信息技术必修1 数据与计算2.2 算法的控制结构一等奖教案

这是一份信息技术必修1 数据与计算2.2 算法的控制结构一等奖教案，共4页。

课程标准
和
教学目标
算法的概念及描述和算法的控制结构
教材内容： 2.1算法的概念和描述 2.2算法的控制结构
适应的课程标准：
1.6从生活实例出发，概述算法的概念与特征，运用恰当的描述方法和控制结构表示简单算法。
教学目标：
●能从生活和学习中发现实际问题中的算法，并结合实际问题理解算法的内涵和外延。
●通过对生活实例的分析和描述，体会概要方法和算法的区别，通过正反例对比分析，理解算法的特征和三要素。
●初步能用自然语言和流程图描述简单算法，了解算法描述的常见方式和各自特点。
●理解三种算法控制结构的概念、特点及使用情形。
●能根据问题求解过程中数据和运算的特点，选择合适的控制结构来正确地设计、描述算法。
●理解各种控制结构在解决问题过程中综合应用的必要性。
指向的核心素养：
●信息意识：能够根据解决问题的需要，自觉、主动地寻求恰当的方式获取与处理信息；在合作解决问题的过程中，愿意与团队成员共享信息，实现信息的更大价值。
●计算思维：针对给定的任务进行需求分析，明确需要解决的关键问题；能提取问题的基本特征，进行抽象处理，并用形式化的方法表述问题。
●数字化实践：掌握数字化学习系统，学习资源与学习工具的操作技能，用于开展自主学习、协同工作、知识分享与创新创造。
●信息社会责任：具有一定的信息安全意识与能力，能够遵守信息法律法规，信守信息社会的道德与伦理准则；对信息技术创新所产生的新观念和新事物，具有积极学习的态度、理性判断和负责行动的能力。
学习环境：有教学控制软件的多媒体机房，装有MS软件和班级讨论区。
建议课时：1课时
教学活动设计
教学环节
教学过程
设计意图
情境导入（1）
导入1：在多媒体课件上展示“鸡兔同笼”问题，请学生给出算术解（非方程解）。
导入2：给出分别用概要方法和细化算法描述解决问题步骤的案例，让学生体验二者的区别，从而对算法有初步感性认识。（例如菜谱，导航或指路等生活实际问题）
导入3：观看扫地机器人工作视频，请同学们为扫地机器人设计一个算法以完成扫地任务。
通过让学生完成一些简单任务，自然进入课堂，让学生体验概要方法和细化算法的区别，从而对算法有初步感性认识。
先后举的3个例子，分别属于“算数”问题，生活中的算法问题和计算机科学领域的算法问题，以便顺利过渡到算法的内涵和外延变化的分析。
知识讲解（1）
1. 通过分析上述案例，请学生比较古代的算法，现代广义的算法和计算机领域“算法”的含义和区别；
2. 通过分析上述案例，请学生比较概要方法和细化算法的区别，从而明确算法的定义。
3. 教师举一些不符合算法特征的例子，请学生分析其是否符合算法特征，若不符合，该如何改正：
例1：写出所有的素数（不符合“有穷性”特征，可以改为写出10亿以内的所有素数）；
例2：找出班级里英语成绩最好的人（不符合“确定性”特征，可以改为找出班里本次英语测试成绩最高的人）；
例3：为什么算法必须要有“输出”，但有时却可以没有“输入”？（算法必须包含至少一个输出，以告诉外界问题求解的结果。如果问题求解时所有数据都是不变且已知的，则所需数据包含在算法中，不必再在执行时输入数据，否则需要包含一个或多个输入）
有了对实际案例的对比分析后，学生对算法有了初步感性认识，趁热打铁，让学生根据教材内容归纳总结算法的内涵和外延，从而实现知识的内化。
教师不是直接向学生讲解算法的特征，而是通过对实际案例的对比分析，引导学生自主阅读教材内容，加深对算法特征的理解，从而实现知识的内化。
自主学习
（1）
先让学生自主学习教材中“用自然语言描述算法”和“问题与讨论之空调自动调温”，然后要求学生小组合作讨论，分别使用自然语言和流程图描述空调自动调温的算法。
若学生一时不能正确地表述，教师可以从数据，运算和控制转移三个角度给予提示。
教师根据学生的回答，总结算法描述：
