41第一节 用计算机程序解决问题.doc

第一节 用计算机程序解决问题课程内容标准 初步掌握用计算机进行信息处理的几种基本方法，认识其工作过程与基本特征。一、教材分析本节内容主要讲述用计算机进行信息处理的其中一种基本方法，即用计算机程序解决问题，能够通过解剖一段计算机程序实例，认识其工作过程，从而对利用高级语言编程工具解决问题的基本方法有所了解。1、本节的作用和地位 用计算机程序解决问题，应该是当今社会的一种根本手段，是人们把现实世界的任务转换成计算机可以直接识别并执行的指令代码。通过学习本节内容，让学生了解到计算机是在人们的具体指令之下解决实际问题的，计算机执行的每一个动作，都是程序员预先设计的。计算机程序，就是利用程序设计语言编写成计算机可以识别和执行的程序指令，人们使用这些编写好的现成的程序软件来解决一些实际问题。通过本节内容的学习，学生还可以了解到以往使用过的工具软件事实上也是一种计算机程序，只不过那是别人已经编写好的、可以在计算机上直接使用的工具软件而已。 学生通过操作使用已经编写好的计算机程序，在解决实际问题(例如对文本文件进行加密和解密)中分析并了解其工作过程。学生还对编写计算机程序的基本过程有所了解，并对计算机程序的具体作用有初步认识，这种通过问题分析并形成算法再利用计算机程序解决问题的思路和做法，对培养学生有条理、按步骤解决问题的习惯有很大帮助。 2、本节主要内容介绍在日常生活中，人们除了使用计算机的工具软件处理许多事情之外，相当部分的现实问题也都可以利用计算机程序的方式加以解决，实现一些个性化的信息处理方式。同时这种针对某些具体问题的计算机程序解决办法，也可以经过技术处理把这些具有某种功能的计算机程序，改造成为具有某种通用功能的工具软件，即我们所经常使用的通用工具软件，例如文字处理、图表处理、多媒体加工等工具软件。所以利用计算机程序解决问题既是一项独特的个人化工作，也是一个人类社会的标准化工作。本节的内容结构是：执行一段计算机程序，了解计算机程序的工作过程；然后解剖程序实例，探讨计算机程序设计的基本过程。第一部分内容主要是通过操作一段实用计算机程序，了解其工作的基本过程。先让学生在高级语言(Visual Basic)环境下操作一段“加密”程序，观察其执行过程和运行结果；然后再让学生操作一段相应的“解密”程序，比较并分析程序具体实现的功能。通过这些实用的简单计算机程序的使用，让学生对用计算机程序解决问题的基本过程有所了解。同时也告诉学生这样一个观点：计算机是通过执行程序进行工作的，我们平常所使用的工具软件都是针对解决某些通用性问题开发的计算机程序，当人们需要解决的问题无法利用现成的工具软件进行处理的时候，可以利用高级语言编写程序，然后通过计算机执行程序来解决问题。在这一部分，由于解密的结果是有意义的文字，比加密后的结果更容易让学生判断程序运行的“对错”。因此在教学序列的处理上也可先运行“解密”程序，由教师提供加密后的密文，学生通过运行得出结果，既可活跃课堂气氛，也可激发学生探索加密过程的兴趣。接下来再运行“加密”程序、剖析程序结构。第二部分内容主要是针对以上的“加密”“解密”计算机程序实例，帮助学生了解计算机程序设计的基本过程的有关知识。计算机程序设计的基本过程包括：问题分析、设计算法、编写程序、调试运行、检验修正。在“问题分析”阶段，教材通过解剖以上的计算机程序实例，对所需要解决的问题利用自然语言(如文字)进行了精确的描述。“设计算法”阶段就是确定解决问题的思路和方法，并对解决问题的每个步骤进行了准确的语言描述。在“编写程序”中，根据算法的具体要求，利用合适的计算机设计语言(如高级语言Visual Basic)编写程序。“调试运行”阶段就是执行所输入的计算机程序代码，如果程序有错则需要根据系统反馈的提示信息修改相应的程序代码，直到运行结果正确为止。“检验修正”中要对程序执行的结果进行分析，观察程序是否还存在逻辑错误或计算方法方面的错误，并加以修正完善。 本节采用的计算机程序设计语言是Visual Basic，这是一种面向对象设计的高级语言，功能强大，可能对于刚接触编程的学生来说会有一定的难度。但教材中试图尽量减少这种技术上带来的影响，而侧重于学生对计算机程序本身执行过程的理解，以及帮助学生了解计算机程序是如何编写出来的。本节内容只涉及Visual Basic语言的程序代码编辑、执行程序、保存文件等简单功能的应用，至于其他功能的学习则在选修模块算法与程序设计中进行。