中职《计算机基础知识与应用案例教程》教案-第9课-了解程序设计和软件

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课题了解程序设计和软件课时2课时（90min）教学目标知识目标：（1）理解程序设计与算法的基本概念（2）了解程序设计语言的相关知识（3）了解软件和软件工程的基本概念能力目标：能分析实际问题并为其设计算法素质目标：树立远大理想、锤炼强国本领，不对提升实际操作能力、解决问题能力和创新能力教学重难点教学重点：程序设计与算法的基本概念教学难点：程序设计语言的相关知识教学方法讲授法、问答法、讨论法、练习法教学用具电脑、投影仪、多媒体课件、教材教学过程主要教学内容及步骤课前任务【教师】布置课前任务，和学生负责人取得联系，让其提醒同学查找资料，了解程序设计和软件的相关知识【学生】完成课前任务考勤【教师】使用APP进行签到【学生】按照老师要求签到案例导入【教师】讲述“任务准备”中的案例（详见教材），请学生回答以下问题：（1）什么是程序设计？设计一个程序需要完成哪些步骤？（2）什么是程序设计语言？它有哪些基本元素？（3）什么是高级语言？你知道哪些高级语言？【学生】思考、回答问题传授新知【教师】通过大家的发言，引入新的知识点，讲解程序设计和软件的相关知识程序设计入门程序设计概述【教师】请学生扫描二维码观看视频“程序设计入门”（详见教材），多媒体展示用手机购买产品时的操作（详见教材），讲解新知在日常生活中，人们解决问题或完成任务时往往需要执行一系列操作。计算机解决问题的过程与之类似。对于计算机而言，解决问题要执行的单个步骤称作指令，所有步骤的集合称作程序（program），而将解决问题要执行的步骤梳理出来，并最终展现为计算机程序的过程就是程序设计。具体而言，程序设计的步骤可归纳为分析问题、设计算法、编写程序、调试运行程序。【高手点拨】【教师】组织学生阅读相关材料，了解程序设计思路的相关知识在程序设计的步骤中，后两步即人们熟知的“编程”，它们与程序的实现直接相关，因此很多初学者在学习程序设计时往往十分重视后两步，却容易忽略前两步。事实上，分析问题和设计算法对程序设计思维的培养和形成具有非常重要的作用，一个人只有具备了良好的程序设计思维，才能拥有出色的编程能力。【学生】阅读、思考、理解2．算法【课堂提问】【教师】随机邀请学生回答以下问题：什么是算法？算法有哪些特点？【学生】思考、回答【教师】总结学生的回答算法（algorithm）即“计算方法”，它是解决一种或一类问题的通用方法和步骤。算法是程序的指导思想，算法设计是程序设计的核心环节。算法一般具备以下5个特点。（1）输入。一个算法应当有零个或多个输入。（2）输出。一个算法应当有一个或多个输出。（3）有穷性。一个算法必须在有限的时间内执行有限个步骤后结束。（4）可行性。一个算法中的每一步都应当可以有效执行并得到确切结果。（5）确定性。一个算法中的每一步都必须具有确定含义且对相同的输入只能得到相同的输出。常用的算法描述方式主要包括自然语言和流程图两种，下面以描述“求x和y两数中的较大值”这一问题的算法为例进行介绍。【课堂提问】【教师】随机邀请学生回答以下问题：用自己的语言说一说利用程序如何求x和y两数中的较大值。【学生】思考、回答【教师】总结学生的回答（1）自然语言描述的算法通俗易懂，条理清晰，具体如下。①输入x和y的值。②判断x是否大于y。③如果x大于y，将x赋值给max。④如果x小于等于y，将y赋值给max。⑤输出max的值。（2）流程图描述的算法直观形象，便于理解。【教师】多媒体展示“求x和y两数中的较大值”算法的流程图描述图，讲解新知流程图是描述算法的图形工具。【教师】多媒体展示流程图中常用的图形表格，讲解新知图形名称用途起止框表示算法的开始和结束输入与输出框表示数据的输入和输出判断框对一个给定的条件进行判断，根据条件是否成立来决定如何执行后续操作处理框表示算法中的具体处理步骤或流程线控制流程方向连接点连接因换页而断开的流程线算法有3种基本结构：顺序结构、选择结构和循环结构。这3种基本结构可以是并列或相互包含的关系，但不允许交叉。下面使用流程图分别描述这3种结构。（1）顺序结构中的各操作按照先后顺序依次执行。（2）选择结构又称“分支结构”，该结构中包含一个判断条件，根据判断条件成立与否执行对应的操作。值得一提的是，判断条件下的操作可以只存在一个。