设定空调温度t0 = 26℃；
输入室温t；
若t<=t0，压缩机暂停工作；否则，通知压缩机工作。
说明：上述算法只是对当前输入数据t进行的运算和反应。实际上，空调每隔一段时间就会输入新的数据t，然后进行运算和控制转移，这是个循环过程。本例的流程图主要是掌握分支结构的描述方法，此后我们还要讨论如何表述这个循环过程。
帮助学生通过分析实例来理解算法的三要素，而不是机械地记住抽象枯燥的概念；引导学生思考要抓住哪些要素才能准确地描述算法。
可以先让学生自主学习“算法的描述”，然后回过头来分析和讨论“空调自动调温”，一举两得。
先让学生用自然语言表述算法，然后分析自然语言的缺陷，再请学生用流程图表达，体会二者的区别。
由于学生是第一次接触流程图，初次尝试难免会出现各种错误。教师要对这些错误有预期心理准备，并通过小组讨论和及时评价等形式去引导学生逐渐掌握正确的描述方法。
情境导入（2）
观看视频“硬币自动分拣机”，分析其工作原理，分别使用自然语言和流程图描述“分支结构”。可先简化模型，只考虑两个分支；再推广到多分支结构。
视频内容较为新奇有趣，可以有效地吸引学生的兴趣，通过使用自然语言和流程图描述相关算法，可以加深学生对“分支结构”的理解。
知识讲解（2）
先回顾“智能电饭煲烧饭算法”和“空调自动调温问题”，明确循环条件，循环体和死循环的概念。
从“分支结构”到“循环结构”是一个飞跃，通过回顾已经研究过的案例，引出相关概念，为下一步学习提供思维锚点。
自主学习
（2）
让学生自主学习教材中“超市收银系统”，然后要求学生小组合作讨论，分别使用自然语言和流程图描述该算法。
让学生自主学习教材中“邮箱登陆验证系统”，然后要求学生小组合作讨论，使用流程图描述该算法。
教师组织学生举例说明累加器的应用。
让学生自主学习和分组讨论“超市收银系统”，不仅是为了让学生学习控制结构的应用，更是为了使他们逐步具备能从现实项目中界定问题、对问题进行抽象与建模、最终设计算法的计算思维。
教师组织学生展示上述两个实例算法，使学生加深对循环控制结构的理解。
课堂小结
1. 总结算法的概念，比较古代的算法，现代广义的算法和计算机领域“算法”的含义和区别；
2. 归纳算法的特征和三要素；
3. 总结算法的常用描述方法；
4. 总结三种算法控制结构的特点及适用范围。
概念学习需要先从生活实例出发，通过分析实例，培养学生对概念的感性认识，为深刻理解概念提供事实基础；有了事实基础和体验过程，还需要对知识进行归纳和总结，纳入原有知识结构，实现知识的升华。
作业布置
基础作业（面向所有学生）：
思考教材“问题与讨论”中智能停车场车位引导系统，分别用自然语言和流程图描述该区域控制器的算法。
智能农业大棚算法分析设计，分别使用自然语言和流程图描述算法。
提升作业（面向学有余力学生）：
思考教材“实践与体验”中“欧几里得”算法和“更相减损之术”算法，选择适当的方法描述该算法。
课后作业是课堂学习的延伸，是巩固和升华知识点的有效途径。根据学生的基础和能力设置不同难度的作业，以满足不同层次的学生需求。
教学设计思路
本课通过让学生完成一些简单任务，自然进入课堂，让学生体验概要方法和细化算法的区别，从而对算法有初步感性认识。先后举的3个例子，分别属于“算数”问题，生活中的算法问题和计算机科学领域的算法问题，以便顺利过渡到算法的内涵和外延变化的分析。
有了对实际案例的对比分析后，学生对算法有了初步感性认识，趁热打铁，让学生根据教材内容归纳总结算法的内涵和外延，从而实现知识的内化。
算法的特征较为抽象，不宜直接向学生灌输相关知识，而是通过对实际案例的对比分析，引导学生自主阅读教材内容，加深对算法特征和算法三要素的理解。
由于自然语言的描述形式和现实情境比较接近，学生比较容易掌握。而流程图学生是第一次接触，学生初次尝试会出现各种错误。教师要对这些错误有预期心理准备，并通过小组讨论和及时评价等形式去引导学生逐渐掌握正确的描述方法。可以先让学生用自然语言表述算法，然后分析自然语言的缺陷，再请学生用流程图表达，体会二者的区别。
