《認識算法》教學設(shè)計

課題：認識算法科目：信息技術(shù)教學對象：課型：新授課課時：1教師：單位：1.《課程標準》要求從生活實例出發(fā)，概述算法的概念與特征，運用恰當?shù)拿枋龇椒ê涂刂平Y(jié)構(gòu)表示簡單的算法。2.教材分析本節(jié)課選自人教/中圖版信息技術(shù)必修一《數(shù)據(jù)與計算》第二章第二節(jié)第一小節(jié)——認識算法。本課從生活實例展開，認識算法是為解決特定問題而采取的確定的、有限的步驟；接著，引申到理解計算機中的算法的概念及特征；最后，通過實例明白學習算法的意義，加深對信息時代中算法應(yīng)用的普遍性和價值性的認識，理解學習算法的重要性。2.教學目標·了解算法的意義，體會算法的思想，理解算法在解決問題中的作用。（計算思維）·通過分析實例描述算法的特征。（計算思維）·能夠用自然語言描述解決具體問題的算法。（數(shù)字化學習與創(chuàng)新）3.學業(yè)要求根據(jù)問題解決的需要設(shè)計算法。4.教學對象分析本節(jié)課的教學對象是高一年級，學習和生活中的許多問題都與算法息息相關(guān)，例如數(shù)學中的解方程等。只不過學生之前沒有接觸過算法，并不知道哪些情況下用到的是算法的知識，所以對算法的概念、特征沒有真正地理解和掌握。通過本節(jié)課的學習，學生可以初步掌握算法的知識，并通過對具體案例的分析，體驗算法在解決問題中的重要作用，初步形成算法的基本思想，提高計算思維。5.教學重點與難點教學重點：體會算法的思想，描述算法的特征。教學難點：會用自然語言表達一些具體的解決問題的算法。6.教學方法與教學手段教學方法：以問題解決為線索，以合作探究的方式組織教學本節(jié)課以“田忌賽馬”為引，引出算法的基本思想，以“合理安排課外活動時間”、“推薦合理乘車路線”兩個生活實例，得出廣義上算法的概念。嘗試描述“手機充電”問題算法，引導學生發(fā)散思維，舉例說明生活中的算法實例，用嘗試用自然語言進行描述。接著，引申到計算機中算法的概念和特征，并通過實例明白學習算法的意義，加深對信息時代中算法應(yīng)用的普遍性和價值性的認識，理解學習算法的重要性。最后，對本節(jié)課的知識進行總結(jié)歸納，強調(diào)教學重點，配合例題進行當堂測驗。7.教學媒體多媒體計算機等8.教學過程設(shè)計教學環(huán)節(jié)教學內(nèi)容學生活動設(shè)計意圖知識回顧引入課題回顧本章知識組成，回憶上節(jié)用計算機解決問題的一般過程，強調(diào)設(shè)計算法是問題解決的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，引出本節(jié)主題——認識算法。聆聽思考知識回顧，承前啟后，讓學生快速進入學習主題。創(chuàng)設(shè)情境分析課題情境1.“田忌賽馬”請同學講解田忌賽馬的故事，教師配合教學課件進行補充完善，請同學們思考：通過“田忌賽馬”故事，有什么體會？學生發(fā)言。教師總結(jié)，得出田忌取勝過程中用到的方法、步驟、策略就是算法。小組討論總結(jié)發(fā)言由情境引入，通過趣味問題讓學生對算法有一個初步的認識情境導入的目的，并不是為了解決這些問題，而是為了讓學生初步了解算法。情境2.“合理安排課外活動時間”每天的課外活動時間是45分鐘，在這45分鐘的時間里，同學們需要用20分鐘的時間來寫作業(yè)，吃飯耗費十分鐘，兩分鐘的時間買水，去衛(wèi)生間需要3分鐘，完成聽力練習15分鐘，運動10分鐘。共計60分鐘。請同學們小組討論，為了在規(guī)定時間內(nèi)完成這些事項，你需要做怎樣的安排？學生討論發(fā)言。教師總結(jié)，提出解決方案，合理安排時間，解決問題。情境3.“推薦合理乘車路線”小茗同學繪制了所在城市的地鐵線路局部圖，他計劃從A站出發(fā)去B站附近圖書館學習。假設(shè)地鐵各線路每兩站間行車用時相等，記為t1；換乘地鐵的用時也都相等，記為t2。