資源簡介

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第30課 生命游戲有規則 教學設計
課題 生命游戲有規則 單元 第八單元 學科 信息科技 年級 五年級
教材分析 本節課義務教育版五年級全一冊信息技術教材的第30課 生命游戲有規則。本課程以康威的“生命游戲”（Conway's Game of Life）為核心，通過這一經典的細胞自動機模型，引導學生探索生命現象的模擬、算法規則的理解以及計算機程序的實現。生命游戲以其簡潔的規則和豐富的動態變化，為學生提供了一個既有趣又富有挑戰性的學習平臺，有助于培養學生的信息意識、計算思維、數字化學習與創新能力以及信息社會責任。
學習目標 1.信息意識：培養對信息社會中數字模擬現象的認識，理解生命游戲作為信息表達方式的獨特價值。2.計算思維：通過生命游戲的探索，發展邏輯思維、算法思維和問題解決能力，學會識別和應用簡單的算法規則。3.數字化學習與創新：利用計算機工具（如圖形化編程軟件）模擬生命游戲，進行創造性的編程嘗試，培養創新思維。4.信息社會責任：通過討論生命游戲與現實世界的聯系，思考數字技術的倫理和社會責任，形成健康的數字生活態度。
重點 理解生命游戲的基本規則，掌握如何通過編程實現生命游戲的模擬。
難點 理解細胞狀態變化的算法邏輯，將算法規則轉化為可執行的程序代碼。
教學過程
教學環節 教師活動 學生活動 設計意圖
導入新課 展示一些常見的益智游戲圖片，如數學游戲、科學游戲、編程游戲等。提問：你們玩過計算機中的益智游戲嗎？有什么樣的體驗呢？引出今天的主題：我們將學習一個特殊的計算機游戲——生命游戲。 學生認真聆聽、討論。 引發學生的興趣與思考。
講授新課 一、生命游戲中的算法規則介紹生命游戲的背景和概念：生命游戲是由英國數學家約翰·康威發明的一種細胞自動機，模擬生命演化的過程。解釋生命游戲的基本規則：每個小方塊有兩種狀態，點亮和熄滅。通過特定的規則，這些小方塊的狀態會發生變化。展示生命游戲的初始構型示例，解釋如何設置初始狀態。詳細講解生命游戲的進化規則通過圖示和動畫，演示生命游戲的演化過程。引導學生理解每一步的演化是如何發生的。二、體驗生命游戲進化規則組織學生分組討論，分享各自的演化結果。請各組代表上臺展示他們的演化過程和結果。引導學生總結生命游戲的特點和規律。三、運行生命游戲的程序運行“生命游戲”程序，觀察變化打開配套資源中名為“生命游戲”的Python程序。運行這個程序，試著玩一玩。觀察、體會游戲中的算法及其進化規則。 學生認真聆聽教師講解，積極參與討論；小組討論完成學習活動教師引導學生思考：積極參與小組討論，分享并討論自己的見解和發現。 激發學生的學習興趣，引導學生關注尋找解決問題的途徑與方法，以及解決問題并驗證結果等階段。通過互動討論。促進學生之間的交流與合作，加深對問題的理解和應用。
作業布置 使用生成式人工智能工具，輸入下面的語句，閱讀獲得的內容，進一步了解生命游戲的規則。為我解釋生命游戲，要有簡單的說明性實例，適合青少年閱讀。
課堂小結 1．生命游戲是一種簡單的生成式算法，即算法通過一定的規則作用到輸入，從而生成新的事物，即輸出。2．生命游戲中的算法是模擬生命演化的一般過程。3．對生命游戲的解釋還有很多適用的場境。例如，將一個較大網格視為熊貓樂園，各個方格中生活著一些熊貓。當一個方格點亮時表示這個方格中的熊貓處于活躍狀態，熄滅則表示處于安靜狀態。
板書 一、生命游戲中的算法規則二、體驗生命游戲進化規則三、運行生命游戲的程序
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第30課 生命游戲有規則
(義務教育版）五年級下冊
教學目標
1
新知導入
2
議一議
3
想一想
4
學一學
5
練一練
6
課堂總結
7
作業布置
8
1
教學目標
1.了解生命游戲的演化過程，通過圖示的方法，認識生命游戲中的算法規則。
2.通過簡單的游戲體驗，初步領會簡單規則也可能產生較復雜的模式。
