步具备数据安全防护能力，能保护个人及他人隐私，自觉维护网络安全和数据安全。
重点 生命游戏中的算法规则。
难点 生命游戏中的算法规则。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
激趣导入 【趣味故事】在遥远的数字王国里，有一片神秘的土地。在这片土地上，生活着一群特殊的 “居民”。它们没有实体的身体，却有着自己的生存法则。有一天，一个勇敢的小数字探险家来到了这片土地，他发现这些 “居民” 的生活方式非常奇特，它们的诞生、繁衍和消亡都遵循着一套神秘的规律。同学们，你们想不想知道这个规律是什么？【建构】这个规律就是我们今天要学习的生命游戏算法。让我们跟随小数字探险家的脚步，一起去揭开这个神秘算法的秘密 。 思考、注意 吸引学生的注意力，激发学生的学习兴趣，引发学生思考。
学习活动 【学习活动1】一、生命游戏中的算法规则最初的生命游戏模拟的是一种原始形态的“生命”如何按照特定的规则一代接一代地进行演化，并由此得名。在生命游戏中，有很多小方块，每个小方块都有两种状态。我们可以把这些小方块看作是灯泡，两种状态分别对应着灯泡的“点亮”或“熄灭”。游戏开始时，在一个平面网格中，可以设置若干个点亮的灯泡，表示原始状态的“初始构型”，下图所示就是一个初始构型的例子。接着设定表示进化的“代”数，这两个部分构成算法的输入。生命游戏的算法规则（即进化规则）可以归纳为两条。规则 1 ：一个点亮的灯泡周围有 2 个或 3 个点亮的灯泡，就会继续点亮；它周围有少于 2 个或多于 3 个点亮的灯泡，就会熄灭。 例如，下图中心位置的灯泡，用规则 1 来检查它周围的状态，也就是作用规则 1，发现它仍然可以保持点亮状态。 规则 2：一个熄灭的灯泡周围刚好有 3 个点亮的灯泡，才会被点亮。否则，它周围有少于 3 个或多于 3 个点亮的灯泡，就会保持熄灭状态。例如，下图中心位置的灯泡，作用规则 2 后保持熄灭状态。【注意】作用规则到指定的代数后进化就会停止，停止之后的网格构型就可以认为是算法的输出。【学习活动2】二、体验生命游戏进化规则 以下图中的 4 个初始构型为例，进一步学习了解如何作用这些规则。*（注：图中的绿色方格代表点亮状态，空白代表熄灭状态）第 1 步：把图中的 4 个构型作用于进化规则，完成第一代进化。例如，左上角的构型有三个点亮的灯泡，作用规则 1 后，一个继续点亮、两个变成熄灭状态。同时作用规则 2 后中间一个被点亮。 图中的橙色和蓝色用来临时表示进化的过程，橙色方格表示该位置即将由点亮变为熄灭，蓝色表示该位置即将由熄灭变成点亮。下图是对 4 个初始构型分别作用一轮进化规则后的状态。第 2 步：把第一代进化的结果作为初始构型，继续作用进化规则，就会得到第二代、第三代，也会产生一些更有趣的现象。例如，对第一代进化后右下角的构型继续作用规则，得到第二代、第三代的进化结果，如下图所示。【想一想】同学们，到现在为止，你们有没有发现什么规律？可以发现，从第三代开始，这个构型就会保持不变，稳定下来。【小试牛刀】继续用其他几个构型尝试，观察发生的变化。【学习活动3】三、试玩“生命游戏”程序【玩一玩】第 1 步：打开“生命游戏”的 Python 程序。第 2 步：运行这个程序，试着玩一玩。第 3 步：观察、体会游戏中的算法及其进化规则。【附——参考程序】 听讲、思考、讨论 教师通过讲授课程内容，向学生传授知识。学生通过听讲和观察，学习基础知识。另外，通过提问等方式引发学生思考，培养其思考和分析问题的能力。
课堂小结 知识回顾 对课堂知识进行总结和梳理，帮助学生更好地理解和掌握所学内容。
拓展-提升 使用生成式人工智能工具，输入下面的语句，阅读获得的内容，进一步了解生命游戏的规则。为我解释生命游戏，要有简单的说明性实例，适合青少年阅读。 巩固、拓展 通过拓展，帮助学生巩固、延伸所学内容，强化对所学知识的掌握。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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第30课 生命游戏的算法 教学设计
课题 生命游戏的算法 单元 第八单元 学科 信息科技 年级 五年级
教材分析 【学情分析】人工智能正逐步走进我们的生活。在各种各样的人工智能应用中，算法起到了关键的作用。人工智能中的算法是实现各种智能功能的核心，它们通过分析和处理数据，为社会生活带来更多的便利和创新。人工智能算法能够通过分析大量数据，进行自主决策和预测。例如，在智能家居中，算法可以根据用户的历史行为和习惯，自动调整与控制智能冰箱、智能电视、智能洗衣机、智能灯具、智能厨具等家居设备的设置，提高使用的舒适性和便捷性。图像识别、语音识别等算法使得人工智能系统能够准确地识别图像中的物体、人物以及语音中的指令，便于进一步的处理与控制。这些算法在安全防范、医疗健康、自动驾驶、工业生产、农业种植等领域都有广泛的应用。例如，广泛使用的人脸识别、物体检测等，都是通过图像识别算法实现的。自然语言处理算法使得人工智能系统能够理解和生成自然语言文本，从而实现智能客服、智能翻译等功能，提高了人机交互的效率，使人们能够自然地与机器人聊天。