請你列舉出由A站出發(fā)到達B站的所有換成次數(shù)最少的乘車路線。學生發(fā)言。教師總結(jié)，后提問：如果小茗同學希望盡快到達B站，請你為他推薦一條最佳乘車路線，并說明理由。學生發(fā)言。教師總結(jié)，指出同一問題，設(shè)計的算法并不唯一，優(yōu)化算法，找出問題的最優(yōu)解。梳理知識形成概念廣義的算法引申情境實質(zhì)，指出廣義上算法的概念，并通過描述“手機充電”算法，引導學生發(fā)散思維，舉例說明生活中的算法實例，用嘗試用自然語言進行描述。聆聽思考討論發(fā)言師生總結(jié)，形成概念，強調(diào)教學重點，加強記憶。計算機領(lǐng)域算法的概念給指出計算機領(lǐng)域算法的概念，強調(diào)此為教學重點，并由此指出算法的基本結(jié)構(gòu)。聆聽思考算法的特征歸納實例，總結(jié)——算法描述了計算機如何將輸入轉(zhuǎn)化為輸出的過程，為保證計算機有序執(zhí)行指令，算法中的每一個步驟都應(yīng)該具有明確的意義，是可以執(zhí)行的，且能在有限步驟內(nèi)得到問題的解決。由此，引出算法的特征，分別是有輸入、有輸出、有窮性、可行性和確定性，并結(jié)合實例，進行講解，強調(diào)重點。意義延伸結(jié)合生活中算法的實例（樓宇電梯、鐵路購票系統(tǒng)、共享單車調(diào)度算法、圖書順序入架、菜譜、雙面雙份打印分類等），提示算法其實就在我們身邊，只是之前沒有意識到而已。分析實例，總結(jié)學習算法的意義——作為中學生，學習算法知識，了解算法的基本設(shè)計方法，可以深入理解身邊數(shù)字化工具的特征，能夠利用計算思想解決實際問題，提高學習和生活效率，更好地融入信息社會。聆聽思考配合展示（“雙面雙份打印分類”講解中，按照教師要求，對教學輔助材料進行分類）通過實例明白學習算法的意義，加深對信息時代中算法應(yīng)用的普遍性和價值性的認識，理解學習算法的重要性。任務(wù)驅(qū)動實踐應(yīng)用實踐任務(wù)：已知有10個一摸一樣的零件，其中9個零件的質(zhì)量相同，只有1個質(zhì)量略輕，不符合規(guī)格要求?，F(xiàn)在有一臺天平，請設(shè)計算法找出該零件。學生分小組討論，代表發(fā)言。延伸：1.若n=20，兩種方案分別最多需要比較幾次？2.若n=1000，兩種方案分別最多需要比較幾次？總結(jié)：我們設(shè)計算法，要找到解決問題的最佳方法。這一點，在推薦最佳乘車路線的問題上，也有體現(xiàn)。聆聽思考小組討論強化學生會算法思想的領(lǐng)會，使學生體會到算法并不抽象，實際上是解決問題的步驟，通過不同算法效率不同進行對比，讓學生感受算法研究的價值。培養(yǎng)學生形成設(shè)計算法要要找到解決問題的最佳方法的觀念。歸納總結(jié)課堂測驗1.歸納總結(jié)師生共同總結(jié)本課學習收獲，教師強調(diào)教學重點?；卮饐栴}總結(jié)梳理歸納教學內(nèi)容，強調(diào)教學重點，加強學生記憶；課堂測驗，反饋學習情況。2.課堂測驗結(jié)合例題，進行知識測驗。9.板書設(shè)計

附1：教學設(shè)計封面人教中圖版高中信息技術(shù)必修1認識算法教學設(shè)計學段：學科：姓名：單位：

附2：教學設(shè)計詳案教師：上課！學生：起立！老師好！教師：同學們好，請坐。本節(jié)課我們繼續(xù)學習第二章《算法和程序?qū)崿F(xiàn)》。本章圍繞計算機解決問題的過程，按照先整體認知再具體學習的思路展開。在第一節(jié)“解決問題的一般過程和用計算機解決問題”的學習中，我們知道，計算機解決問題，從提出問題到解決問題，經(jīng)過了分析問題、設(shè)計方案、編程調(diào)試等幾個步驟，其中，設(shè)計方案，就是設(shè)計解決問題的具體方法和步驟，也就是算法設(shè)計。算法是問題解決的關(guān)鍵，也是計算思維的核心要素。