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信息科技 第六单元 第2节 细胞生存奥秘
课题 细胞生存奥秘 单元 六单元 学科 信息科技 年级 五年级
教材分析 《细胞生存奥秘》该课时教材以 “探索细胞生长与死亡” 为情境，编排了 “生命游戏算法解密 — 生命游戏创意图案” 的实践学习活动，引导学生理解 “生命游戏” 的演化规则，掌握用规则分析细胞生死变化、模拟演化过程的方法。教材将算法模拟与生命现象有机融合，注重 “体验感知 — 规律探究 — 创意实践”，符合五年级学生从具象到抽象的认知特点，能帮助学生感受算法模拟复杂系统的价值，培养科学探索思维。
教学目标 信息意识：能说出生肖地支对应关系，理解其在寻宝线索匹配、传统文化关联等实际场景中的应用逻辑。计算思维：能分析移位加密解密的流程路径，掌握用自然语言、步骤拆解解决线索解密、信息加密等问题的方法。数字化学习与创新：能结合表格工具梳理生肖地支对应，验证其在寻宝线索解析、信息加密优化等场景中的应用，让解密更清晰高效。信息社会责任：在移位加密的应用中，感受算法与传统文化的价值，践行用合理方法规范信息加密、保护简易信息安全的责任。
重点 能运用规则模拟细胞演化过程，分析细胞生死变化规律。
难点 设计稳定或具有创意的初始图案，分析其演化趋势与稳定性原因。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 第2课 细胞生存奥秘健康状况与人体的新陈代谢息息相关。当新陈代谢旺盛时，细胞活力充沛，分裂活跃，人体健康状况良好;当新陈代谢减缓时，细胞则逐渐走向衰败，人体健康状况欠佳。小智想了解细胞的生长与死亡，于是他找到了小慧。知目标：1.能描述“生命游戏”算法的基本规则。2.能描述“生命游戏”算法中细胞生死变化的规律及其背后的逻辑。3.能设计出有趣的“生命游戏”初始图案，分析其稳定性与变化趋势。播放视频 观看视频明确目标，思考细胞生长与死亡的规律。 激发探究兴趣，让学生初步感知生命游戏价值。
讲授新课 一、“生命游戏”算法解密人体新陈代谢的快慢会影响细胞生长、分裂和衰败速度。在“生命游戏”中，细胞的生存状态也遵循类似的规律。细探究打开资源文件中的“体验游戏”HTML程序(见图6-2-1)，我们可以看到一个由方格组成的网格，每个方格代表一个细胞的状态:黑色表示活细胞，白色表示死细胞。点击方格可放置活细胞，让我们通过体验游戏，尝试发现细胞生存与死亡的规律。上述游戏即为“生命游戏”，游戏的初始状态由用户自主决定，之后按照以下规则演化(见表6-2-1)。(观看表格)勤思考请根据当前细胞网格状态，绘制出经过第一次演化、第二次演化后的细胞网格(见图 6-2-2)。(观看图片)当细胞网格不再有细胞死亡或诞生，或者不同代之间的细胞状态开始循环重复时，说明该细胞网格已经进入稳定状态，即达到了最终的状态。乐交流请请与同桌分享以上探究过程，总结可能出现的问题或者需要注意的地方。“刚才探究时，我一开始随便画了个分散的初始图案，结果 1 代就全死了 —— 后来才发现是没算准邻居数！要注意的点有这些：规则别漏看：邻居是 8 个方向（上下左右 + 斜角），不是只算上下左右；初始图案巧选择：想稳定的话可以先画 2×2 方块，想有趣可以试 “闪烁器”；边界细胞留心：网格边缘的细胞邻居少，容易 “寂寞死亡”，可以把图案画在网格中间。拓视野“生命游戏”由英国数学家约翰·康威于1970年发明，是一种二维细胞自动机游戏。它通过简单的规则模拟了生命体的基本行为，如繁殖、生存和死亡。根据演化规则，“生命游戏”能产生极其复杂且多样化的图案，被广泛应用于计算机科学、数学生物学等多个领域，帮助人们理解复杂系统的涌现现象和自组织行为。二、“生命游戏”创意图案“生命游戏”初始图案可以通过演化变成有趣的图案，利用“生命游戏”算法可以创造出各种各样的图案。细探究运行“体验游戏”程序，以小组为单位，基于提供的初始状态或尝试设计有趣的初始图案，观察其后续演化过程，记录下演化代数、时间以及最终状态(见表6-2-2)，看看谁的图案在演化后能形成更独特的图案。(观看表格)乐交流各小组就初始图案和最终产生的图案与其他小组进行交流，在教师指导下评出最具创意的作品。