利用計算機解決問題的基本過程

1、第1節(jié)利用計算機解決問題的基本過程上傳：陳艷艷 更新時間：2012-5-11 12:51:22第1節(jié)利用計算機解決問題的基本過程 算法與程序設(shè)計“算法與程序設(shè)計”是高中信息技術(shù)課程的選修模塊，以問題解決與程序設(shè)計為主線，揭示利用計算機解決問題的過程。學(xué)生通過本模塊的學(xué)習(xí)“體驗算法思想，了解算法和程序設(shè)計在解決問題過程中的地 位和作用； 能從簡單問題出發(fā)，設(shè)計解決問題的算法，并能初步使用一種程序設(shè)計語言編制程序?qū)崿F(xiàn)算 法、解決問題?！薄氨灸K的教學(xué)，應(yīng)注意與數(shù)學(xué)課程屮有關(guān)內(nèi)容的銜接，要強調(diào)理論與實踐的結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生注意尋找、發(fā)現(xiàn) 身邊的實際問題，進而設(shè)計出算法和計算機程序去解決這些問題。教師要注

2、意發(fā)現(xiàn)對程序設(shè)計有特殊才能的學(xué)生，根據(jù)具體情況為他們提供充分的發(fā)展空間。本模塊強調(diào)的是通過算法與程序設(shè)計解決實際問題的方法，對程序設(shè)計語言的選擇不作具體規(guī)定?！闭n程標準中，本模塊主題組成結(jié)構(gòu)如下圖2.1 “算法與程序設(shè)計”主題結(jié)構(gòu)圖本教學(xué)指導(dǎo)在沿用課程標準中主題內(nèi)容的前提下，為進一步增強對實際教學(xué)的指導(dǎo)作用，對主題結(jié)構(gòu)作了些調(diào)整，兩者的關(guān)系如圖2.2所示。計算機解決間題的基本訂程1程厚設(shè)計吾售初歩算法與問題解決髓7VVJ利用計算機解渕S）題的基本過列程序設(shè)計基砒算法與程序?qū)崿F(xiàn)1程序設(shè)計思撮和方袪圖2. 2調(diào)整前后主題間的關(guān)系圖調(diào)整后的模塊由四個主題組成，四個主題在知識結(jié)構(gòu)上以螺旋上升方式展開。

3、“利用計算機解決問題的基本過程”主題旨在呈現(xiàn)人是如何利用計算機解決問題，解決問題需要經(jīng)歷哪些基本過程。教學(xué)中應(yīng)注意讓學(xué)生結(jié)合生活與學(xué)習(xí)提出問題，從身邊簡單問題入手親歷分析問題、設(shè)計算法、編寫程序、解決問題的過程。應(yīng)注意結(jié)合數(shù)學(xué)課程中算法這一部分知識，讓學(xué)生進一步了解算法，學(xué)會用 不同的方法描述算法，了解算法、程序、程序設(shè)計語言之間的關(guān)系，認識算法和程序設(shè)計的地位和作用。本主題是 整個模塊學(xué)習(xí)的引入，為過渡到其它主題的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。程序設(shè)計基礎(chǔ)”主題旨在呈現(xiàn)如何用計算機語言進行程序設(shè)計。教師可以根據(jù)學(xué)生需要選擇一種語言，并以該 語言為載體，讓學(xué)生理解數(shù)據(jù)在計算機中是如何表示與處理的，了解程序設(shè)計

4、基本方法，初步掌握順序、選擇、循 環(huán)三種基本結(jié)構(gòu)，體驗程序設(shè)計的實踐過程，同時了解程序設(shè)計語言的編譯程序、連接程序等基本知識?！八惴ㄅc程序?qū)崿F(xiàn)”主題旨在通過解析法、窮舉法、排序和查找、遞歸等常用算法的程序?qū)崿F(xiàn)，讓學(xué)生進一步 理解算法，進一步掌握程序設(shè)計基礎(chǔ)知識，在體驗算法思想與程序設(shè)計過程屮，培養(yǎng)邏輯思維能力，塑造良好的認知結(jié)構(gòu)?？梢越M織學(xué)生探討需解決的問題與其相應(yīng)算法之間的關(guān)系，嘗試歸納算法與程序設(shè)計應(yīng)用的一般規(guī)律，討論使用計算機程序設(shè)計解決問題的優(yōu)勢和局限性等?！俺绦蛟O(shè)計思想和方法”主題是對前三個主題內(nèi)容的提升，旨在引導(dǎo)學(xué)生理解結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計思想，探究如何 用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法解決問題。了

