第三单元《算法和程序设计》《项目七 校园安全定位-设计简单数值数据算法》 教学设计　2023-2024学年沪科版（2019）高中信息技术必修1

第三单元《算法和程序设计》《项目七校园安全定位——设计简单数值数据算法》教学设计2023—2024学年沪科版（2019）高中信息技术必修1课题：科目：班级：课时：计划1课时教师：单位：一、设计意图本节课旨在帮助学生理解和掌握算法和程序设计的基本概念，通过“校园安全定位”这一项目，让学生学会设计简单的数值数据算法，培养学生的逻辑思维能力和编程能力，为后续学习打下坚实基础。二、核心素养目标1.提升逻辑思维：通过设计算法，培养学生分析问题和解决问题的能力。

2.增强编程意识：让学生了解程序设计的基本流程，培养编程兴趣和意识。

3.培养计算思维：通过算法设计，锻炼学生的抽象思维和计算思维能力。

4.强化实践能力：通过实际项目操作，提高学生将理论知识应用于实践的能力。三、学习者分析1.学生已经掌握了哪些相关知识：

学生在进入本节课之前，应已具备基础的数学知识和逻辑推理能力，能够理解简单的数学运算和逻辑关系。此外，学生可能已经接触过一些基础的编程概念，如变量、循环和条件语句等。

2.学生的学习兴趣、能力和学习风格：

学生对信息技术课程通常表现出较高的兴趣，尤其是与实际应用相关的项目。他们的学习能力因人而异，部分学生可能在逻辑思维和编程方面表现出色，而另一些学生可能需要更多的指导和练习。学习风格上，学生既有偏好自主探索的，也有倾向于合作学习和接受直接指导的。

3.学生可能遇到的困难和挑战：

学生在设计和实现算法时可能会遇到理解算法逻辑的困难，特别是在处理复杂逻辑关系和算法优化时。此外，编程实践中的错误调试和程序性能优化也可能成为挑战。部分学生可能对编程环境不熟悉，需要时间适应和掌握。四、教学方法与手段教学方法：

1.讲授法：结合实例讲解算法设计的基本概念和步骤。

2.讨论法：引导学生分组讨论算法设计中的难点和解决方案。

3.实验法：通过编程实践，让学生动手实现设计的算法。

教学手段：

1.多媒体设备：展示算法设计流程图和编程代码，帮助学生直观理解。

2.教学软件：利用编程软件进行实时演示和操作，提高学生动手能力。

3.在线资源：提供相关教学视频和在线编程平台，辅助学生自主学习。五、教学过程一、导入

（1）老师：同学们，今天我们来学习一个非常有实际意义的项目——校园安全定位。这个项目将帮助我们设计一个简单的数值数据算法，以便在校园内快速定位安全设施的位置。请大家思考一下，为什么我们需要这样的算法？它将如何帮助我们？

（2）学生：我们可能需要这样的算法来快速找到附近的消防设施、医疗室或者安全出口，以保障我们在紧急情况下的安全。

二、新课导入

（1）老师：很好，同学们的思考非常到位。接下来，我将为大家讲解算法设计的基本步骤和注意事项。

（2）学生：请老师讲解一下算法设计的步骤。

三、新课讲解

（1）老师：算法设计通常包括以下步骤：问题分析、算法设计、代码实现、测试与优化。

（2）老师：首先，我们需要对问题进行详细分析。比如，我们的目标是找出校园内某个位置的最近的安全设施，那么我们需要知道该位置的具体坐标，以及校园内各个安全设施的坐标。

