2023-2024學(xué)年人教版高中信息技術(shù)必修一第二章第四節(jié)《常見算法的程序?qū)崿F(xiàn)》教案

2023-2024學(xué)年人教版高中信息技術(shù)必修一第二章第四節(jié)《常見算法的程序?qū)崿F(xiàn)》教案主備人備課成員課程基本信息1.課程名稱：高中信息技術(shù)必修一第二章第四節(jié)《常見算法的程序?qū)崿F(xiàn)》

2.教學(xué)年級和班級：高中一年級信息技術(shù)班

3.授課時(shí)間：2023-2024學(xué)年第一學(xué)期，具體上課時(shí)間待定

4.教學(xué)時(shí)數(shù)：1課時(shí)（45分鐘）核心素養(yǎng)目標(biāo)分析本節(jié)課圍繞核心素養(yǎng)目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生以下能力：

1.信息意識：通過學(xué)習(xí)常見算法的程序?qū)崿F(xiàn)，使學(xué)生能夠更好地理解計(jì)算機(jī)解決問題的過程，提高對信息的敏感度和處理能力。

2.計(jì)算思維：引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用程序設(shè)計(jì)語言實(shí)現(xiàn)算法，培養(yǎng)其邏輯思維和問題解決能力，激發(fā)創(chuàng)新意識。

3.數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新：鼓勵學(xué)生探索多種算法實(shí)現(xiàn)方式，培養(yǎng)其利用數(shù)字化工具進(jìn)行學(xué)習(xí)與創(chuàng)新的能力。

4.信息社會責(zé)任：通過學(xué)習(xí)算法程序?qū)崿F(xiàn)，使學(xué)生認(rèn)識到信息技術(shù)在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用，增強(qiáng)社會責(zé)任感。學(xué)情分析本節(jié)課面向的是高中一年級信息技術(shù)班的學(xué)生。在知識層面，學(xué)生已經(jīng)掌握了計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識和程序設(shè)計(jì)的基本語法，但對于算法的程序?qū)崿F(xiàn)還較為陌生。在能力方面，學(xué)生具備一定的邏輯思維能力和問題解決能力，但在算法設(shè)計(jì)及優(yōu)化方面有待提高。在素質(zhì)方面，學(xué)生的信息意識、計(jì)算思維和創(chuàng)新意識正處于培養(yǎng)階段，需要通過實(shí)踐操作來進(jìn)一步強(qiáng)化。

學(xué)生層次方面，由于個(gè)體差異，部分學(xué)生對程序設(shè)計(jì)具有較高的興趣和能力，而另一部分學(xué)生可能在此方面較為薄弱。行為習(xí)慣上，學(xué)生在自主學(xué)習(xí)、合作探究方面表現(xiàn)良好，有利于課程學(xué)習(xí)的深入。

然而，學(xué)生在面對復(fù)雜算法時(shí)，可能存在一定的畏難情緒，影響學(xué)習(xí)效果。此外，部分學(xué)生可能過于依賴教師指導(dǎo)，自主解決問題的能力有待提高。為此，本節(jié)課將針對學(xué)生的實(shí)際情況，采用啟發(fā)式教學(xué)和任務(wù)驅(qū)動法，激發(fā)學(xué)生興趣，提高其自主學(xué)習(xí)和解決問題的能力。學(xué)具準(zhǔn)備多媒體課型新授課教法學(xué)法講授法課時(shí)第一課時(shí)師生互動設(shè)計(jì)二次備課教學(xué)資源準(zhǔn)備1.教材：確保每位學(xué)生都備有人教版高中信息技術(shù)必修一教材，提前布置學(xué)生預(yù)習(xí)第二章第四節(jié)《常見算法的程序?qū)崿F(xiàn)》相關(guān)內(nèi)容。

2.輔助材料：準(zhǔn)備與算法實(shí)現(xiàn)相關(guān)的流程圖、偽代碼示例以及經(jīng)典算法案例視頻，以便于學(xué)生更直觀地理解算法設(shè)計(jì)。