本節(jié)課的重點內(nèi)容，就是要掌握算法的概念和特征，為后續(xù)學習算法的描述方法和控制結(jié)構(gòu)做鋪墊。那么，什么是算法呢？帶著這個問題，我們進入本節(jié)課的學習——認識算法。我們都聽說過“田忌賽馬”的故事，有誰能給大家講一下這個故事嗎？（學生活動）教師：田忌和齊王賽馬，如果用自己的上等馬對齊王的上等馬，田忌比不過齊王，同樣，中等馬和下等馬都不是齊王的中等馬和下等馬的對手，顯然，田忌輸了比賽。但是，田忌遇到了孫臏，孫臏就教他用自己的下等馬對齊王的上等馬，顯然會輸。之后，再用自己的上等馬對齊王的中等馬，最后用自己的中等馬對齊王的下等馬，這兩局都贏。那么三局兩勝，田忌贏了。從這個故事中，你學到了什么？有什么感悟？（學生活動）教師：我們發(fā)現(xiàn)，田忌取勝的過程中，需要一定的方法策略，而解決問題的方法、步驟和策略其實就是算法。再比如，我們每天的課外活動時間是45分鐘，在這45分鐘的時間里，同學們需要用20分鐘的時間來寫作業(yè)，吃飯耗費十分鐘，兩分鐘的時間買水，去衛(wèi)生間需要3分鐘，完成聽力練習15分鐘，運動10分鐘。共計60分鐘。而我們的課外活動只有45分鐘，請同學們小組討論，為了在規(guī)定時間內(nèi)完成這些事項，你需要做怎樣的安排？（學生活動）教師：哪個小組的同學完成了這個問題？（學生活動）教師：其實為了高效利用時間，可以做聽力練習的同時，完成吃飯、買水和去衛(wèi)生間，這樣，課外活動的時間剛好夠用。再比如，小茗同學繪制了所在城市的地鐵線路局部圖，他計劃從A站出發(fā)去B站附近圖書館學習。假設(shè)地鐵各線路每兩站間行車用時相等，記為t1；換乘地鐵的用時也都相等，記為t2。請你列舉出由A站出發(fā)到達B站的所有換成次數(shù)最少的乘車路線。（學生活動）教師：同學們剛才已經(jīng)找出了4條換乘路線，如果小茗同學希望盡快到達B站，請你為他推薦一條最佳乘車路線，并說明理由。（學生活動）教師：我們?yōu)樗扑]從J站換乘的路線，因為這條換乘路線所需時間最短。從剛才解決這三個問題的過程，我們發(fā)現(xiàn)，在生活和學習中，人們經(jīng)常會用到算法。廣義上講，算法是為解決一類特定問題而采取的確定的、有限的步驟。它描述出某類問題求解的方法和過程，在整個問題解決過程中起著重要的作用。例如，手機充電問題，其實也可以用算法描述。步驟1，獲取當前電量m；步驟2，判斷電量m是否等于100%，若m=100%，提示“電量已充滿”，若m≠100%，返回步驟1；步驟3，充電結(jié)束。那么，請你發(fā)散思維，列舉生活中哪些問題的解決，還用到了算法知識呢？（學生活動）教師：我們認識了生活中的算法，在計算機領(lǐng)域算法作為一個精心設(shè)計的運算序列，描述了計算機如何將輸入轉(zhuǎn)化為輸出的過程。算法的含義是本節(jié)課的第一個重點內(nèi)容。算法作為一個精心設(shè)計的運算序列，描述了計算機如何將輸入轉(zhuǎn)化為輸出的過程。比如根據(jù)特定算法設(shè)計實現(xiàn)的地圖軟件程序，可以根據(jù)用戶輸入的起止位置，給出各種推薦路線。其實這就是算法的基本結(jié)構(gòu)，算法基本結(jié)構(gòu)是算法基本單元，它是一組有著相同結(jié)構(gòu)的算法。其中，輸入是指算法接收的原始數(shù)據(jù)；處理是指算法處理數(shù)據(jù)所采用的的方式，包括算術(shù)運算、邏輯運算、算法處理等；輸出指算法處理之后的結(jié)果，主要有打印輸出、寫入文件、寫入數(shù)據(jù)庫等幾種形式。算法基本結(jié)構(gòu)是算法實現(xiàn)的基礎(chǔ)，它的重要性在于，它把復雜的算法結(jié)構(gòu)劃分成一系列步驟，每一步都有明確的目的和范圍，使算法的實現(xiàn)更加簡單。通過案例分析，我們總結(jié)，算法描述了計算機如何將輸入轉(zhuǎn)化為輸出的過程，為保證計算機有序執(zhí)行指令，算法中的每一個步驟都應(yīng)該具有明確的意義，是可以執(zhí)行的，且能在有限步驟內(nèi)得到問題的解決。