（3）老师：接下来，我们设计算法。在这个例子中，我们可以采用以下算法：

-读取输入：校园内所有安全设施的坐标；

-初始化：记录当前位置坐标，设置最小距离为无穷大；

-循环遍历：对于每个安全设施，计算与当前位置的距离；

-更新最小距离：如果当前距离小于最小距离，则更新最小距离和对应的安全设施坐标；

-输出结果：打印出最近的安全设施坐标。

（4）老师：在代码实现时，我们需要注意以下几点：

-严谨的数据结构：选择合适的数据结构来存储安全设施坐标，如列表、字典等；

-优化算法：在循环遍历过程中，尽量减少不必要的计算，提高算法效率；

-错误处理：考虑输入数据异常的情况，如坐标为空、负值等。

（5）老师：接下来，我们进行测试。测试内容包括：测试算法的正确性、测试算法的效率、测试算法的稳定性。

（6）老师：最后，根据测试结果对算法进行优化。优化方向包括：减少计算量、提高代码可读性、提高代码可维护性。

四、实验操作

（1）老师：现在，请大家跟随我的步骤，在编程软件中实现上述算法。

（2）老师：首先，创建一个新的项目，并设置好项目环境。

（3）老师：接下来，定义一个列表来存储安全设施的坐标。

（4）老师：然后，编写一个函数来实现算法，包括读取输入、初始化、循环遍历、更新最小距离和输出结果等步骤。

（5）老师：在主函数中，调用上述函数，并输入测试数据。

（6）老师：最后，运行程序，查看输出结果。

五、讨论与总结

（1）老师：同学们，刚才我们通过编程实践完成了校园安全定位算法的设计。现在，请大家分享一下自己的心得体会。

（2）学生：我觉得这个项目非常有意义，它可以帮助我们在紧急情况下快速找到安全设施。

（3）老师：是的，通过这个项目，我们不仅学会了算法设计的基本步骤，还提高了编程能力。在今后的学习和工作中，我们可能会遇到更多类似的问题，希望同学们能够运用所学知识，解决实际问题。

六、课后作业

（1）老师：同学们，今天的课程就到这里。请大家课后完成以下作业：

-思考并尝试设计其他类型的算法，如路径规划、资源分配等；

-尝试将所学算法应用于其他领域，如地图导航、物流配送等；

-完成课后练习题，巩固所学知识。

（2）老师：希望大家能够在课后认真完成作业，不断巩固和提高自己的编程能力。下节课我们将继续学习新的内容，希望大家做好准备。下课！六、学生学习效果1.知识掌握情况：

学生通过本节课的学习，能够熟练掌握算法设计的基本概念，包括算法的定义、步骤和分类。他们能够理解并应用常见的算法设计策略，如贪心算法、分治算法和动态规划等。

2.技能提升：

（1）编程能力：学生在实际操作中，通过编写代码实现算法，提高了编程技能。他们学会了如何使用循环、条件语句等编程结构，以及如何调试和优化代码。

（2）逻辑思维能力：设计算法需要较强的逻辑思维能力。学生在学习过程中，通过分析问题、设计算法和代码实现，锻炼了他们的逻辑推理和问题解决能力。

（3）团队协作能力：在小组讨论和实验操作中，学生学会了如何与他人沟通、合作，共同完成任务，提高了团队协作能力。

3.实际应用能力：

学生通过设计校园安全定位算法，将所学知识应用于实际场景。他们能够理解算法在实际生活中的应用价值，并学会如何将理论知识转化为实际解决方案。

4.学习兴趣和动机：

本节课的项目具有实际意义，激发了学生的学习兴趣。学生在完成项目的过程中，感受到了学习的成就感，提高了学习的积极性和主动性。

5.情感态度与价值观：

通过学习算法和程序设计，学生认识到信息技术在现代社会的重要性。他们树立了正确的价值观，认识到学习编程技能对个人和社会发展的积极作用。

6.知识迁移能力：

学生在本节课中学到的算法设计方法和编程技巧，可以迁移到其他领域的问题解决中。他们能够将所学知识应用于新的情境，提高解决问题的能力。

7.综合素养：

本节课的学习有助于培养学生的综合素质，包括创新意识、批判性思维、信息素养等。学生在学习过程中，不断挑战自我，提高自己的综合素质。

8.自主学习能力：

学生在本节课中学会了自主学习的方法，包括查找资料、分析问题、独立思考和解决问题。他们能够在课后自主学习和探索新的知识，提高自己的学习能力。七、课后作业1.算法设计与实现

题目：设计一个算法，用于计算给定数组中所有元素的总和。

解答思路：初始化一个变量来存储总和，然后遍历数组中的每个元素，将其值累加到总和中。

代码示例：

```

functionsumArray(arr){

letsum=0;

for(leti=0;i<arr.length;i++){

sum+=arr[i];

}

returnsum;

}

//测试代码

letmyArray=[1,2,3,4,5];

console.log(sumArray(myArray));//输出结果应为15