3.實(shí)驗(yàn)器材：為學(xué)生提供計(jì)算機(jī)設(shè)備，確保安裝有Python或C++等編程環(huán)境，便于學(xué)生動手實(shí)踐。

4.教室布置：將教室劃分為講授區(qū)、討論區(qū)和實(shí)驗(yàn)操作區(qū)，便于學(xué)生進(jìn)行分組討論和上機(jī)實(shí)踐。同時(shí)，準(zhǔn)備投影儀等設(shè)備，以便展示多媒體教學(xué)資源。教學(xué)實(shí)施過程1.課前自主探索

教師活動：

-發(fā)布預(yù)習(xí)任務(wù)：通過學(xué)校的學(xué)習(xí)平臺，發(fā)布預(yù)習(xí)資料，包括PPT、算法案例視頻和預(yù)習(xí)指導(dǎo)文檔，明確要求學(xué)生了解常見算法的基本概念和流程。

-設(shè)計(jì)預(yù)習(xí)問題：圍繞“常見算法的程序?qū)崿F(xiàn)”，設(shè)計(jì)問題如“什么是冒泡排序？它是如何工作的？”引導(dǎo)學(xué)生思考。

-監(jiān)控預(yù)習(xí)進(jìn)度：通過學(xué)習(xí)平臺跟蹤學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，及時(shí)給予反饋。

學(xué)生活動：

-自主閱讀預(yù)習(xí)資料：學(xué)生按照要求，閱讀教材和相關(guān)資料，初步理解算法實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)知識。

-思考預(yù)習(xí)問題：學(xué)生嘗試回答預(yù)習(xí)問題，記錄自己的理解和疑問。

-提交預(yù)習(xí)成果：學(xué)生將筆記、疑問等提交至學(xué)習(xí)平臺。

教學(xué)方法/手段/資源：

-自主學(xué)習(xí)法：培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和自主學(xué)習(xí)的能力。

-信息技術(shù)手段：利用學(xué)習(xí)平臺，實(shí)現(xiàn)資源共享和進(jìn)度監(jiān)控。

作用與目的：

-幫助學(xué)生提前接觸算法實(shí)現(xiàn)的概念，為課堂學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

-培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和問題意識。

2.課中強(qiáng)化技能

教師活動：

-導(dǎo)入新課：通過一個(gè)生活中的排序問題引入冒泡排序算法，激發(fā)學(xué)生興趣。

-講解知識點(diǎn)：詳細(xì)講解冒泡排序算法的原理和程序?qū)崿F(xiàn)步驟，結(jié)合代碼示例。

-組織課堂活動：設(shè)計(jì)小組討論和編程實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在實(shí)踐中掌握算法實(shí)現(xiàn)。

-解答疑問：針對學(xué)生的問題，進(jìn)行個(gè)別輔導(dǎo)和集體解答。

學(xué)生活動：

-聽講并思考：認(rèn)真聽講，積極參與課堂討論。

-參與課堂活動：小組合作，嘗試編寫并運(yùn)行冒泡排序程序。

-提問與討論：針對難點(diǎn)和疑問，與同學(xué)和老師進(jìn)行討論。

教學(xué)方法/手段/資源：

-講授法：通過講解和示例，幫助學(xué)生掌握算法原理。

-實(shí)踐活動法：通過編程實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作能力。

-合作學(xué)習(xí)法：通過小組合作，增強(qiáng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。