5、解面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計的思想、方法和關(guān)鍵技術(shù)。通過引導(dǎo)學(xué)生親歷軟件的開發(fā)過程，對算法與程序設(shè)計的思想與方法形成一個相對完整且比較準確的認識，為將來的學(xué)業(yè)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。在教學(xué)過程中，應(yīng)注意“知識與技能”、“過程與方法”、“情感態(tài)度與價值觀”三維課程目標的相互聯(lián)系與 相互滲透，進而提升學(xué)生的信息素養(yǎng)，促進學(xué)生信息技術(shù)能力的立體發(fā)展課程內(nèi)容標準:1 結(jié)合實例，經(jīng)歷分祈間題、確定博法、編程求辭等用計算機解謖何題的i :基本過程，認識算法和程序 設(shè)計在其中的地位和作屈.:2經(jīng)歷用自然高言、益程圖或偽代碼等芳迭描述算法的過阻:乩在使用計算機解決實際間題的過程書通過觀看演禾棋仿、探鶏冥I :踐等環(huán)節(jié)了解順序、選

6、擇、0|環(huán)三 種基車結(jié)構(gòu)及其重要作用掌握計算機程| |序的基本概愈，能解釋計算機程序執(zhí)行的基本過程.內(nèi)容結(jié)構(gòu)圖問題和算法問題的認識和形成間題的分析與尊法設(shè)計丨計算機解決間題 的基玄過程#算法的楓念、特征與作用算法的描述*算法與程序設(shè)計董系丨程序和程序設(shè)計語言程序和程序設(shè)計 程序設(shè)計語言產(chǎn)生與境展、學(xué)習(xí)目標細目表學(xué)習(xí)內(nèi)容學(xué)習(xí)結(jié)果的行為指標（當學(xué)生獲得這種學(xué)習(xí)結(jié)果時，他們能夠）問題的認識和形 成結(jié)合生活與學(xué)習(xí)的實例說明利用計算機解決問題的必要性從已有的知識與經(jīng)驗屮例舉出人工解決困難而利用計算機能夠快捷解決的問題了解利用計算機解決問題的基本過程問題的分析與算法設(shè)計了解問題分析與算法設(shè)計間的關(guān)系模仿分

7、析簡單問題的已知條件、要解決的問題以及問題與條件Z間的關(guān)系，寫出輸入、求解、輸岀過程的步驟算法的概念、特征與作用結(jié)合數(shù)學(xué)課程屮學(xué)習(xí)的算法知識，說出自己對算法的理解說岀算法的五種特征，舉例說明算法特征的含義了解算法特征在解決問題過程屮算法選擇的作用算法的描述結(jié)合數(shù)學(xué)課程中學(xué)習(xí)的算法知識，用自然語言、流程圖、偽代碼 描述算法算法與程序設(shè)計描述程序概念和解釋程序的作用程序和程序設(shè)計結(jié)合實例描述順序、選擇、循環(huán)三種基本結(jié)構(gòu)的單步程序執(zhí)行方式 畫出三種程序基本結(jié)構(gòu)的流程圖說出程序設(shè)計語言產(chǎn)生與發(fā)展過程了解程序設(shè)計語言的功能，針對簡單問題設(shè)計一套可以解決該問關(guān)系用自己的語言描述算法與程序設(shè)計間的關(guān)系程序設(shè)

8、計語言產(chǎn) 題的人匸語言（不超過5條指令） 生與發(fā)展例舉出三種以上高級語言的名稱三、重點難點分析（一）重點分析于通過程序的方式解決。 計得到高1.利用計算機程序設(shè)計解決問題的必要性，建立問題意識。 程序設(shè)計是運用計算機解決問題的一種方式， 教學(xué)屮應(yīng)注意引導(dǎo)學(xué)生從生活與學(xué)習(xí)實例岀發(fā)，有些問題，如：數(shù)值、邏輯等問題適合認識與舉證可以通過運用計算機程序設(shè)效解決的問題，讓學(xué)生深切地感受利用計算機程序設(shè)計解決問題的必要性, 機。引發(fā)學(xué)習(xí)本模塊的興趣和動利用計算機解決問題的過程圖2. 4利用計算機解決問題流程利用計算機解決問題流程如圖2.4所示，教學(xué)中選擇一個學(xué)生運用已有知識能夠解決的實例，教師通過演示等手

