2023-2024学年人教版高中信息技术必修一第二章第四节《常见算法的程序实现》教案

2023-2024学年人教版高中信息技术必修一第二章第四节《常见算法的程序实现》教案主备人备课成员课程基本信息1.课程名称：高中信息技术必修一第二章第四节《常见算法的程序实现》

2.教学年级和班级：高中一年级信息技术班

3.授课时间：2023-2024学年第一学期，具体上课时间待定

4.教学时数：1课时（45分钟）核心素养目标分析本节课围绕核心素养目标，培养学生以下能力：

1.信息意识：通过学习常见算法的程序实现，使学生能够更好地理解计算机解决问题的过程，提高对信息的敏感度和处理能力。

2.计算思维：引导学生运用程序设计语言实现算法，培养其逻辑思维和问题解决能力，激发创新意识。

3.数字化学习与创新：鼓励学生探索多种算法实现方式，培养其利用数字化工具进行学习与创新的能力。

4.信息社会责任：通过学习算法程序实现，使学生认识到信息技术在现实生活中的应用，增强社会责任感。学情分析本节课面向的是高中一年级信息技术班的学生。在知识层面，学生已经掌握了计算机基础知识和程序设计的基本语法，但对于算法的程序实现还较为陌生。在能力方面，学生具备一定的逻辑思维能力和问题解决能力，但在算法设计及优化方面有待提高。在素质方面，学生的信息意识、计算思维和创新意识正处于培养阶段，需要通过实践操作来进一步强化。

学生层次方面，由于个体差异，部分学生对程序设计具有较高的兴趣和能力，而另一部分学生可能在此方面较为薄弱。行为习惯上，学生在自主学习、合作探究方面表现良好，有利于课程学习的深入。

然而，学生在面对复杂算法时，可能存在一定的畏难情绪，影响学习效果。此外，部分学生可能过于依赖教师指导，自主解决问题的能力有待提高。为此，本节课将针对学生的实际情况，采用启发式教学和任务驱动法，激发学生兴趣，提高其自主学习和解决问题的能力。学具准备多媒体课型新授课教法学法讲授法课时第一课时师生互动设计二次备课教学资源准备1.教材：确保每位学生都备有人教版高中信息技术必修一教材，提前布置学生预习第二章第四节《常见算法的程序实现》相关内容。

2.辅助材料：准备与算法实现相关的流程图、伪代码示例以及经典算法案例视频，以便于学生更直观地理解算法设计。

3.实验器材：为学生提供计算机设备，确保安装有Python或C++等编程环境，便于学生动手实践。

4.教室布置：将教室划分为讲授区、讨论区和实验操作区，便于学生进行分组讨论和上机实践。同时，准备投影仪等设备，以便展示多媒体教学资源。教学实施过程1.课前自主探索

