第7课 二分查找（教学设计）2023-2024学年五年级下册信息技术江西科学技术版

第7课二分查找（教学设计）2023-2024学年五年级下册信息技术江西科学技术版主备人备课成员教材分析第7课二分查找（教学设计）2023-2024学年五年级下册信息技术江西科学技术版。本节课结合教材内容，通过实际操作，让学生掌握二分查找的基本原理和方法，提高学生的逻辑思维能力和计算机操作技能。教学内容与课本紧密关联，注重培养学生的动手实践能力。核心素养目标分析二、核心素养目标分析。培养学生信息意识，通过二分查找的学习，提升学生运用算法解决问题的能力。发展学生计算思维，引导学生理解算法的效率，学会分析问题。增强学生创新意识，鼓励学生在实践中探索二分查找的优化方法。重点难点及解决办法重点：二分查找的基本原理和步骤。

难点：理解二分查找中如何避免无限循环，以及如何优化查找效率。

解决办法：

1.重点讲解二分查找的原理，通过实际操作演示查找过程，帮助学生理解。

2.通过实例分析，让学生体会循环终止条件的重要性，避免无限循环。

3.引导学生思考如何减少比较次数，提出优化查找效率的方法。

4.设计练习题，让学生在练习中巩固二分查找的应用，突破难点。学具准备Xxx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方法与手段教学方法：

1.讲授法：系统讲解二分查找的理论基础，确保学生掌握基本概念。

2.讨论法：引导学生就查找效率、优化方法进行小组讨论，培养批判性思维。

3.实验法：通过编程实践，让学生亲自动手实现二分查找，加深理解。

教学手段：

1.多媒体课件：展示二分查找的动画效果，直观展示查找过程。

2.编程软件：使用编程软件进行实际操作，让学生体验算法实现。

3.互动平台：利用在线平台进行实时互动，解答学生疑问，提高课堂参与度。教学实施过程1.课前自主探索

教师活动：

发布预习任务：通过在线平台或班级微信群，发布预习资料（如PPT、视频、文档等），明确预习目标和要求。设计预习问题：围绕二分查找的基本原理，设计一系列具有启发性和探究性的问题，引导学生自主思考。监控预习进度：利用平台功能或学生反馈，监控学生的预习进度，确保预习效果。

学生活动：

自主阅读预习资料：按照预习要求，自主阅读预习资料，理解二分查找的基本概念和步骤。思考预习问题：针对预习问题，进行独立思考，记录自己的理解和疑问。提交预习成果：将预习成果（如笔记、思维导图、问题等）提交至平台或老师处。

教学方法/手段/资源：

自主学习法：引导学生自主思考，培养自主学习能力。信息技术手段：利用在线平台、微信群等，实现预习资源的共享和监控。

作用与目的：

帮助学生提前了解二分查找的基本原理，为课堂学习做好准备。培养学生的自主学习能力和独立思考能力。

2.课中强化技能

教师活动：

导入新课：通过实际案例，如寻找某个数字在有序数组中的位置，引出二分查找课题，激发学生的学习兴趣。讲解知识点：详细讲解二分查找的步骤，包括如何确定中间位置、如何比较和调整查找范围。组织课堂活动：设计小组讨论，让学生分组模拟二分查找过程，体验算法的实际应用。

解答疑问：针对学生在实践中遇到的问题，进行及时解答和指导。

学生活动：

听讲并思考：认真听讲，积极思考老师提出的问题。参与课堂活动：积极参与小组讨论，通过模拟操作加深对二分查找的理解。提问与讨论：针对不懂的问题或新的想法，勇敢提问并参与讨论。

教学方法/手段/资源：

讲授法：通过详细讲解，帮助学生理解二分查找的原理。实践活动法：设计小组讨论和模拟操作，让学生在实践中掌握二分查找技能。合作学习法：通过小组合作，培养学生的团队合作意识和沟通能力。