9、段協(xié)助學(xué)生親歷實例問題的分析、設(shè)計算法、把所要解決的問題轉(zhuǎn)化成的程序輸入到計算機、經(jīng)調(diào)試后讓計算機執(zhí)行這個程序，最終達到利用計算機解決問題的過程。讓學(xué)生了解和體會流程中每一步驟的含義，為展開整個課程學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。1. 算法的基本概念，使用自然語言、流程圖、偽代碼描述算法。學(xué)生通過高一數(shù)學(xué)知識的學(xué)習(xí)，已有算法知識的儲備，結(jié)合計算機工作方式，讓學(xué)生進一步了解算法，進一步 學(xué)會使用自然語言、流程圖、偽代碼描述算法。2. 程序的基本結(jié)構(gòu)學(xué)生通過高一數(shù)學(xué)知識的學(xué)習(xí)，已經(jīng)了解了算法的三種邏輯結(jié)構(gòu)和流程圖，程序的基本結(jié)構(gòu)與之相對應(yīng)，是程 序設(shè)計的基礎(chǔ)。讓學(xué)生嘗試體驗程序三種結(jié)構(gòu)的計算機執(zhí)行方式，加深對三種基

10、礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的了解。3. 程序設(shè)計語言程序設(shè)計語言是人利用計算機解決問題的載體，讓學(xué)生充分認識程序設(shè)計語言，通過計算機語言 的發(fā)展歷程，感受計算機技術(shù)的發(fā)展。（二）難點分析1. 算法的特征算法的特征對初學(xué)者而言較難理解，教學(xué)屮盡可能通過具體問題的算法分析、程序分析，讓學(xué)生感悟出算法的 特征，為進一步學(xué)習(xí)分析問題、選擇算法打下基礎(chǔ)。2. “好”算法的標準算法設(shè)計除正確性外，還應(yīng)考慮其高效性、可讀性、健壯性，學(xué)生在開始時是做不到的，但 可以讓學(xué)生知道需要從不同角度分析問題，才能不斷改進算法，并通過實踐形成這種良好習(xí)慣。四、教學(xué)活動建議本節(jié)是算法與程序設(shè)計課程的入門。學(xué)生通過對“信息技術(shù)基礎(chǔ)”部分的學(xué)習(xí)，

11、已經(jīng)具備了一定 的信息加工、處理與交流的基礎(chǔ)，知道使用計算機解決問題的方式多種多樣，而程序設(shè)計是其屮的一種。學(xué)生在 高一數(shù)學(xué)課程的學(xué)習(xí)中，也已經(jīng)學(xué)習(xí)了一些算法的基礎(chǔ)知識。因此，本節(jié)的教學(xué)應(yīng)注意在學(xué)生原有知識與學(xué)習(xí) 經(jīng)驗基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生進一步學(xué)習(xí)算法、程序設(shè)計的相關(guān)知識，體會算法與程序設(shè)計在計算機 解決問題過程中 的地位與作用，比較完整地認識利用計算機解決問題的過程。在教學(xué)過程屮應(yīng)注意活動 方式的多樣性，通過比 較、探究、討論、交流等活動激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會自主創(chuàng)新學(xué)習(xí)，培養(yǎng)良好 的學(xué)習(xí)方法與學(xué)習(xí)能力。算法與程序設(shè)計一）通過例舉生活與學(xué)習(xí)中需要用計算機解決的問題，

