小学《人工智能编程》课程教案
第19讲 初识函数
1.教学内容分析
本节内容首先情境带入，引出函数的知识内容；随后，以Python编程软件为辅助，讲解内置函数及自定义函数应用方法；之后，开展实践任务，求解一元二次方程为例，熟悉Python内置函数的应用；然后，思维拓展，讲解函数的作用及命名习惯，最后，能力提升，通过Python编程输出杨辉三角前7项系数。
2.学习者分析
1.学生具有一定的Python编程语言基础；
2.学生已经掌握一元二次方程的基本求解方法；
3.学生具备一定的逻辑推理能力，知识迁移能力，对人工智能的技术有较强的学习兴趣。
3.学习目标确定
1.知识与技能：
①了解 Python 函数定义和调用方法；
②了解 Python 常用的内置函数，掌握核心函数的应用方法；
③学生能够认识了解函数的作用及命名习惯。
2.过程与方法：
①通过学习内置函数的相关知识，体会Python内置函数的应用；
②通过项目的编程练习，培养学生设计能力和举一反三的能力。
3.情感态度与价值观：
①养成自主学习、自主探究的能力；
②培养发现问题、解决问题的探究能力；
③通过对项目的讨论、分析、制作等活动，培养严密的逻辑思维能力。
4.教学重点难点
教学重点：1.了解 Python 自定义函数的应用；
        2.掌握Python 内置函数的用法查询；
教学难点：1.掌握调用Python自定义函数实现的方法；
        2.灵活运用软件完成项目的制作。
5.教学流程图
情境导入
原理讲解
   
项目制作
思维拓展
展示小结
    能力提升
6.教学活动
环节一：（情境导入）5min
教学活动1
1.教师讲授情境故事，设置悬念，吸引学生兴趣；（教师播放PPT）
教师：“数学老师见识广博，在讲授一元二次方程的各种解法时，介绍了我们古代数学家2000多年前的做法。《九章算术》中记载了古代数学家使用的配方法求解一元二次方程x2+34x—7100=0的正根的过程。小楷在完成作业时发现，不管是利用配方法，还是利用判别式或是根与系数的关系来解一元二次方程，计算量都比较大，还容易算错。于是，想通过Python编程，设计一个通用的算法，给同学们调用。同学们，你们是不是也遇到过这种问题，想不想编程一个同样的算法求解呢？”
学生聆听情境故事，积极回应老师，对函数求解产生兴趣；
教师：“好的，同学们，我们一起去学习一下如何编写程序求解方程，今天我们的学习将分成三个模块，第一个模块，认识一些函数的基本知识；第二个模块，一起完成求解一元二次方程的实践任务；第三个模块，思维拓展，学习一下函数的作用及命名习惯等知识。”
学生聆听教师讲授。
活动意图说明：
通过情境故事吸引学生的注意力，激发学生的学习兴趣，导入本节课的内容----初识函数
环节二：（原理讲解）20min
教学活动2
1.教师讲解函数的概念等知识内容；
教师：“数学中，函数是一种对应关系，也就是自变量与因变量之间的关系。这种关系使一个集合里的每一个元素对应到另一个集合里的唯一元素。函数概念含有三个要素：定义域、值域和对应法，一般书写为y=f（x）。其中核心是对应法则f，它是函数关系的本质特征。计算机编程中，函数是指一段可以直接被另一段程序或代码引用的程序或代码。一个较大的程序一般应分为若干个程序模块，每一个模块用来实现一个特定的功能。高级语言中，允许将可能重复使用的程序模块设计成函数。在程序设计过程中，主函数可以调用其他函数，其他函数也可以互相调用，同一个函数可以被一个或多个函数调用多次。高级语言中，会将一些常用的功能模块编写成内置函数，放在函数库中供应用程序调用。编程时，要善于运用函数，以减少重复编写程序段的工作量，提高编程效率。”
学生聆听教师讲解函数基本概念等知识内容；
2.教师讲解Python内置函数及函数用法查询等知识内容并进行相关操作演示；
教师：“Python中内置了很多实用函数，可以直接去调用。这些内置函数主要与数学计算、类型转换、输入输出、进制编码、对象管理等相关。本节简要介绍数学计算、类型转换、输入输出等方面的核心内置函数，余下的函数放在后续中介绍。首先介绍一下数学计算，函数及功能如表所示；例如，all() 函数用于判断给定的参数中的所有元素是否都为True，是返回 True，否返回 False。元素除了是0、空、 None、 False外，都算True，但是空元组、空列表的返回值为True。示例程序如图。其次，介绍一下类型转换，函数及功能如表，例如，chr()函数将一个范围在range(256)内（即0 ～ 255）的整数转化为字符，返回一个对应的ASCII数值。如图所示。接下来，我们做一个编程练习，判断输入是否为数字。程序代码及结果如图。最后我们介绍输入输出，其函数及功能如图。我们做一个模拟用户登录的编程练习，其代码与结果如图所示。然后我们一起学习内置函数的用法查询，通过以上表格中列出的内置函数情况可以看出，要调用其中的内置函数，首先需要知道该函数的名称，还要了解该函数的输入参数等细节。 Python的内置了函数有80多个，对初学者来说，很难一下掌握这么多函数的具体用法。编程时如果需要了解某个函数的参数和具体用法，可以利用在Python交互式命令行中使用help()函数进行查询。例如查询abs()函数的用法，可以进行如图操作。”
学生聆听教师讲解Python内置函数及函数用法查询等知识内容，并播放PPT，进行操作演示；
3. 教师讲解Python 自定义函数相关内容，并进行相关操作演示；
