“算法与程序设计”课程教材分析与教学建议

1、“算法与程序设计”课程教材分析与教学建议纲要一、程序设计教学的发展历程二、程序设计教学平台的选择三、面向对象程序设计方法四、“如何用计算机解决问题”教学活动建议五、“程序设计ABC”教学活动建议六、“算法的程序实现”教学活动建议七、如何学习算法与程序设计 这个阶段信息技术教学强调的是BASIC语言程序设计能力。1.第一阶段（1981-1986）： 受前苏联计算机教育学家叶尔肖夫(Yershow)提出的“程序设计是第二文化”的影响，1982年，教育部决定在北京大学、清华大学等5所大学的附中进行开设计算机选修课的试验，在此基础上产生了第一个以程序设计为主的试验性教学大纲。一、程序设计教学的发展历程

2、2. 第二阶段（1986-1991）： 1986年，国家教委召开了“第三次全国中学计算机教育工作会议”，受第四次世界计算机教育大会“工具论”观点的影响，颁发的第二个试验性教学大纲增加了部分应用软件的内容，如字处理、数据库和电子表格，开课年级向初中和小学发展。 这一阶段的教学内容从单一的BASIC语言教学逐步转向重视计算机应用的教学。一、程序设计教学的发展历程3. 第三个阶段（1991-1999）： 1991年10月，国家教委召开了“第四次全国中小学计算机教育工作会议”，根据这次会议精神，制定并颁发了中小学计算机课程指导纲要(试行)。1997年又颁发了中小学计算机课程指导纲要(修订稿)，把计算机

3、课程分为若干模块，开课年级从高中一直到小学。 在这一时期，程序设计的教学被极大的弱化。一、程序设计教学的发展历程4. 第四阶段（20002003）： 2000年，教育部召开全国中小学信息技术教育工作会议，颁发了中小学信息技术课程指导纲要(试行)。课程的名称由“计算机课”改成“信息技术课程”。 但是，纲要中仅高中包含程序设计的教学内容：问题的算法表示；算法的程序实现；程序设计思想和方法。一、程序设计教学的发展历程5. 第五阶段（2003年至今）： 2003年3月颁发的“普通高中信息技术课程标准”，将信息技术作为高中课程八大学习领域之一的技术领域中的一个科目，使信息技术与语文、数学等科目并列，从而

4、把信息技术课程纳入到了基础教育课程改革的总体系之中。 “算法与程序设计”是在必修模块的基础上，作为计算机应用的技术基础设置的选修模块。一、程序设计教学的发展历程 近年来，中小学程序设计的教学又逐步呈现出一种回归的态势：北京市东城区进行的“程序设计和机器人”实验研究CXLOGO语言的学习；CXLOGO微世界；机器人实验室等。贵州符美瑜在遵义进行的“通过LOGO实验学数学”实验即将颁布的江苏省义务教育信息技术课程指导纲要，“程序设计”是拓展模块之一。算法与问题解决；程序结构与设计。二、程序设计教学平台的选择采用了可视化技术，把Windows的编程复杂性封装起来。采用面向对象的程序设计方法。采用事件

5、驱动的编程机制。Visual Basic具有简单的语法，继承了其先辈Basic简单易用的特点。作为通用的宏语言，广泛应用在Microsoft的其它软件产品中，如Word、Excel等三、面向对象程序设计方法1. Visual Basi程序开发环境标题栏窗体设计器窗口菜单栏工具箱工程管理器窗口属性窗口三、面向对象程序设计方法1. Visual Basi程序开发环境指针标签框架检查框水平滚动条组合框时钟目录列表形状图像对象链接与插入图片框文本框命令按钮单选钮列表框垂直滚动条驱动器列表框文件列表框数据控件三、面向对象程序设计方法2. 建立一个V程序问题： 设计一个程序，根据函数图象确定的根的区间，求