12、如有關(guān)數(shù)值、邏輯等方面的問題，讓學(xué)生認 識問題，形成問題意識，感受利用計算機解決問題的必要性。案例2.1感受計算機解決問題的必要性 教師：提出線性方程組問題，不斷增加方程數(shù)量，讓學(xué)生解決。現(xiàn)象：當方程數(shù)量少時，學(xué)生能夠通過人工方法求解，但隨著方程數(shù)量的增多，人工求解顯得無能為力。教師：展示計算機高效求解方程組的過程。教師：提出8皇后問題，讓學(xué)生找出符合條件的方案?，F(xiàn)象：學(xué)生能找出一些符合條件的方案，但要找出所有 符合條件的方案顯得無能為力。教師：展示計算機高效地找出所有方案的過程。教師：提岀生物課中學(xué)到的遺傳基因問題，為什么生物課人工只分析到第二層或第三層？教師：展示遺傳基因 問題的計算機分析

13、過程。學(xué)生活動：嘗試從生活與學(xué)習(xí)提出需要用計算機解決的問題，展開討論。教師：回歸主題，感受利用計算機解 決問題的必要性。分析：案例屮教師沒有直面告知學(xué)生利用計算機解決問題的必要性，而是通過實例讓學(xué)生不斷地感受人工求解 問題的局限性與計算機求解問題的優(yōu)勢，并通過學(xué)生的充分討論，讓學(xué)生潛移默化地感受到利用計算機解決問題 的必要性。（二）利用計算機解決問題過程的教學(xué)是課程入門階段，教師需要根據(jù)學(xué)生特點把握好度，為學(xué)生后繼學(xué)習(xí)打下基 礎(chǔ)。教學(xué)屮要注意的問題是：人在計算機解決問題過程擔任什么樣的角色；如何利用計算機解 決問題；利用計 算機解決問題與人解決問題有何區(qū)別；利用計算機解決問題的優(yōu)勢是什么；算法

14、與程序設(shè)計解決什么樣的問題。 因此，選擇什么樣的問題切入是教學(xué)成功與否的關(guān)鍵所在。案例2.2利用計算機解決問題的過程教學(xué)設(shè)計參考教學(xué)線索：選擇問題a讓學(xué)生體驗利用計算機解決問題的過程- 展開討論1. 選擇問題：選擇問題的難易程度應(yīng)根據(jù)學(xué)生的整體水平，由于是開篇教學(xué)，不宜太難，應(yīng)源自學(xué)生已有的知識 與經(jīng)驗，并能與后繼內(nèi)容的學(xué)習(xí)形成呼應(yīng)。例1 :求一元二次方程ax2+bx+c=0的根。該問題比較簡單，利用計算機解決問題過程的每一階段易于理解。例2 : “韓信點兵”問題，“相傳漢高祖劉邦問大將軍韓信統(tǒng)御兵士多少，韓信答說，每 3人一列余1 人、5人一列余2人、7人一列余4人、13人一列余6人劉邦聽后

15、茫然不知其數(shù)，你能說出有多少兵士？ ” 該問題能夠體現(xiàn)利用計算機解決問題的特點及相對人工解決問題的優(yōu)勢，當條件少時可以人工求岀，當條件多時利用計算機解決就顯示出其優(yōu)勢。例3：借助高一學(xué)生正在學(xué)習(xí)函數(shù)圖像知識的背景，從演示畫學(xué)生熟悉的y=x2函數(shù)圖像的程序入手，提出如何利用計算機畫各種函數(shù)圖像的問題。該問題從學(xué)生已有的知識和人工畫圖經(jīng)驗出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生理解計算機畫圖的過程，喚起學(xué)生的求知欲望和學(xué)習(xí)興趣。分析：對初學(xué)者而言，例2、例3利用計算機解決的過程有一定的復(fù)雜性，教學(xué)中需要循循善誘，把握好教與學(xué) 的互動關(guān)系。2. 讓學(xué)生體驗利用計算機解決問題的過程(1 )引導(dǎo)學(xué)生探究分析問題的已知條件、隱含條

16、件、要解決什么、它們之間的關(guān)系，通過分析問題，寫出問題的求解 過程，將其 步驟化，設(shè)計算法。(2) 讓學(xué)生體驗利用計算機求解過程 給出對應(yīng)于算法的程序，引導(dǎo)學(xué)生打開并執(zhí)行程序，體驗計算機運行程序 的過程。(3) 引導(dǎo)學(xué)生畫出利用計算機解決問題的流程圖。3. 展開討論(1 )討論人與計算機在利用計算機解決問題的各個階段中各自扮演的角色；(2) 討論編寫程序解決問題與使用現(xiàn)成軟件解決問題的差別，針對不同問題選擇不同的解決手段；(3) 討論生活中解決問題的過程步驟，讓算法思想溶于日常生活中。(三) 對初學(xué)者而言，理解算法的概念、特征、作用需要一個過程?？梢酝ㄟ^呈現(xiàn)一組比較簡單的現(xiàn)成算法，讓 學(xué)生逐步