而在程序代码输入过程中，要注意引导学生遵循程序结构化设计的思想以及书写规范(即悬挂式格式)，增强程序的可读性和直观性。在“探究”栏目，“x1mw$mw$fsso”是“This is my book”经过加密转换之后所产生的代码，转换的运算规则是机内码加4。3、重难点分析教学重点：在高级语言编程环境中操作执行一段简单的实用计算机程序代码，了解其工作过程。教学难点：解剖简单的计算机程序，了解其结构组成和具体作用，认识计算机程序设计的基本流程。二、教学建议该节内容通过让学生操作具体的计算机程序，了解其执行的过程，通过解剖计算机程序，认识程序设计的基本流程。如何让学生在具体操作实践中观察并归纳出程序执行的工作过程和基本特征，并针对具体实例的分析和实践，了解程序设计的具体流程，这主要是帮助学生了解程序设计的基本情况。1、课前准备课前教师要细致考察教材中的具体实例，认识其主要用途。教师还要对高级语言环境有所了解，对程序的功能实现进行具体分析和理解。对计算机程序设计的基本过程要有整体的了解，对每个环节要做深入分析和把握，以便在具体指导学生实践的时候做到“游刃有余”，分析得十分的透彻。2、教学建议对于用计算机解决问题的学习，教师需要采取有效的教学组织活动，帮助学生了解计算机程序的工作过程。建议如下：(1)教师可以针对具体情况，设计其他更加实用有趣的程序实例，在帮助学生完成基本学习目标的前提下，激发学生学习编程知识的兴趣。(2)在设计具体的实用计算机程序时，可以考虑选择学生熟悉的学习和生活中的实例，例如商店价格折算、计算器模拟实现等。(3)教师可以演示并解剖一段实用的计算机程序实例，让学生利用高级语言编程工具解决一个简单问题。(4)可以组织学生分析并描述一些实用程序的执行过程，通过剖析程序实例，大致了解计算机程序的基本构成和主要作用。(5)针对实际问题，要求学生利用自然语言描述解决问题的方法，并将解决问题的步骤描述成为算法设计的具体内容。3、问题考虑高一级学生大部分对“程序”具有好奇心同时完全没接触过编程。学生急于看到自己的编程成果与严格规范的程序设计环境之间存在矛盾：一方面，程序设计不可能一蹴而就；一方面，学生的好奇心与求知欲应得到有效的引导与满足。协调好这两方面的矛盾需要有所取舍。本节的教学目标是“了解程序设计是什么，用程序解决问题的过程是什么”，在具体教学时可以先绕开设计程序时具体编程语言的语法规范、编程技巧等等环节。让学生直接面向问题，分析问题，设计算法，运行程序，检测结果，从实践中体验程序设计的全过程。其中“编程调试”环节中程序由教师以学习资源的形式提供帮助，使学生摆脱语言的束缚，专心体会程序设计的内涵，构建起对程序的整体印象，初步对算法有所认识。学生在对计算机程序的基本过程有所了解之后，可能对具体的程序代码语句产生疑问，这需要引导学生阅读并理解程序设计的有关知识，以提高其学习兴趣。本节内容涉及的是面向对象设计的高级编程语言，这可能对大多数学生来说有一定的难度，需要教师对整个教学组织进行严密细致和合理的安排。同时引导学生了解更多有关程序设计的基本知识，将学生带入一个丰富多采的计算机程序设计世界。三、练习说明 练习1：“口令.vbp”程序的实现功能是：通过键盘输入字符，与已经保存在计算机文件d:mm.txt的字符进行匹配。如果输入相符，则显示成功信息；否则重新输入，但密码输入的次数不允许超过3。 练习2：该题目主要是帮助学生了解VB中按钮的一些使用情况，对程序变量、函数运算等有所认识。四、参考教学课例教学过程中可以根据教材中的例子组织教学，也可以另外设计例子。这里提供两个参考课例，第一个是按教材组织教学的，第二个是另外设计例子的。参考课例一（一）课题名称用计算机程序解决问题。（二）教学目标：认知：初步掌握用程序解决问题的过程。技能：（1）能在高级语言编程环境操作执行一段简单的计算机程序代码。（2）初步理解计算机程序代码的执行目的。情感：培养学生进一步学习程序设计的兴趣。（三）教学重点和难点：教学重点：帮助学生了掌握用计算机程序解决问题的过程。教学难点：读懂计算机程序代码。（四）教学环境教室、网络教室（五）教学过程：1课时安排本节课教学时间为2个课时：课时上课地点主要内容第1课时教室1从生活中的程序引入，理解程序是什么；2学习用程序解决问题的基本过程。