6、一元二次方程ax2+bx+c=0(a0)的近似根。三、面向对象程序设计方法2. 建立一个V程序分析： 对于一元二次方程，可以用求根公式求得精确解，也可以首先从函数的图象上，估计出根的区间，然后在有根的区间内用逐次分半的二分法求出方程的近似根。三、面向对象程序设计方法步骤：(1)建立程序界面 界面中使用6个文本框，分别用来输入方程的3个系数、输入根的区间和输出计算结果，8个标签用来显示提示信息，2个命令按钮分别完成求根和结束程序的功能。步骤：(2)设置对象属性缺省的对象名设置的对象名属性设置值Form1frmEquationCaption求一元二次方程的近似根Label1Caption方程:La

7、bel2Captionx2+Label3Captionx+Label4Caption=0Label5Caption根的区间:Label6Caption,Label7CaptionLabel8Caption结果:Text1txtaText（空白）Text2txtbText（空白）Text3txtcText（空白）Text4txtLBoundText（空白）Text5txtRBoundText（空白）Text6txtRootText（空白）Command1cmdBiRootCaption近似根Command2cmdCancelCaption取消步骤：(3)编写事件处理程序Private Sub c

8、mdBiRoot_Click() Dim a As Single, b As Single, c As Single Dim x1 As Double, x2 As Double Dim x0 As Double Dim fx0 As Double, fx1 As Double a = Val(txta.Text) 取得各次项系数 b = Val(txtb.Text) c = Val(txtc.Text) x1 = Val(txtLBound.Text) 根的区间赋初值 x2 = Val(txtRBound.Text) Do x0 = (x1 + x2) / 2 计算区间中点 fx0 = a

9、* x0 * x0 + b * x0 + c 计算f(x0) fx1 = a * x1 * x1 + b * x1 + c 计算f(x1) 判断f(x0)与f(x1)是否同号，缩小区间 If fx0 * fx1 0 Then x1 = x0 Else x2 = x0 End If Loop While Abs(x1 - x2) 0.000001 判断精度是否满足要求 txtRoot.Text = Format(x1, 0.000000)End Sub三、面向对象程序设计方法2. 建立一个V程序步骤：(4)运行程序(5)保存工程3. 面向对象程序设计(1)对象与类 在面向对象的程序设计中，对象是

10、描述现实世界客观事物的一个实体，一辆具体的汽车抽象为一个对象，包含了描述物理特征的数据（汽缸数：4，排汽量：1.8L，发动机功率：67kw，厂牌号：普通桑塔纳，颜色：黑色等）和行为（启动，加速，制动等），这些数据和行为结合成一个整体，构成描述“苏A0000”汽车的一个对象。所有汽车都具有这些特征和行为，把这些特征和行为提取出来，就构成了一个“汽车”类。苏A0000汽缸数：4排汽量：1.8L发动机功率：67kw厂牌号：普通桑塔纳颜色：黑色行为：启动、加速、制动汽车汽缸数排汽量发动机功率厂牌号颜色行为：启动、加速、制动类对象3. 面向对象程序设计VB中的类与对象类对象3. 面向对象程序设计(2)

11、对象的属性、方法和事件1）属性 属性是对象的性质，对象的许多属性会影响对象的外观及功能。对象的属性可以在设计界面时通过属性窗口设置，也可以在运行时通过程序代码设置，方法如下： 对象.属性=属性值例如，给文本框“txtSource”的“Text”属性赋值为字符串20，代码如下： txtSource.Text=20 如果要获取对象的状态或特性，这时就要读取对象的属性值，方法如下： 变量=对象.属性例如，读取文本框“txtSource”的“Text”属性的代码如下： a = txtSource.Text3. 面向对象程序设计(2) 对象的属性、方法和事件2）方法 方法是指封装在对象内部的执行一项任务

12、的过程或函数，是对象本身固有的动作，可以直接调用。方法是针对特定对象的，调用对象方法的格式如下：对象.方法 参数名表例如：Form1.Print 欢迎使用Visual Basic3. 面向对象程序设计(2) 对象的属性、方法和事件3) 事件 事件是对象对外部操作的响应,每个对象都有一系列预先定义的事件集。 事件过程的形式如下： Private Sub 对象_事件名() （事件过程代码） End Sub 属性、方法、事件构成了对象的三要素。三、面向对象程序设计方法4. 事件驱动的编程机制 在传统的面向过程的程序设计语言中，程序自身控制了代码的执行，从第一行代码开始按照预定的路径执行程序，必要时调

