高一信息技術(shù)教科版必修1教案41算法及其特征

教學(xué)單元認(rèn)識數(shù)據(jù)教學(xué)主題算法及其特征教學(xué)目標(biāo)知識與技能能夠合理并綜合運(yùn)用三種類型的流程圖能夠?qū)⑺惴?、流程圖進(jìn)行互相轉(zhuǎn)換能夠通過流程圖解決實(shí)際問題過程與方法通過講授時(shí)的活動練習(xí)和探究任務(wù)，提高綜合運(yùn)用算法、流程圖實(shí)現(xiàn)程序設(shè)計(jì)的能力。情感態(tài)度價(jià)值觀能夠從實(shí)際生活中、其他學(xué)科中感知到算法和流程圖的實(shí)際價(jià)值。核心素養(yǎng)培養(yǎng)通過選擇排序算法將算法、流程圖和程序設(shè)計(jì)結(jié)合起來，奠定高級算法基礎(chǔ)和高階信息素養(yǎng)。教學(xué)內(nèi)容算法；選擇排序算法與數(shù)組數(shù)據(jù)類型；枚舉算法教學(xué)媒體電子白板、PPT教學(xué)過程教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動學(xué)生活動設(shè)計(jì)意圖舊知復(fù)習(xí)將流程圖轉(zhuǎn)換為算法【問題】該流程圖的目的是什么？1.輸入變量a、b的值。2.比較a和b。如果a>b，則a存入以max命名的存儲單元中；否則，b存入max。3.輸出結(jié)果max。回答問題：比較a與b的大小，并輸出最大值。讓學(xué)生通過觀察流程圖，圖形化語言的內(nèi)容轉(zhuǎn)化為中文的思維流程，使其回憶選擇結(jié)構(gòu)流程圖的使用過程和結(jié)果。課堂講授【知識點(diǎn)一、算法】軟件開發(fā)社團(tuán)要招募新成員，報(bào)名的同學(xué)要經(jīng)過面試才能加入。第一關(guān)面試題是：“一個(gè)房間有3盞燈，房間外有3個(gè)開關(guān)分別控制這3盞燈。在只允許進(jìn)房間一次的情況下，如何判斷哪個(gè)開關(guān)控制哪盞燈？【任務(wù)分析】燈的屬性：1、亮與不亮；2、熱與不熱；燈亮推出開關(guān)的控制燈熱推出燈曾經(jīng)亮過。其步驟為：首先開1號、2號兩個(gè)開關(guān)；2分鐘后關(guān)閉1號開關(guān)；進(jìn)房間，顯然亮著的燈由2號開關(guān)控制；接下來摸一下另外兩盞不亮的燈，發(fā)熱的燈肯定由1號開關(guān)控制；最后確定3號開關(guān)控制的燈。思考并依據(jù)教師提示和任務(wù)要求，探究完成步驟分析。經(jīng)過梳理算法步驟，將其轉(zhuǎn)化為流程圖。首先，學(xué)生依據(jù)任務(wù)分析探究完成算法的實(shí)現(xiàn)，理解算法的功能和價(jià)值，然后將算法轉(zhuǎn)化為流程圖，使其深度理解算法和流程圖的區(qū)別于練習(xí)，并能夠綜合運(yùn)用算法和流程圖。最后由學(xué)生和教師共同歸納總結(jié)算法的內(nèi)涵和特征，培養(yǎng)其結(jié)論的推理能力。2、算法從某種意義上說，算法也是一種數(shù)學(xué)模型。一般而言，問題求解的第一步是數(shù)學(xué)建模。用數(shù)學(xué)語言描述實(shí)際現(xiàn)象，將現(xiàn)實(shí)世界的問題抽象成數(shù)學(xué)模型，就可能發(fā)現(xiàn)問題的本質(zhì)并判定其能否求解，繼而找到求解該問題的方法和算法。3、算法的重要特征有窮性算法必須能在執(zhí)行有限個(gè)步驟之后終止。確切性算法中的每一次運(yùn)算都有明確的定義，具有無二義性，并且可以通過計(jì)算得到唯一的結(jié)果。輸入項(xiàng)一個(gè)算法有0個(gè)或多個(gè)輸入，以刻畫運(yùn)算對象的初始情況，所謂0個(gè)輸入是指算法本身給出了初始條件。輸出項(xiàng)算法一定要有輸出。任何算法都不能"無功而返"?？尚行运惴ㄖ袌?zhí)行的任何計(jì)算都可以在有限時(shí)間內(nèi)完成（也稱為有效性）。算法中的運(yùn)算都必須是可以實(shí)現(xiàn)的。認(rèn)真思考并記錄筆記。【知識點(diǎn)二、選擇排序算法與數(shù)組數(shù)據(jù)類型】選擇排序算法是常用的一種排序思維。播放【選擇排序】視頻，讓學(xué)生觀看視頻并思考其原理。1、選擇排序算法內(nèi)涵選擇排序（Selectionsort）是一種簡單直觀的排序算法。它的工作原理是每一次從待排序的數(shù)據(jù)元素中選出最?。ɑ蜃畲螅┑囊粋€(gè)元素，存放在序列的起始位置，所以稱為：選擇排序。原理（或算法）設(shè)第一個(gè)元素為比較元素，依次和后面的元素比較比較完所有元素找到最小的元素，將它和第一個(gè)元素互換重復(fù)上述操作，我們找出第二小的元素和第二個(gè)位置的元素互換以此類推找出剩余最小元素將它換到前面，即完成排序觀看視頻并思考總結(jié)內(nèi)涵和原理。自主書寫算法過程。遇到疑難需要向教師提出。根據(jù)教師引導(dǎo)完成提問中的內(nèi)容并理解數(shù)組實(shí)例的排序過程。閱讀題目。認(rèn)真思考并記錄筆記。根據(jù)代碼執(zhí)行結(jié)果深度理解數(shù)組的原理和表示方式。學(xué)生依據(jù)教師提示逐步完成流程圖。