作用与目的：

帮助学生深入理解二分查找的原理，掌握查找步骤。通过实践活动，培养学生的动手能力和解决问题的能力。通过合作学习，培养学生的团队合作意识和沟通能力。

3.课后拓展应用

教师活动：

布置作业：布置一些实际应用二分查找的编程练习，巩固学生在课堂上学到的知识。提供拓展资源：推荐一些关于算法和数据结构的书籍和在线资源，供学生进一步学习。

反馈作业情况：及时批改作业，给予学生反馈和指导。

学生活动：

完成作业：认真完成老师布置的编程练习，巩固二分查找的应用。拓展学习：利用老师提供的资源，进行进一步的算法学习。反思总结：对自己的学习过程和成果进行反思和总结，提出改进建议。

教学方法/手段/资源：

自主学习法：引导学生自主完成作业和拓展学习。反思总结法：引导学生对自己的学习过程和成果进行反思和总结。

作用与目的：

巩固学生在课堂上学到的二分查找知识点和技能。通过拓展学习，拓宽学生的知识视野和思维方式。通过反思总结，帮助学生发现自己的不足并提出改进建议，促进自我提升。教学资源拓展1.拓展资源：

-数据结构与算法基础：介绍二分查找在数据结构中的应用，以及算法分析的基本概念。

-计算机科学中的排序算法：探讨排序算法与二分查找的关系，以及不同排序算法的特点和适用场景。

-算法竞赛题目：提供一些与二分查找相关的算法竞赛题目，帮助学生提升算法设计能力。

-实际应用案例：介绍二分查找在现实生活中的应用，如数据库搜索、文件查找等。

2.拓展建议：

-阅读相关书籍：《算法导论》、《数据结构与算法分析》等，深入了解算法和数据结构的基础知识。

-观看在线课程：通过Coursera、edX等平台上的相关课程，学习算法设计和分析的方法。

-参加算法竞赛：参加ACM、NOI等算法竞赛，锻炼算法设计能力和实际应用能力。

-编程实践：通过编写程序实现二分查找，加深对算法的理解和掌握。

-深入研究：针对二分查找的优化方法，如跳表、平衡二叉树等，进行深入研究。

-交流与合作：加入算法学习小组，与同学交流学习心得，共同进步。

-实践应用：在日常生活中，尝试运用二分查找解决实际问题，如快速查找联系人、文件等。

-教学资源分享：将学习过程中的心得和经验分享给其他同学，共同提高。

-持续学习：关注算法领域的最新动态，不断更新知识体系，提升自己的算法水平。

在拓展学习过程中，学生可以结合以下知识点进行深入研究：

-二分查找的原理和步骤

-时间复杂度和空间复杂度分析

-实际应用场景和优化方法

-其他排序算法的比较和分析

-算法竞赛题目解析

-算法在实际项目中的应用板书设计①二分查找基本概念

-有序数组

-中间位置确定方法

-比较和调整查找范围

②二分查找步骤

-初始化：设置查找范围的起始和结束索引

-循环：计算中间位置

-比较与调整：

-如果中间值等于目标值，查找成功

-如果中间值大于目标值，调整查找范围的左边界

-如果中间值小于目标值，调整查找范围的右边界

-循环结束条件：左边界大于右边界或找到目标值

③时间复杂度分析

-最好情况：O(1)

-最坏情况：O(logn)

-平均情况：O(logn)

④空间复杂度分析

-O(1)（不需要额外空间）

⑤实际应用场景

-数据库搜索

-文件查找

-排序算法中的辅助查找反思改进措施反思改进措施（一）教学特色创新

1.案例教学：在讲解二分查找时，结合实际案例，如游戏中的寻宝、文件搜索等，让学生在实际场景中理解算法的应用，提高学习兴趣。

2.实践导向：通过编程实践，让学生动手实现二分查找，亲身体验算法的调试和优化过程，培养解决问题的能力。

反思改进措施（二）存在主要问题

1.学生基础参差不齐：部分学生对计算机科学基础知识的掌握程度不同，导致在理解二分查找原理时存在困难。

2.教学方式单一：主要依赖讲授法，缺乏互动性和趣味性，可能影响学生的学习积极性。

3.评价方式局限：评价主要依靠课堂表现和作业完成情况，未能全面评估学生的学习效果。

反思改进措施（三）改进措施

1.针对学生基础参差不齐的问题，可以在课前提供不同难度的预习资料，让学生根据自己的实际情况进行学习。在课堂上，通过分层教学，针对不同层次的学生提供相应的辅导和讲解。