教师活动：

-发布预习任务：通过学校的学习平台，发布预习资料，包括PPT、算法案例视频和预习指导文档，明确要求学生了解常见算法的基本概念和流程。

-设计预习问题：围绕“常见算法的程序实现”，设计问题如“什么是冒泡排序？它是如何工作的？”引导学生思考。

-监控预习进度：通过学习平台跟踪学生的预习情况，及时给予反馈。

学生活动：

-自主阅读预习资料：学生按照要求，阅读教材和相关资料，初步理解算法实现的基础知识。

-思考预习问题：学生尝试回答预习问题，记录自己的理解和疑问。

-提交预习成果：学生将笔记、疑问等提交至学习平台。

教学方法/手段/资源：

-自主学习法：培养学生独立思考和自主学习的能力。

-信息技术手段：利用学习平台，实现资源共享和进度监控。

作用与目的：

-帮助学生提前接触算法实现的概念，为课堂学习打下基础。

-培养学生的自主学习能力和问题意识。

2.课中强化技能

教师活动：

-导入新课：通过一个生活中的排序问题引入冒泡排序算法，激发学生兴趣。

-讲解知识点：详细讲解冒泡排序算法的原理和程序实现步骤，结合代码示例。

-组织课堂活动：设计小组讨论和编程实验，让学生在实践中掌握算法实现。

-解答疑问：针对学生的问题，进行个别辅导和集体解答。

学生活动：

-听讲并思考：认真听讲，积极参与课堂讨论。

-参与课堂活动：小组合作，尝试编写并运行冒泡排序程序。

-提问与讨论：针对难点和疑问，与同学和老师进行讨论。

教学方法/手段/资源：

-讲授法：通过讲解和示例，帮助学生掌握算法原理。

-实践活动法：通过编程实验，培养学生的实际操作能力。

-合作学习法：通过小组合作，增强学生的团队协作能力。

作用与目的：

-加深学生对算法实现过程的理解，突破重难点。

-通过实践活动，提高学生的编程技能和问题解决能力。

-培养学生的团队合作精神和沟通能力。

3.课后拓展应用

教师活动：

-布置作业：根据课堂所学，布置编程作业，要求学生实现其他常见算法。

-提供拓展资源：推荐算法学习网站和经典教材，供学生深入学习和参考。

-反馈作业情况：及时批改作业，给予学生个性化的反馈和指导。

学生活动：

-完成作业：独立完成作业，巩固课堂所学知识。

-拓展学习：利用拓展资源，深化对算法的理解。

-反思总结：评估自己的学习效果，制定改进措施。

教学方法/手段/资源：

-自主学习法：鼓励学生在课后自主学习和探索。

-反思总结法：引导学生进行自我评估和反思。

作用与目的：

-巩固学生对常见算法实现的理解和应用能力。

-拓宽学生的知识面，提高其信息技术的综合素质。

-通过反思，促进学生的自我管理和自我提升。拓展与延伸1.拓展阅读材料

-《计算机程序设计艺术》作者：DonaldE.Knuth，该书详细介绍了多种经典算法，包括排序、查找等，是程序设计领域的经典之作。

-《算法导论》作者：ThomasH.Cormen、CharlesE.Leiserson、RonaldL.Rivest和CliffordStein，这本书深入浅出地讲解了算法的基本概念和设计方法，适合深入学习。

-《Python编程：从入门到实践》作者：EricMatthes，该书以Python语言为例，介绍了编程基础和算法实现，适合初学者实践操作。

2.课后自主学习和探究

-探究不同类型的排序算法（如选择排序、插入排序、快速排序等）的性能差异，通过实验比较它们在不同数据集上的执行效率。

-研究算法优化策略，例如如何优化冒泡排序，减少不必要的比较次数，提高算法效率。

-尝试将经典算法应用于实际问题解决中，如使用排序算法对学校考试成绩进行排序，使用查找算法实现学生信息的快速检索。

-阅读和分析开源项目中的算法实现，了解业界是如何应用算法解决具体问题的，从中学习算法设计的最佳实践。

-了解算法在人工智能、大数据等领域的应用，思考算法如何帮助处理和分析海量数据，探索算法在未来技术发展中的重要作用。重点题型整理1.题型一：冒泡排序算法的实现

问题：请使用C++或Python语言，实现冒泡排序算法。

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.题型二：插入排序算法的实现

问题：请用C++或Python实现插入排序算法。

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.题型三：快速排序算法的实现

问题：请用C++或Python实现快速排序算法。

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.题型四：二分查找算法的实现

问题：请使用C++或Python实现二分查找算法。

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.题型五：编写一个程序，使用排序算法对一组数据进行排序，并统计排序过程中比较和交换的次数。

问题：请用C++或Python编写一个程序，对一组数据进行冒泡排序，并输出排序过程中比较和交换的次数。

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++;//比较次数增加

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

swap++;//交换次数增加

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

}

}

}

}

//主函数

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}")

```板书设计1.重点知识点：

-冒泡排序算法原理

-插入排序算法步骤

-快速排序算法核心思想

-二分查找算法实现

-排序算法性能分析

2.重点词句：

-冒泡