作用與目的：

-加深學(xué)生對算法實(shí)現(xiàn)過程的理解，突破重難點(diǎn)。

-通過實(shí)踐活動，提高學(xué)生的編程技能和問題解決能力。

-培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神和溝通能力。

3.課后拓展應(yīng)用

教師活動：

-布置作業(yè)：根據(jù)課堂所學(xué)，布置編程作業(yè)，要求學(xué)生實(shí)現(xiàn)其他常見算法。

-提供拓展資源：推薦算法學(xué)習(xí)網(wǎng)站和經(jīng)典教材，供學(xué)生深入學(xué)習(xí)和參考。

-反饋?zhàn)鳂I(yè)情況：及時(shí)批改作業(yè)，給予學(xué)生個(gè)性化的反饋和指導(dǎo)。

學(xué)生活動：

-完成作業(yè)：獨(dú)立完成作業(yè)，鞏固課堂所學(xué)知識。

-拓展學(xué)習(xí)：利用拓展資源，深化對算法的理解。

-反思總結(jié)：評估自己的學(xué)習(xí)效果，制定改進(jìn)措施。

教學(xué)方法/手段/資源：

-自主學(xué)習(xí)法：鼓勵學(xué)生在課后自主學(xué)習(xí)和探索。

-反思總結(jié)法：引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行自我評估和反思。

作用與目的：

-鞏固學(xué)生對常見算法實(shí)現(xiàn)的理解和應(yīng)用能力。

-拓寬學(xué)生的知識面，提高其信息技術(shù)的綜合素質(zhì)。

-通過反思，促進(jìn)學(xué)生的自我管理和自我提升。拓展與延伸1.拓展閱讀材料

-《計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)藝術(shù)》作者：DonaldE.Knuth，該書詳細(xì)介紹了多種經(jīng)典算法，包括排序、查找等，是程序設(shè)計(jì)領(lǐng)域的經(jīng)典之作。

-《算法導(dǎo)論》作者：ThomasH.Cormen、CharlesE.Leiserson、RonaldL.Rivest和CliffordStein，這本書深入淺出地講解了算法的基本概念和設(shè)計(jì)方法，適合深入學(xué)習(xí)。

-《Python編程：從入門到實(shí)踐》作者：EricMatthes，該書以Python語言為例，介紹了編程基礎(chǔ)和算法實(shí)現(xiàn)，適合初學(xué)者實(shí)踐操作。

2.課后自主學(xué)習(xí)和探究

-探究不同類型的排序算法（如選擇排序、插入排序、快速排序等）的性能差異，通過實(shí)驗(yàn)比較它們在不同數(shù)據(jù)集上的執(zhí)行效率。

-研究算法優(yōu)化策略，例如如何優(yōu)化冒泡排序，減少不必要的比較次數(shù)，提高算法效率。

-嘗試將經(jīng)典算法應(yīng)用于實(shí)際問題解決中，如使用排序算法對學(xué)校考試成績進(jìn)行排序，使用查找算法實(shí)現(xiàn)學(xué)生信息的快速檢索。

-閱讀和分析開源項(xiàng)目中的算法實(shí)現(xiàn)，了解業(yè)界是如何應(yīng)用算法解決具體問題的，從中學(xué)習(xí)算法設(shè)計(jì)的最佳實(shí)踐。

-了解算法在人工智能、大數(shù)據(jù)等領(lǐng)域的應(yīng)用，思考算法如何幫助處理和分析海量數(shù)據(jù)，探索算法在未來技術(shù)發(fā)展中的重要作用。重點(diǎn)題型整理1.題型一：冒泡排序算法的實(shí)現(xiàn)

問題：請使用C++或Python語言，實(shí)現(xiàn)冒泡排序算法。

答案（C++）：

```cpp

voidbubbleSort(intarr[],intn){

for(inti=0;i<n-1;i++)

for(intj=0;j<n-i-1;j++)

if(arr[j]>arr[j+1])

swap(arr[j],arr[j+1]);

}

```

答案（Python）：

```python

defbubble_sort(arr):

n=len(arr)

foriinrange(n):

forjinrange(0,n-i-1):

ifarr[j]>arr[j+1]:

arr[j],arr[j+1]=arr[j+1],arr[j]

```

2.題型二：插入排序算法的實(shí)現(xiàn)

問題：請用C++或Python實(shí)現(xiàn)插入排序算法。

答案（C++）：

```cpp

voidinsertionSort(intarr[],intn){

inti,key,j;

for(i=1;i<n;i++){

key=arr[i];

j=i-1;

while(j>=0&&arr[j]>key){

arr[j+1]=arr[j];

j=j-1;

}

arr[j+1]=key;

}

}