13、用过程或函数，程序必须有明显的开始、结束，靠代码控制程序执行的顺序。 VB程序没有明显的开始和结束，程序的执行是由事件控制的，代码不是按照预定的路径执行，而是在响应不同的事件时执行不同的代码，事件的顺序决定了代码的执行顺序，这就是VB的事件驱动(event driven)的程序设计思想。四、“如何用计算机解决问题”教学活动建议（一）内容标准结合实例，经历分析问题、确定算法、编程求解等用计算机解决问题的基本过程，认识算法和程序设计在其中的地位和作用。 经历用自然语言、流程图或伪代码等方法描述算法的过程。在使用计算机解决实际问题的过程中，通过观看演示、模仿、探究、实践等环节，了解顺序、选择、循环三

14、种基本结构及其重要作用，掌握计算机程序的基本概念，能解释计算机程序执行的基本过程。能够说出程序设计语言产生、发展的历史与过程，能够解释其意义。（二）教学活动建议通过例举生活与学习中需要用计算机解决的问题，如有关数值计算、逻辑等方面的问题，让学生认识问题，形成问题意识，感受利用计算机解决问题的必要性案例：解一元方程 活动目的：了解用计算机解决问题和手工解决问题方式的区别。 活动内容：日常生活中的许多实际问题可以归结为方程问题。那么，如何求方程的根呢？对于一元二次方程，如2x2-13x+11=0，可以用初中学过的配方法、公式法、分解因式法等代数方法解决，在计算机上，可以根据二次函数y=2x2-13

15、x+11的图象，用数值法求它的近似解。分别用代数方法和计算机解这个方程，体验用计算机解决问题和手工解决问题方式的区别。（二）教学活动建议Step 1 用代数方法解一元二次方程2x2-13x+11=0方 法思 路过程与结果配方法公式法分解因式法你还知道哪些解一元二次方程的方法？（二）教学活动建议Step 2 了解一元高次方程的解法。 如何求解二次以上的一元三次、一元四次及以上的方程呢？选择适当的搜索引擎搜索因特网，也可以向老师或专家请教，收集一元高次方程的解法，整理后与同学交流。（二）教学活动建议Step 3 用计算机求方程的近似根。 运行 Equation程序，输入二次函数y=2x2-13x+

16、11的函数表达式，单击“绘图”按钮得到该函数的图象，从函数图象可知方程2x2-13x+11=0在区间0，2、5，6内各有一个实根，分别输入根的区间，单击“近似根”按钮，求得方程的近似根，与前面用代数方法求得的根比较，结果是否相同？ 输入其它的二次、三次、四次及以上的函数表达式，分别求相应方程的近似根，看用计算机解方程的方法与方程的次数是否有关？方 程近似根（二）教学活动建议Step 4 计算机如何解题 打开Equation源程序，找到frmDraw模块中的cmdRoot_Click()事件过程，在老师的指导下，向“监视”窗口分别添加监视表达式x1、x2、x0、Func(x0) * Func(x

17、1) 0，选取“当监视值改变时中断”按钮，运行程序，输入函数表达式x2-13x+11，根据程序断点和“监视”窗口跟踪程序的执行过程，观察并记载程序的解题步骤。（二）教学活动建议2.通过实验活动，帮助学生感知算法在用计算机解决问题过程中的地位和作用案例：排序算法的实验比较实验目的：比较选择排序和快速排序速度。实验内容：运行 sort程序。对于每种排序算法，分别产生10、100、1000、10000个3位随机整数，测试排序的时间（单位：毫秒）。请记录下你的实验数据，比较两种排序算法的效率。算 法10100100010000选择排序快速排序（二）教学活动建议3.通过一个具体的实例，从提出问题入手，引