教师：“函数能显著提高代码的重复利用率，提高编程效率。 Python提供了许多内建函数，也可以自己创建函数，这就是用户自定义函数。如图所示，以上自定义函数的方法中，需要说明的是：def：是表示自定义函数的关键字。函数名：新定义的函数的名称，后续是根据该函数名来调用函数的。函数体：函数中进行一系列的逻辑计算，如：计算判别式、计算列表中的最大数和最小数等。参数：为函数体提供数据，返回值：当函数体执行完毕后，用来返回给调用者的计算结果数据。和其他高级语言相比，Python自定义函数在声明函数名语句末尾要有冒号，其次就是它不需要用花括号将语句块括起来，再者就是函数体语句块采用缩进方式进行组织。Python自定义函数以及调用自定义函数的实现方法示例如图。接下来我们做一个封装求质数的函数的编程练习。代码及结果如图所示。”
学生聆听教师讲解Python 自定义函数相关内容，并播放PPT，进行操作演示；
活动意图说明
配合PPT和Python编程语言进行讲解，让学生从亲身经验中体会Python内置函数及自定义函数的应用方法。
环节三：（项目制作）25min
教学活动3
教师带领学生借助软件完成一元二次方程的计算；
教师：“只含有1个未知数（一元），并且未知数项的最高次数是2（二次）的整式方程叫作一元二次方程。设计一个程序，能够根据输入的一元二次方程系数，对所有的一元二次方程求解，并且区分出解的不同情况，包括有两个实数解，一个实数解和两个虚数解。其次，设计流程图，最后，利用Python编程按要求进行求解，程序及结果如图。”
教师操作Python编程语言，并讲解根据要求求解一元二次方程的步骤方法；
学生聆听教师讲解利用Python完成一元二次方程的求解；
教师讲解完成后，教师可留给学生5min时间让学生自己操作学习；
活动意图说明
屏幕共享，教师演示操作，培养学生动手操作能力，让学生直观学习编程设计过程，掌握逻辑结构。
环节四：（思维拓展）10min
教学活动4
1. 教师讲解函数的作用相关内容；
教师：“在程序设计中，一般把需要反复执行的代码模块封装成函数，在需要该功能模块时进行调用。函数是指将一组语句的集合通过一个名字（函数名）封装起来，要想执行这个函数，只需要调用其函数名即可。函数的主要作用有：（1）程序复用。编程时可以调用封装好了的函数，实现了功能代码模块的复用，减
少了重复编写代码的工作，有效降低了程序的总长度。（2）代码一致性。将特定功能设计成函数后，遇到需要修改这些功能时，只需要统一修改函数内的代码即可。对于规模较大的程序，有利于保持代码的一致性。（3）可读性。通过调研公共函数，主程序的代码得到精简，程序的可读性提高。（4）调试及维护。使用函数，会方便程序主体的修改，方便了程序的调试，易于扩展功能设计。使用函数，也方便了程序的调试，降低了后期维护代码的难度。（5）开发周期。将功能复杂的程序进行模块化设计，调用系统内部函数，或自定义函数，有利于分工合作，缩短开发周期。”
学生认真聆听教师讲解函数的作用相关内容；
1.教师讲解命名的好习惯；
教师：“PEP8编程规范中，总结了许多编程经验供初学者学习。关于变量及自定义函数的命名习惯，有如下建议供学习者借鉴。（1）永远不要使用容易混淆的字母，如“l”（小写的l）、“O”（大写的O）或“I”（大写的I）等，作为单字符变量名，也尽量在变量名中避免使用这些易混淆的字母。这样，有利于降低编程过程中产生错误。（2）有些字体里，小写的字母O和小写的字母l等字符难以和数字0和1区分，编程时应该尽量不用。如果想用字母“l”，可以用‘ L’代替。（编程课到底学什么3）函数名应该小写。如果想提高可读性，可以用下划线作分隔。（4）命名时，大小写混合仅在为了兼容原有大小写混合风格的情况下使用。为了向后兼容，可以多用下划线进行组合。”
学生认真聆听教师讲解命名习惯的相关知识。
环节五：（展示小结）5min
教学活动5
1.学生发言，展示作品，进行逻辑代码讲解；
2.教师对学生作品进行评价；
教师：“同学们，在看了大家的作品后，老师觉得大家都完成的非常好，老师给同学们一个大大的赞。”
2.总结本节课的知识内容，巩固本节课的知识点，铺垫下一节课。
环节六：（能力提升）5min
教学活动6
1.教师讲解杨辉三角系数生成规律；
教师：“杨辉三角的各项系数如图19-3所示，其中各项系数的生成规律说明如下。（1）每行端点与结尾的数为1。（2）每个数等于它上方两数之和；（3）第n项的数字有n项，第n行数字之和为2n-1；（4）第n行的m个数可表示为 C(n-1， m-1)，即为从n-1个不同元素中取m-1个元素的组合数；（5）第n行的第m个数和第n-m+1个数相等 ，为组合数性质之一。（6）每个数字等于上一行的左右两个数字之和。可用此性质写出整个杨辉三角。即第n+1行的第i个数等于第n行的第i-1个数和第i个数之和，这也是组合数的性质之一。即C(n+1,i)=C(n,i)+C(n,i-1)。（7）(a+b)n的展开式中的各项系数依次对应杨辉三角的第(n+1)行中的每一项。”
学生聆听教师讲解杨辉三角系数生成规律；
2. 根据所学知识，编程输出杨辉三角系数；
教师：“同学们，按照我们刚讲的杨辉三角各项系数的生成规律，自己动手编写Python程序，输出杨辉三角前7行的各项系数。”
活动意图说明
通过项目式学习的体验效果，让学生可以更直接的体验Python编程的应用，提高学生的参与感。
7.板书设计

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