```

答案（Python）：

```python

definsertion_sort(arr):

foriinrange(1,len(arr)):

key=arr[i]

j=i-1

whilej>=0andkey<arr[j]:

arr[j+1]=arr[j]

j-=1

arr[j+1]=key

```

3.題型三：快速排序算法的實(shí)現(xiàn)

問題：請用C++或Python實(shí)現(xiàn)快速排序算法。

答案（C++）：

```cpp

intpartition(intarr[],intlow,inthigh){

intpivot=arr[high];

inti=(low-1);

for(intj=low;j<=high-1;j++){

if(arr[j]<pivot){

i++;

swap(arr[i],arr[j]);

}

}

swap(arr[i+1],arr[high]);

return(i+1);

}

voidquickSort(intarr[],intlow,inthigh){

if(low<high){

intpi=partition(arr,low,high);

quickSort(arr,low,pi-1);

quickSort(arr,pi+1,high);

}

}

```

答案（Python）：

```python

defquick_sort(arr,low,high):

iflow<high:

pi=partition(arr,low,high)

quick_sort(arr,low,pi-1)

quick_sort(arr,pi+1,high)

defpartition(arr,low,high):

pivot=arr[high]

i=low-1

forjinrange(low,high):

ifarr[j]<pivot:

i+=1

arr[i],arr[j]=arr[j],arr[i]

arr[i+1],arr[high]=arr[high],arr[i+1]

returni+1

```

4.題型四：二分查找算法的實(shí)現(xiàn)

問題：請使用C++或Python實(shí)現(xiàn)二分查找算法。

答案（C++）：

```cpp

intbinarySearch(intarr[],intl,intr,intx){

while(l<=r){

intm=l+(r-l)/2;

if(arr[m]==x)

returnm;

if(arr[m]<x)

l=m+1;

else

r=m-1;

}

return-1;

}

```

答案（Python）：

```python

defbinary_search(arr,low,high,x):

whilelow<=high:

mid=(low+high)//2

ifarr[mid]==x:

returnmid

elifarr[mid]<x:

low=mid+1

else:

high=mid-1

return-1

```

5.題型五：編寫一個(gè)程序，使用排序算法對一組數(shù)據(jù)進(jìn)行排序，并統(tǒng)計(jì)排序過程中比較和交換的次數(shù)。

問題：請用C++或Python編寫一個(gè)程序，對一組數(shù)據(jù)進(jìn)行冒泡排序，并輸出排序過程中比較和交換的次數(shù)。

答案（C++）：

```cpp

voidbubbleSort(intarr[],intn,int&comp,int&swap){

for(inti=0;i<n-1;i++){

for(intj=0;j<n-i-1;j++){

comp++;//比較次數(shù)增加

if(arr[j]>arr[j+1]){

swap++;//交換次數(shù)增加

swap(arr[j],arr[j+1]);

}

}

}

}

//主函數(shù)

intmain(){

intarr[]={64,34,25,12,22,11,90};

intn=sizeof(arr)/sizeof(arr[0]);

intcomp=0,swap=0;

bubbleSort(arr,n,comp,swap);

cout<<"Comparisons:"<<comp<<",Swaps:"<<swap<<endl;

return0;

}

```

答案（Python）：

```python

defbubble_sort(arr):

n=len(arr)

comp=0

swap=0

foriinrange(n):

forjinrange(0,n-i-1):

comp+=1

ifarr[j]>arr[j+1]:

swap+=1

arr[j],arr[j+1]=arr[j+1],arr[j]

returncomp,swap

#主程序

arr=[64,34,25,12,22,11,90]

comp,swap=bubble_sort(arr)

print(f"Comparisons:{comp},Swaps:{swap}")

```板書設(shè)計(jì)1.重點(diǎn)知識點(diǎn)：

-冒泡排序算法原理

-插入排序算法步驟

-快速排序算法核心思想

-二分查找算法實(shí)現(xiàn)

-排序算法性能分析

2.重點(diǎn)詞句：

-冒泡