程序代碼：A=[4,5,6,3,2,1]#print(len(A))#len(A):返回?cái)?shù)組A的長度，可通過print(len(A))來看一下結(jié)果foriinrange(len(A)):min_idx=i#設(shè)min_idx為A數(shù)組的初始位置，即A[min_idx]=64forjinrange(i+1,len(A)):#執(zhí)行循環(huán)，進(jìn)行兩個(gè)數(shù)的比較，將最小值的序號賦值為min_idxifA[min_idx]>A[j]:min_idx=jA[i],A[min_idx]=A[min_idx],A[i]#交換順序，將最小值放在前面print("排序后的數(shù)組：")foriinrange(len(A)):print("%d"%A[i])程序結(jié)果讓學(xué)生反復(fù)觀看視頻，在教師引導(dǎo)下總結(jié)歸納選擇排序算法的內(nèi)涵和原理。由學(xué)生總結(jié)歸納肯定存在難度和挑戰(zhàn)，因此教師提供具體實(shí)例腳手架為學(xué)生詳細(xì)解釋和程序選擇排序算法的過程，并逐步解決學(xué)生的思維疑惑。在實(shí)例中讓學(xué)生理解數(shù)組數(shù)據(jù)類型的使用，既能讓學(xué)生理解字符串，又能拓展學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的相應(yīng)函數(shù)。引入方式恰當(dāng)合理。在探究練習(xí)中，教師的提示支架非常重要，在綜合任務(wù)完成過程中，不斷關(guān)注學(xué)生的挑戰(zhàn)難點(diǎn)，并且提供恰當(dāng)?shù)奶崾?，引?dǎo)學(xué)生自主完成任務(wù)。2、詳解選擇排序算法過程觀察下側(cè)交換位置，請你說出各數(shù)組的實(shí)現(xiàn)過程和原理。3、練習(xí)給出數(shù)組4、5、6、3、2、11、畫出每次排序的結(jié)果，并說明每次排序的過程。2、繪制選擇排序的流程圖。練習(xí)前為學(xué)生提供支架知識：【數(shù)據(jù)類型——數(shù)組】數(shù)組用于在單個(gè)變量中存儲多個(gè)值。為學(xué)生講解數(shù)組的實(shí)際存儲原理以及表示方式?！揪毩?xí)】嘗試以下代碼教師提示學(xué)生完成該數(shù)組排序的過程和需用用到的流程圖結(jié)構(gòu)：核心結(jié)構(gòu)：循環(huán)結(jié)構(gòu)和選擇結(jié)構(gòu)設(shè)需要比較的數(shù)為a[i]設(shè)移動比較的數(shù)為a[j]循環(huán)結(jié)構(gòu)為：j=i+1：起始比較j=j+1：逐位移動選擇結(jié)構(gòu)為：如果a<b，則min=a;否則，min=b【知識點(diǎn)三、枚舉算法】我們常利用計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度快、精確度高的特點(diǎn)解決實(shí)際問題。在設(shè)計(jì)算法時(shí)，最簡單的方法就是"直譯"我們的思維過程。有一種算法是把所有可能的答案一一列舉，合適就保留，不合適就丟棄。這種方法稱作“枚舉”或“窮舉”。【活動】這次面試的冠軍在A、B、C、D四位同學(xué)中。A說：“不是我?！盉說：“是C?！盋說：“是D?！盌說：“C說的不對?！币阎娜酥杏幸蝗苏f了假話。你能判斷出到底誰是冠軍嗎？說出你的結(jié)論和判斷過程。【分析】C和D是矛盾的在不知道誰說真話、誰說假話的情況下，最簡單的方法就是把所有可能都枚舉出來。因?yàn)橹挥幸晃还谲姡钥梢悦杜e選手的編號，并對A、B、C、D四個(gè)人的話進(jìn)行判斷。在本任務(wù)中，我們需要把每個(gè)人說的話轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)能夠執(zhí)行的表達(dá)式。如A說：“不是我?！笨梢员硎緸椤癷！='A'”，其中i為枚舉冠軍選手編號?！締栴}】1、(i==‘D’)+(i!=‘D’)結(jié)果必然為1。2、嘗試修改代碼，使得輸出冠軍為A認(rèn)真聽講并記筆記。認(rèn)真分析題干，并判斷ABCD四個(gè)人中，哪些人說話存在矛盾，即兩者之間只有1位是正確的。通過教師的分析判斷，設(shè)計(jì)如下代碼并執(zhí)行：champion=['A','B','C','D']#設(shè)置選手列表#foriinchampion:

cond=(i!='A')+(i=='C')+(i=='D')+(i!='D')

ifcond==3:

print("冠軍是：",i)回答問題并完成任務(wù)。枚舉法中的綜合練習(xí)任務(wù)能夠讓學(xué)生理解循環(huán)+判斷的綜合運(yùn)用，并能夠解決實(shí)際生活中的案例。體現(xiàn)出學(xué)生探究活動的自主學(xué)習(xí)能力和教師的引導(dǎo)作用。拓展學(xué)習(xí)PAD流程圖PAD圖（問題分析圖）是一種算法描述工具，它所描述的程序結(jié)構(gòu)十分清晰。最左邊的豎線是程序的主線，即第一層控制結(jié)構(gòu)。隨著程序?qū)哟蔚脑黾?，PAD圖逐漸向右衍生，每增加一個(gè)層次，圖形向右擴(kuò)展一條豎線。程序從最左邊上端的節(jié)點(diǎn)開始按自上而下、從左到右的順序執(zhí)