（3）循环结构又称“重复结构”，该结构同样包含一个判断条件，根据判断条件成立与否决定是否跳出循环操作。常见的循环结构分为当型循环结构和直到型循环结构两种。【提示】【教师】组织学生阅读相关材料，了解两种循环结构的区别的相关知识上述两种循环结构的区别在于，当型循环结构先执行判断条件（P），再执行循环操作（A）；直到型循环结构则是先执行循环操作（A），再执行判断条件（P）。此外，判断条件成立时，当型循环结构执行循环操作，直到型循环结构则跳出循环操作。【学生】阅读、思考、理解二、程序设计语言程序就是使用程序设计语言描述的算法。1．程序设计语言的发展【课堂提问】【教师】随机邀请学生回答以下问题：程序设计语言经历了哪些发展阶段？【学生】思考、回答【教师】总结学生的回答从计算机诞生至今，程序设计语言的发展大致经历了机器语言、汇编语言和高级语言3个阶段。（1）机器语言。机器语言是最原始的程序设计语言，它由二进制形式的操作码和地址码两部分组成。换句话说，机器语言就是计算机硬件系统可直接识别并执行的指令。机器语言的运行效率很高，但同时也存在难以记忆、阅读和理解，兼容性较差等缺点。（2）汇编语言。汇编语言仍然使用操作码和地址码，但其分别使用助记符和地址符代替了机器语言二进制形式的操作码（如用ADD表示“加”，SUB表示“减”等）和地址码，这使得汇编语言比机器语言更容易理解和记忆，但使用汇编语言编写的程序的可读性和可移植性仍然较差。（3）高级语言。高级语言是如今最常用的程序设计语言，它支持用户通过接近自然语言的英文语句和数学公式编写程序，这使得用高级语言编写的程序易读、易懂、易学。目前，较常见的高级语言包括Java、C、C++、C#、Python、PHP等【高手点拨】【教师】组织学生阅读相关材料，了解高级语言翻译的相关知识高级语言设计的程序必须经过“翻译”以后才能被机器执行。“翻译”的方法有两种，分别是编译执行和解释执行。编译执行是由编译程序将源程序一次性编译成目标程序，再由计算机运行目标程序的过程；解释执行并不形成目标程序，是每解释一句源程序后就提交给计算机执行一句的过程。C语言是典型的编译执行的高级语言，Python是典型的解释执行的高级语言。【学生】阅读、思考、理解2．高级语言的基本元素不同高级语言的语法、命令格式有所不同，但大都具备数据类型、常量与变量、运算符、表达式和函数等基本元素。下面以Python为例进行介绍。（1）数据类型。为了更好地处理各种数据，程序设计语言提供了多种数据类型，常见的包括数值型、布尔型、字符串、列表等。【教师】多媒体展示常见数据类型表格，讲解新知数据类型类型说明示例数值型分为整数和浮点数（即小数）18、0.13、−175、−12.5布尔型值，表示判断语句的输出结果True、False……(表格剩余内容详见教材)【提示】【教师】组织学生阅读相关材料，了解定义变量的相关知识在Python语言中，用户可在定义变量时直接为其赋值，所赋值的数据类型就是变量的数据类型；但一般来说，在高级语言（如C、Java语言）中往往需要用int（整型）、float（浮点型）、bool（布尔型）等类型标识符来定义变量的数据类型。【学生】阅读、思考、理解（2）常量与变量。常量是指程序运行过程中值不变的量，如32、"茶"等；变量是指程序运行过程中值可以改变的量。使用变量前必须先为其赋值，因为变量只有在赋值后才会被创建。赋值语句是最基本的程序语句，其格式为“变量名=值或表达式”。例如，i=3、b=6.2、c=a+b（a、b均已定义）、d='123'等都是赋值语句。【高手点拨】【教师】组织学生阅读相关材料，了解定义变量的相关知识定义变量时，须遵守一定的命名规则（如变量名只能包含字母、数字和下画线，且第一个字符必须是字母或下画线），否则将引发错误或导致程序无法运行。此外，应根据变量的性质为其命名，以提高代码的可读性，使程序的开发和维护更方便。【学生】阅读、思考、理解（3）运算符与表达式。运算符标明了对常量或变量所进行的运算，运算符、常量与变量，以及数字分组符号（如括号）等组合而成的就是表达式。高级语言中常用的运算符有算术运算符、关系运算符和逻辑运算符等。假设a=3，b=4，下面以此为例，介绍常用算术运算符的含义、功能和示例。