17、掌握算法的思想。通過一個問題的不同算法的比較，讓學(xué)生感悟算法的特性。案例2.3算法的基本概念1. 算法的概念與特征(1) 提出問題：求兩個正整數(shù)的最大公約數(shù)。給出兩個正整數(shù)12、16,如何求它們的最大公約數(shù)？大家可以口算出最大公約數(shù)是4,如果給出的兩數(shù)是2678945 465,又如何求呢？(2) 通過介紹解決問題的經(jīng)典算法，讓學(xué)生體驗算法思想“更相減損之術(shù)”及其算法思想：我國古代數(shù)學(xué)家對公約數(shù)求解問題進行了研究并提出了算法，稱 之為“更相 減損Z術(shù)”，其方法是以兩數(shù)屮較大的數(shù)減去較小的數(shù)，獲得的差與原先較小的數(shù)構(gòu)成新的一對數(shù)，再以大的數(shù) 減去小的數(shù)如此循環(huán)，用同樣的方法操作，直至產(chǎn)生一對相等的

18、數(shù)，該數(shù)即為最大公約數(shù)。以求12、16這兩個數(shù)的最大公約數(shù)為例，具體操作如下(12,16)- (12,4) - (&4) - (4,4)4是12和16的最大公約數(shù)?！拜氜D(zhuǎn)相除法”及其算法思想：古希臘數(shù)學(xué)家對公約數(shù)求解問題研究提出的算法稱為“輾轉(zhuǎn)相除法”(歐幾里 得算法)。具體方法是用較大的數(shù)除以較小的數(shù)，余數(shù)和較小的數(shù)構(gòu)成新的一對數(shù)，繼續(xù)上面的除法，直到大數(shù) 被小數(shù)除盡，則較小的數(shù)就是最大公約數(shù)以求2蛙利1霜的最大必約數(shù)掬創(chuàng)，具驚操柞如“輾轉(zhuǎn)相除法”算法程序(133, 113 (42,123廠(42, 39)- (3) 39) us的最丸公約數(shù)Private Sub也嘰型迷0“更相減損之術(shù)算法

19、程原 Private Sub 伽亠 0 瓏 C1 Dim m M Long, ji As Long, r As Long 也粼莎J殛軸入纏廠n二硒K卿咚 職輸入整魏巧)If m n Then r = niimn. n=rDo Whiler 0If r nThenffi 二nEnd If_nLoop陽nl憬大公釣數(shù)沖;(3)引導(dǎo)學(xué)生用自然語言極述完成兩種算法的Dim tn As Long, n As Long, r A3Long誼緒左的兩個正整敎為頃和nF更栩減播W術(shù)算念二宙41期或 S貳輪入整數(shù)進摘述如下* 榆入兩*正整軟門矜G; 若*仙則交報.曲和制 以巾減去旳仝般的差対齢 若7,則輸出黠杲

20、m算法射來否卯灘蠣 若F5,則令fii-n, n-r?苦則令皿-匚遞回步 驟堆續(xù)進行.“糠轉(zhuǎn)相除法刃算法描述如下I1)2闔腳琢輸入整數(shù)2)r-mMoii nDo Wh訂ei ITL -ftn = rr = m Mo d nLx upPrint1遙夫公約數(shù)為2 , n 椅入兩個正整數(shù)山和 若Mm則交按.巾和n； 以間除畝加全財陌余歎為心 若嘰則榆岀鰭杲fl,算連鎗束；花則罐藝： 4-m，rtr nr；返罔步驟維牘進行(4)讓學(xué)生偉整運苕根據(jù)西種算注編鳥的程序End Sub比較鎮(zhèn)率讓學(xué)生打開程序，輸入以下3級數(shù)擔比較兩程序的道行豉率12, 16End Sub 356727, 58263 264062214,39可以發(fā)現(xiàn)對于第3組數(shù)據(jù)，“輾轉(zhuǎn)相除法”算法