第2课时电脑室1从实际操作运行程序出发，掌握用计算机程序解决问题的基本过程；2针对程序的运用进行交流和探究。2教学流程教学程序教师活动学生活动设计意图问题引入1 运用“倒计时程序”进行阅读时间倒计时，要求学生在5分钟时间内浏览“4.1用计算机程序解决问题”所有内容；Dim lTime As LongPrivate Sub Form_Load()lTime = 300 Timer1.Interval = 1000End SubPrivate Sub Timer1_Timer() lTime = lTime - 1 Label1.Caption = + Str(Int(lTime / 60) + : + Str(lTime - Int(lTime / 60) * 60) If lTime = 0 Then MsgBox 时间已到! Timer1.Enabled = False End IfEnd Sub2 对学生的问题：（1）你了解或接触过计算机程序吗？（2）生活中有哪些包含了程序、计算机程序？（学校的作息钟就是用程序控制的，包括控制播放眼保操、音乐、课间操等）（3）用计算机程序解决问题，实际上就是学习一种程序设计语言，并把解决问题的方法用程序设计语言表达出来。（4）编写程序与使用工具软件有何不同？（5）你能从本课中的描述说出“算法”是什么样子、“程序”又是什么样子吗？（6）对P.78中所提到的“用计算机程序解决问题的基本过程”（五个步骤），你认为你能够理解或做到的有哪些？知识相联1 用计算机程序解决问题是用计算机进行信息处理的几种基本方法之一；2 这部分内容对数学3中“算法”的学习有帮助；3 与算法、程序设计有关的更多知识可以选修课程算法与程序设计。过程讲解1 弱化课文中的问题，不加入文件的调用和写入，只从“加密”入手，进行整个过程的分析。（程序见光盘）Private Sub Command1_Click() mm$ = n = Len(Text1.Text) For i = 1 To n b$ = Mid$(Text1.Text, i, 1) c$ = Chr(Asc(b$) - 10) mm$ = mm$ & c$ Next Label1.Caption = mm$End Sub2 分析的过程中，通过详细的演示，让学生初步掌握VB编程环境的操作，为下节课上机操作做好准备：（1） 简单“加密”程序的需求分析（2） 简单“加密”程序的设计：界面设计关键算法设计（3） 简单“加密”程序的编写：比较两段程序段的异同；（4）简单“加密”程序的调试运行；（5）简单“加密”程序的结果检测。小结1 明确用计算机程序解决问题是用计算机进行信息处理的几种基本方法之一。2 了解用计算机程序解决问题基本过程的五个环节第2课时编程环境简介编程环境的简单介绍；利用“倒计时”程序，让学生通过操作迅速了解VB编程环境的应用。快速了解VB编程环境。教师引入帮助学生以最快的速度掌握VB编程环境的使用方法。任务一：观摩操作完成课本P.74中的任务之（1）（3）操作实践学生运用“复制”和“粘贴”体会利用VB编写的程序的运行过程。任务二：制作简单“加密”程序实践：了解编写计算机程序的过程。让学生对上面程序的关键算法部分进行改造，以深入地体会利用计算机程序解决问题的过程。任务三：交流探究完成课本P.81中的“探究”。交流：讨论解决方案；进阶探究：运用程序实现。练习拓展完成课本P.81中的“练习(1)”；完成课本P.81中的“练习(2)”小结本节课以进阶的形式让学生初步掌握计算机程序是如何解决问题的。教师讲解“倒计时”的设计目的和设计过程让学生了解用计算机程序解决问题的基本过程，学生利用“加密”程序为体验并掌握用计算机程序解决问题的整个过程。参考课例二（一）课题名称用计算机程序解决问题。（二）教学目标：了解程序是什么，用程序解决问题的过程是什么，初步掌握程序设计的工作过程；培养学生进一步学习程序设计的兴趣。（三）教学重点和难点：1程序设计的整体流程2用程序设计的思想解决实际问题3培养学生学习程序设计的兴趣；（四）教学环境网络教室（五）教学过程：1课时安排本节课教学时间为2个课时：课时主要内容第1课时通过“三步曲”程序的运行、剖析，了解VB的编程环境，了解计算机程序的工作过程，体验程序的执行效果。初步认识程序。第2课时通过“韩信点兵”问题的分析，让学生完整经历程序设计的过程。