“顺序结构”和“分支结构”内容难度不大，加上学生在之前的一节课中对各种控制结构有了直观体验，通过分析作业“停车场收费”问题及其中间环节的进一步细化，可以较快地理解该两种程序结构。通过分析“硬币自动分拣机”工作原理，可以让学生进一步理解“分支结构”的特征。最后教师再适当总结，把这部分知识上升到概念层面，让学生体会“自上而下，逐步求精”的结构化编程思想。
“循环结构”是本节课的重点和难点，需要给学生提供大量的素材来练习，并给予充分的时间来思考和讨论。让学生自主学习和分组讨论“超市收银系统”，不仅是为了让学生学习控制结构的应用，更是为了使他们逐步具备能从现实项目中界定问题、对问题进行抽象与建模、最终设计算法的计算思维。该部分内容难度较大，故先通过学生自主阅读教材，理解其大致的算法思想，再通过教师分析讲解，理解掌握该算法。通过实际项目完整的算法设计过程，使学生逐步养成从问题到算法的思维能力。
为巩固所学，及时请学生完成“邮箱登陆验证系统”练习，分别使用伪代码和流程图描述该算法，强化训练，进一步掌握相关技能。
本节课的内容总体难度较大，教师要提供适量的实例对学生进行针对性训练，要给予学生足够的时间独立思考，鼓励学生进行小组讨论与合作，并向大家展示自己的学习成果。通过思考，讨论和展示等环节培养学生的学习能力和信息素养。
针对
核心素养培养的
设计考虑
核心素养的培养不可能泛泛而谈，而应落实在每一次引导、每一个活动之中。本条例各个核心素养的具体落点分析如下：
信息意识：落点在“能够根据解决问题的需要，自觉、主动地寻求恰当的方式获取与处理信息；在合作解决问题的过程中，愿意与团队成员共享信息，实现信息的更大价值”。兴趣是最好的老师，本条例给学生提供了真实有趣的问题，唤起学生的兴趣，引导学生在熟悉的真实情境中理解算法的概念，特征，要素等基本知识，分析讲解三种控制结构，引导学生由此及彼，去发现实生活中其它类似的问题。本节课采用学生分组讨论分析项目案例，教师引导总结提升到理论层次的方式，对学生主动获取和处理信息的能力要求较高，充分利用小组合作学习的优势，鼓励学生相互交流，培养自主学习的意识和习惯。
计算思维：落点在“针对给定的任务进行需求分析，明确需要解决的关键问题；能提取问题的基本特征，进行抽象处理，并用形式化的方法表述问题”。本条例提供了大量的项目实例，通过小组交流讨论，使学生从抽象到具体地理解算法的概念和特征，体验从项目到问题再到算法的思维历程，提炼项目实施的步骤与方法，提升学生的计算思维；通过分析日常生活中的应用实例，学习使用合适的控制结构来描述算法。在循环结构讲解过程中，通过智能电饭煲烧饭程序、超市收银系统、邮箱登录程序的算法分析，抽象问题的共同特征，进而得出循环结构算法设计的一般方法：归纳重复的处理，再分析重复处理的控制条件。通过超市收银系统这个复杂的实际项目，培养学生运用形式化方法描述问题，分析界定问题、对问题抽象建模，再选择合适的控制结构设计描述算法。
数字化实践：落点在“掌握数字化学习系统，学习资源与学习工具的操作技能，用于开展自主学习、协同工作、知识分享与创新创造”。在学习使用合适的方法描述算法时，学生要使用文本编辑工具和画图工具画流程图；在展示各小组的学习成果时，学生要使用PPT等多媒体工具；在分析“空调自动降温”和“智能停车场”等案例时，鼓励学生根据实际解决问题的需要，恰当选择信息工具，以达到提高效率的目的。
信息社会责任：落点在“具有一定的信息安全意识与能力，能够遵守信息法律法规，信守信息社会的道德与伦理准则；对信息技术创新所产生的新观念和新事物，具有积极学习的态度，理性判断和负责行动的能力。”本课所举例的一些实例，如网上购票，智能电饭煲、智能空调、智能大棚控制等都是一些新兴的事物，对于这些新事物、新技术，学生需要以积极的态度去面对，并能理性判断新技术所带来的便利和新问题。在分析各种项目案例时，要引导学生从信息安全、信息伦理等角度负责任地设计算法。