這既是算法的定義，從中，也體現(xiàn)了算法的五個特征，分別是有輸入、有輸出、有窮性、可行性和確定性。有輸入指一個算法一般要求有0個或者多個輸入，以描述運算對象的初始情況。比如手機充電算法中，輸入的是當前電量m。如果是0個輸入，說明算法本身已經(jīng)確定了初始條件。有輸出指一個算法可以有一個或者多個輸出，以反映對輸入數(shù)據(jù)加工后的結(jié)果。如手機充電算法中，提示“電量已充滿”。有窮性指算法必須能在執(zhí)行有限個步驟之后終止，也就是算法步驟不能是無限的。比如設(shè)計算法計算“所有偶數(shù)的和”，這個算法就不可實現(xiàn)，因為偶數(shù)的個數(shù)是無限的?？尚行杂址Q有效性，是指算法中的每一步操作都是可以執(zhí)行的，或者都可以分解成計算機可執(zhí)行的基本操作。確定性指算法的每個步驟都具有確定的含義，沒有歧義。如果你的算法描述是“向左轉(zhuǎn)一點”，就不符合算法確定性的要求，因為“一點”，沒有指出具體的角度值，在計算機中無法被有效執(zhí)行。模糊不清、模棱兩可或帶有二義性的描述都會影響算法的確定性。算法的特征是本節(jié)課的第二個重點內(nèi)容。我們在設(shè)計算法時，要滿足算法的這五個特征。那么，我們學習算法有什么意義呢？我們在生活和學習中經(jīng)常會遇到算法。比如樓宇電梯通常按照一定的算法響應(yīng)用戶請求，合理?？康巾憫?yīng)的樓層；鐵路網(wǎng)絡(luò)訂票系統(tǒng)按照一定的算法設(shè)置訂票模式，高效服務(wù)用戶?！半p份打印分類”是怎么回事呢？我們來演示一下。同學們請看，這是老師事先準備好的演示用紙，每一張A4紙正反面打印，打印雙份。那么我們?nèi)绾伟凑枕摯a排序整理呢？3號同學，你來演示一下。（學生活動）教師：還有其他方法嗎？8號同學，你來演示一下。（學生活動）教師：同學們剛剛展示了兩種分類方式，哪一種方式更加快捷？（學生回答）教師：顯然，8號同學的方式更加快捷，不過還可以進一步完善。第一步，將第一張A4紙第二頁在上放到桌面上；第二步，將第二、三張A4紙一同拿出來，第四頁在上放到桌面另一邊；第三步，將第四、五張A4紙拿出來，第六頁在上放到第一步拿出來的那張A4紙上；第四步，重復上述過程，直到將最后一張A4紙雙數(shù)頁面在上，放到第二步放置的A4紙上；分來結(jié)束。這樣，我們就能剩下一半的分類時間。此外，通過共享單車的調(diào)度算法，合理分配共享單車的位置、數(shù)量等，方便公眾短距離出行；圖書館通過設(shè)計算法，可以實現(xiàn)圖書快速、順序入架。菜譜也符合算法特征。我們剛才說，算法的特征是——（學生回答）教師：那么菜譜算法輸入的是——（學生回答）教師：輸入原材料以及用量，輸出是——（學生回答）教師：輸出當然是香噴噴的飯菜了。菜譜算法必須在有限且可執(zhí)行的步驟內(nèi)完成，所用食材、調(diào)料也是確定的。所以菜譜也符合算法的特征。通過剛才這幾個生活中的算法實例，我們發(fā)現(xiàn)算法其實就在我們身邊，只是之前沒有意識到而已。作為中學生，學習算法知識，了解算法的基本設(shè)計方法，可以深入理解身邊數(shù)字化工具的特征，能夠利用計算思想解決實際問題，提高學習和生活效率，更好地融入信息社會。我們來看一個有趣的實踐活動。已知有10個一摸一樣的零件，其中9個零件的質(zhì)量相同，只有1個質(zhì)量略輕，不符合規(guī)格要求?，F(xiàn)在有一臺天平，請設(shè)計算法找出該零件。請同學們小組討論，我們可以怎么做呢？（學生活動）教師：哪個小組的同學說明一下設(shè)計的方案？（學生回答）教師：好，請坐，還有其他方案嗎？（學生回答）教師：請坐。剛才這兩組同學設(shè)計了兩種不同的算法。第一種，是將這些零件進行兩兩比較，直到找到質(zhì)量較輕的一個。這種方案，我們最多需要比較幾次？（學生回答）教師：最多需要比較5次。我們將這種方案稱為方案A。另一種方案是首先將這些零件分為兩組，找出質(zhì)量較輕的一