18、导学生在将以往所学的数学解题过程迁移过来，设计算法并使用自然语言、流程图等描述算法，使用Visual Basic语言实现算法，从而经历用计算机解决问题的基本过程。（二）教学活动建议案例：韩信点兵 分析问题，建立数学模型：设士兵共有m名。m除以3，5，7所得的商分别为x，y,z，那么由题意，有以下不定方程组： 确定算法：通过分析问题，写出问题的求解过程，将其步骤化，设计算法，并就不同的解决方法的步骤、效率和合理性作出比较。（二）教学活动建议案例： 编制程序：教师直接给出对应于算法的程序，并对照流程图初步分析程序是如何实现算法的。 运行程序：引导学生打开并执行程序，体验计算机运行程序的过程，并对结

19、果进行分析和验证。（二）教学活动建议4.尽管本章从学生学习和生活的实例出发，列举了一些典型的、常见的例子，但算法仍是学生较难理解和掌握的内容。本章只是开始，要求不能过高，随着学习的深入，积累的算法的增多，学生的理解会逐步加深。对此，教师应注意循序渐进，不能要求学生一蹴而就。五、“程序设计ABC”教学活动建议（一）内容标准理解并掌握一种程序设计语言的基本知识，包括语句、数据类型、变量、常量、表达式、函数。会使用程序设计语言实现顺序、选择、循环三种控制结构。初步掌握调试、运行程序的方法。了解程序设计语言、编辑程序、编译程序、连接程序以及程序开发环境等基本知识。（二）教学活动建议注重让学生在实践中掌

20、握解程序设计语言集成环境的使用(1)教师演示VB 集成环境各工具的使用，常用控件的使用，让学生初步了解控件、对象、属性等基本概念及其操作方法。 窗体设计器窗口是进行界面设计的窗口，教师可先给学生展示几个已设计好的窗体，如超市收银机程序、教科书中的奖牌统计程序的界面，然后再演示如何用工具箱中的工具进行窗体设计，让学生观察“画出”控件的过程，体会“可视化”的含义。 属性、方法和事件是对象的三要素，可以通过对多个日常生活实例的分析，逐步让学生领会它们的含义，如教科书中的气球。（二）教学活动建议(2) 通过一此趣味性程序，指导学生完成程序的界面制作与程序的输入、调试、运行、保存，在体验中掌握集成环境的

21、使用，在体验中感受程序的执行方式与作用。例如： 打字测试程序、数字时钟程序。 (3) VB的工具箱中共提供了20个标准控件，每个控件都有一组自己的属性、方法和事件，不可能也不需要学生掌握每个控件的所有属性、方法和事件，教科书中只介绍了它们的最基本、最重要的属性、方法和事件。其它控件的用法在使用之处，教师可结合具体问题演示它们的作用。（二）教学活动建议2.数据的表示与处理是程序设计中的重要环节，但初学者很难比较快的理解与掌握，需要一个过程。教师可以结合计算机的工作原理，比较常量、变量与数学课程中相关概念的异同，以及数学运算符、表达式与程序中的运算符、表达式的异同；常用函数的使用方式，并通过后续的

22、学习过程逐步深化理解与正确使用。（二）教学活动建议(1) 变量。变量是一个难点，初学时，学生往往不能正确区分计算机程序中的变量和数学中的变量。在数学中，变量隐含着未知，而在计算机程序中，变量是一个被赋值的名称，对应着内存中一定的存储单元，变量名实际上是变量的符号地址。变量的值在程序执行过程中是可以改变的，但在每一个时刻都有一个确定的值。赋值语句 x=yXY69之前99之后=赋值语句x=x+y+4XY69之前199之后4+（二）教学活动建议(2) 标准函数。VB中提供了大量的内部函数，教科书中列出了一些常用的内部函数，建议这里只要求学生掌握调用函数的方法：函数名(自变量)。教学中，可初步介绍一下

23、各个函数的功能，不要求学生一步掌握，在后续例题中，用到某个函数时再作详细分析。(3) 表达式。表达式是本章的重点和难点，Visual Basic表达式与数学中代数式的书写形式不一样。它们的运算结果也不一样，一般代数式的运算结果还是一个代数式，而Visual Basic表达式的运算结果是一个具体的值。教学中，应适当进行一些将代数式写成表达式，及表达式中运算符运算顺序的训练。（二）教学活动建议(4) Let语句的教学中要注意以下几个问题：Visual Basic中的“=”有两种意义，一是此处的“赋值号”，二是关系运算符“等于号”。赋值号“=”左边只能是变量，不能是数值或表达式，下面的写法是错误的：