2.为了提高教学互动性和趣味性，可以引入更多教学手段，如小组讨论、角色扮演、游戏化教学等。同时，鼓励学生提问，及时解答学生的疑问，营造良好的学习氛围。

3.在教学评价方面，除了课堂表现和作业完成情况，还可以增加在线测试、项目报告等多种评价方式，全面评估学生的学习效果。此外，可以引入同行评价和学生自评，促进学生之间的互相学习和自我反思。

4.加强与学生的沟通，了解他们的学习需求和困难，及时调整教学策略。同时，关注学生的个性化发展，鼓励他们探索自己的兴趣点，培养创新精神和实践能力。

5.优化课程内容，结合最新的技术发展和行业需求，调整教学内容和教学方法，确保学生所学知识的实用性和前瞻性。

6.加强校企合作，邀请行业专家参与课程设计，让学生了解行业动态，提高他们的就业竞争力。

7.定期反思教学过程，总结经验教训，不断提升自己的教学水平和专业素养。通过不断学习和实践，努力成为一名优秀的教育工作者。典型例题讲解例题1：在一个升序数组中查找目标值，请使用二分查找算法实现。

```python

defbinary_search(arr,target):

left,right=0,len(arr)-1

whileleft<=right:

mid=(left+right)//2

ifarr[mid]==target:

returnmid

elifarr[mid]<target:

left=mid+1

else:

right=mid-1

return-1

#测试

arr=[1,3,5,7,9,11,13,15]

target=7

print(binary_search(arr,target))#输出：3

```

例题2：给定一个有序数组，请找出数组中第一个大于等于目标值的元素索引。

```python

deffind_first_ge(arr,target):

left,right=0,len(arr)-1

whileleft<=right:

mid=(left+right)//2

ifarr[mid]>=target:

ifmid==0orarr[mid-1]<target:

returnmid

right=mid-1

else:

left=mid+1

return-1

#测试

arr=[1,2,4,5,6,8,9]

target=5

print(find_first_ge(arr,target))#输出：3

```

例题3：在一个有序数组中，查找是否存在两个元素，它们的和等于目标值。

```python

deffind_two_sum(arr,target):

left,right=0,len(arr)-1

whileleft<right:

current_sum=arr[left]+arr[right]

ifcurrent_sum==target:

return(left,right)

elifcurrent_sum<target:

left+=1

else:

right-=1

return-1

#测试

arr=[1,2,3,4,5,6,7,8,9]

target=7

print(find_two_sum(arr,target))#输出：(1,6)

```

例题4：在一个有序数组中，查找是否存在两个元素，它们的乘积等于目标值。

```python

deffind_two_product(arr,target):

left,right=0,len(arr)-1

whileleft<right:

current_product=arr[left]*arr[right]

ifcurrent_product==target:

return(left,right)

elifcurrent_product<target:

left+=1

else:

right-=1

return-1

#测试

arr=[1,2,3,4,5,6,7,8,9]

target=18

print(find_two_product(arr,target))#输出：(1,7)

```

例题5：在一个有序数组中，查找是否存在一个元素，它的平方等于目标值。

```python

deffind_square_root(arr,target):

left,right=0,len(arr)-1

whileleft<=right:

mid=(left+right)//2

ifarr[mid]*arr[mid]==target:

returnmid

elifarr[mid]*arr[mid]<target:

left=mid+1

else:

right=mid-1

return-1

#测试

arr=[1,2,3,4,5,6,7,8,9]

target=16

print(find_square_root(arr,target))#输出：4

```作业布置与反馈作业布置：

1.编程实践：编写一个二分查找算法的Python程序，实现以下功能：

-输入一个有序数组和一个目标值。

-输出目标值在数组中的索引位置，如果没有找到，则输出-1。

-程序应能够处理不同大小的数组。

2.算法分析：

-分析并比较二