各种优化与搜索算法，在人工智能中用于解决各种优化问题和寻找最优解，在机器人路径规划、物流管理等方面发挥着重要作用。生成式人工智能是一种可以生成新的创意内容的算法，包括文本、图像、音频、视频等各类作品。生成式人工智能模型基于大规模数据进行训练，通过学习数据中的模式并使用这些模式生成新的输出。生成式人工智能正在加速工作与创新的进程，带来更多自动化服务，提高社会生产力，推动社会的进步。随着技术的不断发展与创新应用，新的算法和模型将不断涌现，为人工智能的应用提供更加广阔的发展空间。在前面的学习中，我们已经认识了很多算法，本单元从应用的角度，引导学生了解人工智能领域中一些算法的初步知识。【内容结构】
学习目标 1. 信息意识：在问题求解过程中，有意识地寻求恰当的算法解决问题，尝试利用算法解决现实生活中的问题。2. 计算思维：验证解决方案，反思问题解决的过程和方法，并对其进行优化。3. 数字化学习与创新：按照任务需求，运用信息科技获取、加工、管理学习资源，开展数字化探究和创新活动。4. 信息社会责任：初步具备数据安全防护能力，能保护个人及他人隐私，自觉维护网络安全和数据安全。
重点 生命游戏中的算法规则。
难点 生命游戏中的算法规则。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
激趣导入 【趣味故事】在遥远的数字王国里，有一片神秘的土地。在这片土地上，生活着一群特殊的 “居民”。它们没有实体的身体，却有着自己的生存法则。有一天，一个勇敢的小数字探险家来到了这片土地，他发现这些 “居民” 的生活方式非常奇特，它们的诞生、繁衍和消亡都遵循着一套神秘的规律。同学们，你们想不想知道这个规律是什么？【建构】这个规律就是我们今天要学习的生命游戏算法。让我们跟随小数字探险家的脚步，一起去揭开这个神秘算法的秘密 。 思考、注意 吸引学生的注意力，激发学生的学习兴趣，引发学生思考。
学习活动 【学习活动1】一、生命游戏中的算法规则最初的生命游戏模拟的是一种原始形态的“生命”如何按照特定的规则一代接一代地进行演化，并由此得名。在生命游戏中，有很多小方块，每个小方块都有两种状态。我们可以把这些小方块看作是灯泡，两种状态分别对应着灯泡的“点亮”或“熄灭”。游戏开始时，在一个平面网格中，可以设置若干个点亮的灯泡，表示原始状态的“初始构型”，下图所示就是一个初始构型的例子。接着设定表示进化的“代”数，这两个部分构成算法的输入。生命游戏的算法规则（即进化规则）可以归纳为两条。规则 1 ：一个点亮的灯泡周围有 2 个或 3 个点亮的灯泡，就会继续点亮；它周围有少于 2 个或多于 3 个点亮的灯泡，就会熄灭。 例如，下图中心位置的灯泡，用规则 1 来检查它周围的状态，也就是作用规则 1，发现它仍然可以保持点亮状态。 规则 2：一个熄灭的灯泡周围刚好有 3 个点亮的灯泡，才会被点亮。否则，它周围有少于 3 个或多于 3 个点亮的灯泡，就会保持熄灭状态。例如，下图中心位置的灯泡，作用规则 2 后保持熄灭状态。【注意】作用规则到指定的代数后进化就会停止，停止之后的网格构型就可以认为是算法的输出。【学习活动2】二、体验生命游戏进化规则 以下图中的 4 个初始构型为例，进一步学习了解如何作用这些规则。*（注：图中的绿色方格代表点亮状态，空白代表熄灭状态）第 1 步：把图中的 4 个构型作用于进化规则，完成第一代进化。例如，左上角的构型有三个点亮的灯泡，作用规则 1 后，一个继续点亮、两个变成熄灭状态。同时作用规则 2 后中间一个被点亮。 图中的橙色和蓝色用来临时表示进化的过程，橙色方格表示该位置即将由点亮变为熄灭，蓝色表示该位置即将由熄灭变成点亮。下图是对 4 个初始构型分别作用一轮进化规则后的状态。第 2 步：把第一代进化的结果作为初始构型，继续作用进化规则，就会得到第二代、第三代，也会产生一些更有趣的现象。例如，对第一代进化后右下角的构型继续作用规则，得到第二代、第三代的进化结果，如下图所示。【想一想】同学们，到现在为止，你们有没有发现什么规律？可以发现，从第三代开始，这个构型就会保持不变，稳定下来。【小试牛刀】继续用其他几个构型尝试，观察发生的变化。【学习活动3】三、试玩“生命游戏”程序【玩一玩】第 1 步：打开“生命游戏”的 Python 程序。第 2 步：运行这个程序，试着玩一玩。第 3 步：观察、体会游戏中的算法及其进化规则。【附——参考程序】 听讲、思考、讨论 教师通过讲授课程内容，向学生传授知识。学生通过听讲和观察，学习基础知识。另外，通过提问等方式引发学生思考，培养其思考和分析问题的能力。
课堂小结 知识回顾 对课堂知识进行总结和梳理，帮助学生更好地理解和掌握所学内容。
拓展-提升 使用生成式人工智能工具，输入下面的语句，阅读获得的内容，进一步了解生命游戏的规则。为我解释生命游戏，要有简单的说明性实例，适合青少年阅读。 巩固、拓展 通过拓展，帮助学生巩固、延伸所学内容，强化对所学知识的掌握。
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