24、 4=x+y a+b/2=6 等于号的两边可以是表达式，两边对调后与原来的表示等价。将一个变量的值赋给另一个变量，前一个变量的值保持不变。（二）教学活动建议3.程序的基本结构(1)关于选择结构。If语句的条件可以是关系表达式，也可以是逻辑表达式。此时，应结合选择结构条件的设置，回顾关系表达式和逻辑表达式的知识。学生才开始写关系表达式时，最容易出现的错误是不能正确书写三个关系运算符“”、“=”、“=”，要告诉学生任何一个程序设计语言都有自己的字符集，VB的字符集包括英文字母、数字及一些符号，但这些符号当中不包括数学中的三个关系符“”、“”、“”，只能用其他的合法字符的组合来代替，另外，也要进行一

25、些将数学中的不等式转换成VB关系表达式的训练。（二）教学活动建议 (2)通过一个能体现循环思想的问题引出循环结构案例： 假如你从今年开始，1月份为“希望工程”存入1元钱，2月份存入2元钱，3月份存入3元钱依次类推，问：两年时间你将为“希望工程”存入多少钱？ 可以首先让学生讨论解决这个问题的方法，学生可能会用赋值语句写出如下形式的代码： intSum=0 intSum= intSum+1 intSum= intSum+2 intSum=intSum+3 引出用For-Next循环语句解决这个问题。（二）教学活动建议 (3)变换问题，如果要计算多少月“希望工程”储蓄才能多于500元，该怎样办？引出

26、DO While/Loop语句的使用。 在使用Do-Loop语句实现循环结构时，学生经常会不能正确的结束循环，这是因为，所有循环结构应包含以下四个部分： 初始化； 循环体； 修正部分； 检查部分。 与For-Next循环不同，Do-Loop循环必须自己实现循环的四个部分，学生经常会遗漏修正部分或修正不正确，致使循环不能正常结束。（二）教学活动建议(4)程序设计风格对象名由3个小写字母组成的指明对象类型的前缀和表示该对象作用的缩写字母组成。变量名要有意义，加上前缀表明数据类型。代码中注释行用来说明后面的语句或程序段是在进行什么操作。采用缩进格式，突出程序的层次结构，六、“算法的程序实现”教学活动

27、建议（一）内容标准1.解析法与问题解决（1）了解解析法的基本概念及用解析法设计算法的基本过程。（2）能够用解析法分析简单问题，设计算法，编写程序求解问题。2.穷举法与问题解决（1）了解穷举法的基本概念及用穷举法设计算法的基本过程。（2）能够根据具体问题的要求，使用穷举法设计算法，编写程序求解问题。3.查找、排序与问题解决（1）了解数组的概念，掌握使用数组存储批量数据的基本方法。（2）通过实例，掌握使用数据查找算法设计程序解决问题的方法。（3）通过实例，掌握使用排序算法设计程序解决问题的方法。4.递归法与问题解决（1）了解使用递归法设计算法的基本过程。（2）能够根据具体问题的要求，使用递归法设计

28、算法、编写递归函数、编写程序、求解问题。（二）教学活动建议解析法与问题解决(1)解析法的基本思想：解析法就是在分析问题的基础上，抽取出一个数学模型，这个数学模型能用若干个解析表达式表示出来，找到了这些表达式，问题也就得以解决。（二）教学活动建议问题： 使用一根长度为L厘米的铁丝，制作一个面积为S的矩形框，要求计算出满足这种条件的矩形的高h和宽w。 问题分析：由已知条件可以列出以下方程组：化简这个方程组可以得到：其中，h是未知数，所以，此问题的数学模型就是求关于未知数h的一元二次方程的根。分组讨论，找出求解问题的解析表达式： 第一个顶点（x1,y1）的坐标：X1=rcos(), y1=rsin(