“我设计的初始图案是‘滑翔机’，一开始画了 5 个活细胞排成特定形状 —— 演化后它居然会慢慢向网格右下角移动，而且结构一直没散！另外我还试了‘孤零零 1 个活细胞’，结果 1 代就死了，才发现‘邻居数’真的是关键！你们看这个‘闪烁器’，它会在横向、纵向 3 个细胞之间来回变，特别有意思～我觉得最有创意的是 XX 组的‘静止方块 + 闪烁器组合’，两种稳定结构叠加后，演化出了更复杂的循环图案！”勤思考具有哪些特征的初始图案更容易形成稳定的结构 为什么有些初始图案会在演化过程中逐渐消散 “生命游戏” 图案的稳定与消散，核心取决于邻居数和结构类型。易稳定的图案，初始活细胞邻居数为 2-3 个，且属 “静物”“振荡体”“移动体” 等经典结构，能持续满足存活 / 复活条件。 图案消散的原因：一是活细胞分布不当，分散或密集，因 “寂寞 / 拥挤” 死亡；二是死细胞周围凑不够 3 个活细胞，无法复活新细胞，最终活细胞殆尽。设计创意图案，选稳定结构可出动态效果，分散 / 单个细胞图案易快速消散。1.生肖跟地支偏差了3个位置。“生命游戏”算法通过模拟生命体基本行为，展现复杂系统的涌现现象与自组织行为。它能生成各种各样的图案，规则简洁却蕴含深刻规律，能直观展示复杂演化过程。但“生命游戏”仅基于局部规则，难以精确预测全局行为。森林生态系统的物种繁衍与消亡，城市中人群聚集与分散等现象，都可通过类似原理理解其动态变化。三、课堂练习1、“生命游戏” 中，活细胞能够继续存活的条件是周围 8 个邻居中活细胞的数量为（ ）A. 1 个或 2 个 B. 2 个或 3 个 C. 3 个或 4 个 D. 4 个或 5 个2、下列哪种初始图案更容易形成稳定结构？（ ）A. 单个孤立的活细胞 B. 横向排列的 3 个活细胞（闪烁器）C. 分散在网格四角的 4 个活细胞 D. 拥挤在一起的 5 个活细胞3、“生命游戏” 中，细胞的邻居仅指上下左右 4 个方向的细胞，不包括斜角方向。（ ）4、2×2 方块形状的活细胞图案属于 “静物”，演化后状态始终不变。（ ）5、单个活细胞因周围邻居数为 0，会在 1 代演化后死亡，图案消散。（ ）6、死细胞要复活为活细胞，需要周围有恰好 4 个活细胞。（ ）7、滑翔机是 “生命游戏” 中的经典移动体图案，演化后会向固定方向稳定移动且结构不变。（ ）四、拓展延伸1、 现实映射应用2、复杂稳定结构3、数学逻辑支撑4、编程模拟实践 运行 HTML 程序，放置活细胞，探索生死规则。根据初始状态，绘制两次演化后的细胞网格。与同桌交流探究问题，总结实操关键要点。倾听讲解，了解生命游戏的起源与应用领域。小组设计初始图案，记录演化过程与最终状态。分享小组作品，参与创意评选，交流演化发现。讨论初始图案特征，分析稳定或消散的原因。独立完成练习，核对答案学习拓展知识 让学生在体验中感知细胞生死的核心规则。培养学生规则应用与逻辑绘图能力。让学生梳理实操经验，规避常见错误。拓宽学生认知，感受算法模拟的多元价值。锻炼学生创意设计与观察分析能力。促进思维碰撞，提升学生表达与审美能力。深化学生对演化规律的理解，突破教学难点。检测知识掌握，及时巩固重点拓宽知识面，加深算法整体认知
布置作业 设计 “生命游戏” 初始图案，记录 1 次演化后的细胞状态并分析其变化规律。 完成作业 培养学生查阅资料的能力，分析解决问题的能力
课堂小结 《细胞生存奥秘》课程小结：通过学习，我们终于明白 “生命游戏不只是模拟游戏，用它的演化规则、探细胞生死规律才是价值”。以后不管是模拟细胞生存状态、设计创意图案演化，还是分析复杂系统变化，都要先思考 “演化规则用对了吗？初始图案逻辑清了吗？能体现生命系统规律吗？”。再也不觉得算法模拟生命现象抽象，也不用担心分析细胞生存变化时没有方法了。 分组总结归纳 锻炼学生的总结能力，逻辑思维、语言表达能力。
板书 学习、记忆及勾画知识点 明确教学内容及重点和难点
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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