```

2.算法优化

题目：优化以下代码，使其在处理大数组时更加高效。

代码示例（未优化）：

```

functionfindMax(arr){

letmax=arr[0];

for(leti=1;i<arr.length;i++){

if(arr[i]>max){

max=arr[i];

}

}

returnmax;

}

```

解答思路：使用单次遍历即可找到最大值，无需使用额外的变量。

优化后的代码：

```

functionfindMax(arr){

returnMath.max(...arr);

}

//测试代码

letmyArray=[5,2,9,1,5,6];

console.log(findMax(myArray));//输出结果应为9

```

3.排序算法应用

题目：实现一个冒泡排序算法，用于对数组进行排序。

解答思路：冒泡排序通过比较相邻元素并交换它们的顺序来工作，直到数组完全排序。

代码示例：

```

functionbubbleSort(arr){

for(leti=0;i<arr.length-1;i++){

for(letj=0;j<arr.length-1-i;j++){

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

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

}

}

}

returnarr;

}

//测试代码

letmyArray=[64,34,25,12,22,11,90];

console.log(bubbleSort(myArray));//输出结果应为[11,12,22,25,34,64,90]

```

4.回溯算法应用

题目：设计一个回溯算法，用于解决“八皇后”问题。

解答思路：回溯算法通过尝试放置皇后，然后回溯到上一步，尝试其他放置方式。

代码示例：

```

functionsolveNQueens(n){

letresult=[];

placeQueen(result,0,n);

returnresult;

}

functionplaceQueen(result,row,n){

if(row===n){

result.push([...result.map(r=>r.join(''))]);

return;

}

for(letcol=0;col<n;col++){

if(isSafe(result,row,col)){

result[row]=col;

placeQueen(result,row+1,n);

}

}

}

functionisSafe(result,row,col){

for(leti=0;i<row;i++){

if(result[i]===col||Math.abs(result[i]-col)===row-i){

returnfalse;

}

}

returntrue;

}

//测试代码

console.log(solveNQueens(4));//输出结果应为皇后放置的解决方案

```

5.动态规划问题解决

题目：实现一个动态规划算法，计算斐波那契数列的第n项。

解答思路：动态规划通过存储子问题的解来避免重复计算，从而提高效率。

代码示例：

```

functionfibonacci(n){

letfib=[0,1];

for(leti=2;i<=n;i++){

fib[i]=fib[i-1]+fib[i-2];

}

returnfib[n];

}

//测试代码

console.log(fibonacci(10));//输出结果应为55

```八、板书设计①算法设计基本概念

-算法的定义

-算法的步骤：问题分析、算法设计、代码实现、测试与优化

-算法的分类：贪心算法、分治算法、动态规划等

②算法设计步骤详解

-问题分析：明确问题、确定输入输出、分析问题规模

-算法设计：选择合适的算法策略、设计算法逻辑

-代码实现：编写代码、选择合适的数据结构

-测试与优化：测试算法正确性、效率、稳定性

③编程实践要点

-数据结构选择：列表、字典、数组等

-循环与条件语句的使用

-错误处理与调试

-代码可读性与可维护性反思改进措施反思改进措施（一）教学特色创新

1.项目驱动教学：通过“校园安全定位”项目，让学生在实践中学习算法和程序设计，提高他们的实际操作能力。

2.跨学科融合：将数学、物理等学科知识与信息技术相结合，让学生在解决实际问题的过程中，深化对多学科知识的理解。

反思改进措施（二）存在主要问题

1.学生基础参差不齐：部分学生对编程基础较为薄弱，导致在学习过程中遇到困难，影响了整体教学进度。

2.实践环节不足：虽然设计了项目实践，但实际操作过程中，部分学生参与度不高，影响了实践效果。

3.教学评价单一：目前主要依赖期末考试评价学生学习成果，缺乏过程性评价，不利于学生全面成长。

反思改进措施（三）改进措施

1.个性化教学：针对学生基