29、)第二个顶点（x2,y2）的坐标：X2=rcos(2), y2=rsin(2)(动画演示：依次演示第1点、第2点的坐标及与x轴的夹角)在此基础上，讨论算法方案。（动画演示，从起点1分别画线到终点2、3、4、，从起点2分别画线到终点1、3、4、，中途定格，从i点分别画线到终点1、2、3、4、）尝试编写程序，提出解决不了的问题或疑问。（二）教学活动建议(2) 绘制“钻石”图案Visual Basic坐标系：XY(0,0)标准坐标系的坐标原点位于容器（窗体或图形框）的左上角，沿水平方向从左向右为X轴正方向，沿垂直方向从上到下为Y轴正方向，缺省坐标单位为Twip。Visual Basic坐标系：建立自

30、定义坐标系的一种途径是使用 Scale 方法：对象.Scale (x1, y1) (x2, y2)（x1,y1）表示对象左上角的坐标值，（x2,y2）表示对象右下角的坐标值。例如，From1.Scale (-1.5,1.5)-(1.5，-1.5)将建立如图所示的自定义坐标系。ScaleWidthScaleLeftScaleHeightScaleTop(-1.5,1.5)(0,0)(1.5,1.5)(-1.5,-1.5)(1.5,-1.5)（二）教学活动建议穷举法与问题解决(1) 穷举法的基本思想：穷举法是指从可能的解的集合中一一枚举各元素，然后根据问题设定的条件，逐个加以检验，找到满足条件的解

31、。(2) 百钱百鸡问题 公元前5世纪，我国数学家张丘建在算经中提出“百鸡问题”：鸡翁一，值钱五，鸡母一，值钱三，鸡雏三，值钱一。百钱买百鸡，问鸡翁、鸡母、鸡雏各几何？(2) 百钱百鸡问题 确定总的解题策略，也就是建立“百鸡问题”的数学模型，可以用下面的方程表示：其中X鸡翁数，Y鸡母数，Z鸡雏数 设计算法：这是属于不定方程问题。可以先确定一个数如X，若用全部的钱买鸡翁，可以买20只，用循环语句对020之间的每一个正整数进行试探。 在每一次试探的过程中，X的值都是一个确定的值，再用穷举算法试探Y的每一个候选值，看有没有Z值可以满足百钱买百鸡的条件。按同样的方法确定Y的范围为033(2) 百钱百鸡问

32、题伪代码表示的算法如下：For x = 0 To 20 For y = 0 To 33 z = 100 - x y 计算鸡雏数 If 5 x + 3 y + z / 3 = 100 Then Print x, y, z End If Next yNext x穷举法与问题解决穷举法解决的问题必须满足两个条件： 可预先确定解的个数； 解变量A1、A2、.、An的值的可能变化范围预先确定 A1X11，.，X1p AiXi1，.，Xiq AnXn1，.，Xnk穷举法与问题解决穷举法解决问题的一般形式：For A1=X11 To X1pFor Ai=Xi1 To XiqFor An=Xn1 To Xnk

33、 If (A1 , . , Ai , ., An)满足检验条件 Then输出问题的解 End IfNext An Next AiNext A1查找(1) 顺序查找：最简单的查找方法是顺序查找，即从第一个元素开始，逐个以关键字与给定的值进行比较直至找到；如果查找到最后一个元素还未找到，则查找失败。 在讲解了顺序查找的基本思想后，可以使用动画帮助学生进一步理解，再要求学生用伪代码写出算法：给定待查值strCharFor j=1 to CHARNUMif strChar=aryCode(j) Then退出循环End IfNext jIf ja(2)，就交换这两个数据；再比较a(2)和a(3)，按照同样的方法处理，直到a(n-1)与a(n)比较交换完后，完成第一轮比较交换，此时，最大数被移到数组最后一个位置。然后，对前n-1个元素进行同样的处理，次最大数被移到第n-1个位置，重复以上过程直到进行完n-1轮比较交换为止。 在此基础上，动画演示冒泡排序的思想。5.递归