【教师】多媒体展示算术运算符表格，讲解新知运算符含义功能示例+加法运算符将运算符两侧的值相加a+b=7−减法运算符用运算符左侧的值减去右侧的值a−b=−1*乘法运算符将运算符两侧的值相乘a*b=12……(表格剩余内容详见教材)关系运算符又称“比较运算符”，用于比较运算符两侧的值并返回布尔型数据结果，即“真”（True）或“假”（False）。【教师】多媒体展示关系运算符表格，讲解新知运算符含义功能示例==等于若运算符两侧的值相等则结果为真，否则为假x==y!=不等于若运算符两侧的值不相等则结果为真，否则为假x!=y>大于若运算符左侧的值大于右侧的值则结果为真，否则为假x>y逻辑运算符又称“布尔逻辑运算符”，主要用于对多个表达式进行逻辑判断。【教师】多媒体展示逻辑运算符表格，讲解新知运算符含义功能示例and与只有运算符两侧的表达式结果均为真时，当前表达式的结果才为真xandyor或运算符两侧的任何一个表达式结果为真时，当前表达式的结果就为真xorynot非当运算符右侧的表达式结果为真时，当前表达式的结果为假；当运算符右侧的表达式结果为假时，当前表达式的结果为真notx【提示】【教师】组织学生阅读相关材料，了解多个运算符的相关知识如果在同一个表达式中出现了多个运算符，则要按照运算符的优先级进行运算：运算符优先级高的部分先运算，运算符优先级相同的部分按从左往右的顺序运算。不同运算符的优先级通常为算术运算符>关系运算符>逻辑运算符；同类运算符通常也存在优先级，如逻辑运算符的优先级为not>and>or。此外，表达式中被括号括起来的部分往往优先级最高。【学生】阅读、思考、理解（4）函数。函数是一段具有特定功能的、可重复使用的代码。用户调用某个函数即可使用其功能，从而大大提高程序的开发效率，降低代码的重复率和复杂性。为了方便用户，高级语言通常都会内置各种功能函数，如Python中就内置了print()、input()、int()等函数。此外，高级语言也支持用户自定义函数，用户可将需要重复使用的功能编写为函数，并在需要时随时调用/。软件与软件工程1．软件【课堂提问】【教师】随机邀请学生回答以下问题：什么是软件？【学生】思考、回答【教师】总结学生的回答软件是指计算机完成特定任务的程序和相关文档的集合，它可为计算机系统正确、高效地运行提供支持。软件由两部分组成：一是机器可执行的程序和相关的数据；二是与软件开发、运行、维护、使用和培训相关的文档。程序是按事先设计的功能和性能要求执行的语句序列；数据是程序所处理信息的数据结构；文档则是与程序开发、维护和使用相关的各种图文资料，如各种规格的说明书、设计说明书、用户手册等。在文档中通常还记录着软件开发的活动和阶段成果。2．软件工程软件工程是指导计算机软件开发和维护的工程学科，它采用工程的概念、原理、技术和方法来开发与维护软件，把经过时间考验而证明正确的管理技术和当前能够得到的最好的技术方法结合起来，以经济地开发出高质量软件并有效地维护它。【课堂提问】【教师】随机邀请学生回答以下问题：软件工程包含哪些内容？【学生】思考、回答【教师】总结学生的回答软件工程研究的内容主要包括过程、方法和工具这三个方面，也称“软件工程三要素”。（1）软件工程过程。通用的软件工程过程框架由沟通、策划、建模、构建、部署和进化6个活动组成。（2）软件工程方法。软件工程方法为构建软件提供技术上的解决方法，主要有以下两种方法。结构化方法：结构化方法是传统的基于软件生命周期的软件工程方法。结构化方法是以软件功能为目标进行软件构建的，包括结构化分析、结构化设计、结构化实现、结构化维护等内容。这种方法主要是通过数据流模型来描述软件的数据加工过程，并通过数据流模型，由对软件的分析过渡到对软件的结构设计。面向对象方法：面向对象方法是从现实世界中客观存在的事物出发来构造软件，包括面向对象分析、面向对象设计、面向对象实现、面向对象维护等内容【高手点拨】【教师】组织学生阅读相关材料，了解结构化方法与面对对象方法的区别的相关知识结构化方法与面向对象方法的区别如下。结构化方法（面向过程方法）以功能为中心，数据和操作数据的函数相分离，程序的基本构成单位是函数。而面向对象方法以数据为中心，数据和操作数据的函数被封装成一个与外界相对分隔的对象，程序将对象视作基本构成单位，通过消息实现各对象的通信，使各对象完成相应的操作。常用的结构化程序设计语言有C语言，常用的面向对象程序设计语言有Java、C++、C#、Python、PHP等。【学生】阅读、思考、理解（3）软件工程工具。软件工