2
新知導入
益智游戲通常設計得既有趣又可以學習知識與技能。
例如，數學游戲可以幫助我們練習基本運算，科學游戲可以幫助我們了解科學知識與原理，編程游戲通過算法控制計算機的執行過程，從而學習編程的知識與技能。
這一課來認識名為“生命游戲”的計算機游戲程序吧！
3
議一議
你玩過計算機中的益智游戲嗎？有什么樣的體驗呢？
4
想一想
益智游戲有怎樣的體驗？它是如何工作的？
5
學一學
一、生命游戲中的算法規則
最初的生命游戲模擬的是一種原始形態的“生命”如何按照特定的規則一代接一代地進行演化，并由此得名。
在生命游戲中，有很多小方塊，每個小方塊都有兩種狀態。我們可以把這些小方塊看作是燈泡，兩種狀態分別對應著燈泡的“點亮”或“熄滅”。
5
學一學
　　游戲開始時，在一個平面網格中，可以設置若干個點亮的燈泡，表示原始狀態的“初始構型”，右圖所示就是一個初始構型的例子。接著設定表示進化的“代”數，這兩個部分構成算法的輸入。
5
學一學
算法規則　生命游戲的算法規則（即進化規則）可以歸納為兩條。
　　
規則1：一個點亮的燈泡周圍有2個或3個點亮的燈泡，就會繼續點亮；它周圍有少于2個或多于3個點亮的燈泡，就會熄滅。
例如，右圖中心位置的燈泡，用規則1來檢查它周圍的狀態，也就是作用規則1，發現它仍然可以保持點亮狀態。
5
學一學
　　規則2：一個熄滅的燈泡周圍剛好有3個點亮的燈泡，才會被點亮。否則，它周圍有少于3個或多于3個點亮的燈泡，就會保持熄滅狀態。
　　例如，右圖中心位置的燈泡，作用規則2后保持熄滅狀態。
5
學一學
作用算法規則到指定的代數后進化就會停止，停止之后的網格“構型”就可以認為是算法的輸出。
5
學一學
二、體驗生命游戲進化規則
　　　　　　第1步：把圖中的4個構型作用于進化規則，完成第一代進化。　　
　　圖中的橙色和藍色用來臨時表示進化的過程，橙色方格表示該位置即將由點亮變為熄滅，藍色表示該位置即將由熄滅變成點亮。
　　例如，左上角的構型有三個點亮的燈泡，作用規則1后，一個繼續點亮、兩個變成熄滅狀態。作用規則2后，中間一個被點亮。
5
學一學
下圖是對4個初始構型分別作用一輪進化規則后的狀態。
5
學一學
　　第2步：把第一代進化的結果作為初始構型，繼續作用進化規則，就會得到第二代、第三代，也會產生一些更有趣的現象。
　　例如，對第一代進化后右下角的構型繼續作用規則，得到第二代、第三代的進化結果，如下圖所示。從第三代開始，這個構型就會保持不變，穩定下來。
第3步：繼續用其他幾個構型嘗試，觀察發生的變化。
5
學一學
三、運行生命游戲的程序
觀察體驗
　　運行“生命游戲”程序，觀察變化
　　1．打開配套資源中名為“生命游戲”的Python程序。
　　2．運行這個程序，試著玩一玩。
　　3．觀察、體會游戲中的算法及其進化規則。
5
學一學
觀察體驗
6
練一練
利用更大的網格設置更多的構型，繼續嘗試探究生命游戲的規則，加深對算法進化規則的理解。
7
課堂總結
1．生命游戲是一種簡單的生成式算法，即算法通過一定的規則作用到輸入，從而生成新的事物，即輸出。
2．生命游戲中的算法是模擬生命演化的一般過程。
3．對生命游戲的解釋還有很多適用的場境。例如，將一個較大網格視為熊貓樂園，各個方格中生活著一些熊貓。當一個方格點亮時表示這個方格中的熊貓處于活躍狀態，熄滅則表示處于安靜狀態。
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作業布置
使用生成式人工智能工具，輸入下面的語句，閱讀獲得的內容，進一步了解生命游戲的規則。
為我解釋生命游戲，要有簡單的說明性實例，適合青少年閱讀。
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板書設計
一、生命游戲中的算法規則
二、體驗生命游戲進化規則
三、運行生命游戲的程序
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