2教学流程第一课时：编程环境的基本操作环节教学流程设计意图引入运行程序：清晨三步曲引出问题：在“清晨三步曲”中我们发一个指令，程序执行一个动作。在程序设计过程中我们进行的每一个设置，都会反映到运行结果中。那么，程序是怎样“做”出来的？运行过程中，计算机在程序指挥下怎样“动作”的呢？运行程序，激发兴趣熟悉编程环境熟悉VB环境添加控件，设置控件细节。添加程序，对运行过程进行控制：（1）在FORM中添加程序；（2）分别为每个按钮添加程序并作相应修改（在“修改运行”的过程中感受程序的作用。此环节有学习资源的帮助）初步了解VB的运行环境；掌握新建文件、输入程序语句、运行程序的方法； 巩固为程序添加细节如：添加标题“清晨三步曲”；添加背景；修改FORM标题第二课时：用计算机程序解决实际问题环节教学流程设计意图复习引入程序设计能够帮助解决我们学习中的问题。那么应用程序设计来解决问题的机制是什么样的？或者说，当面对一个具体问题，要编程序来解决时，作为程序员的我们要先做什么，再做什么？而计算机面对问题时，它又是怎样处理的？（有解的问题总是可以通过有限的步骤来完成的。面对问题时，首先是分析问题，接着把问题描述成有限的步骤序列，也即设计出算法。下面，我们通过实例的分析，来体验利用计算机程序解决决问题的过程：分析问题，设计解决问题的步骤序列，并通过运行程序来进一步了解计算机处理问题的方法）引入课题，组织教学，让学生集中注意力到学习内容上。呈现问题 “韩信点兵，多多益善”这句话大家都知道，那究竟这“多多”的士兵共有多少呢？韩信说：“如果每3个人编为一队，那最后剩下1个人；如果每5个人编为一队，那最后剩下2个人；如果每7个人编为一队，最后也剩下2个人。请你自己算一个，我有多少士兵？”（假设士兵总数不超过100人）面向问题体验编程过程（1）分析问题：数学解法设士兵有S名。S除以3，5，7所得的商分别为A，B，C，那么由题意，有3A+1=S5B+2=S7C+2=S这是一个“未知数的个数（这里有S，A，B，C共4个）多于方程的个数（这里有3个）”的方程组。有无限多个正整数解（取S=37，37+105，37+1052，代入方程组，就可以得到相应的各组A，B，C的值）古代解法在我国古代的数学著作中，对这个问题也做了非常详细的研究，并总结了解题的方法：三人同行七十（70）稀，五树梅花廿一（21）枝，七子团圆正半月（15），余百零五（105）便得知意思是说，把除以3、5、7所得的余数，分别乘以70、21、15，加起来的和再减去105的倍数，所得的差小于105时就是我们所求的这个数了。（2）设计算法：所谓算法，就是解决问题的方法和步骤。“韩信点兵”的算法可以描述为：用S表示士兵数目，则问题可以表达为找出同时满足S MOD 3=1S MOD 5=2S MOD 7=2的整数来。设士兵数目为S，令S为100（最大数），开始搜索判断：如果S除以3余1、S除以5余2、S除以7余2同时成立，那么当前的数S就是解，程序结束；否则，S减1，转重复这个判断过程。（3）编写程序：对应上述算法，套用合适的结构、语句编写程序。（4）调试运行：说明：以上“（3）编写程序、（4）调试运行”两步由于实际条件的限制，由教师完成，学生只需复制程序、运行程序，检测结果即可。（5）检测结果：运行程序，用古代算法和手工算法来验证运行结果。1、引导学生分析问题，找出解决问题的方法，进而引导向“列出解决问题的步骤”，即算法设计环节。2、经过讨论、提示、归纳，学生一般可以总结出不太规范的“解决问题的步骤”，此时教师在充分肯定学生答案的基础上再进行小结提高，给出规范的算法流程。让学生体验从问题到算法之间的转化过程。这也是编程的最重要的环节。3、在调试环节设计出错的测试数据，让学生理解“程序做得越多，那么程序会做的也越多；程序员想得越周到，程序也就越健壮”。小结用计算机程序来解决问题的一般步骤是：分析问题设计算法编写程序调试运行检测结果拓展用程序解决问题和用手工解决问题的对比将本题拓展：（1）除数不再是3，5，7，而是13，15，17？（2）数据规模改得更大一些，例如，1000以内的最大数，10000以内的最大数，10万以内的最大数？则三种解法依然能起作用的只有编程序了。设计大规模的测试数据，让学生体验计算机的高速运算能力，这也是程序解决问题的一个技术基础；总结利用计算机程序解决问题更方便，自动化程度高；更有普遍性。计算机程序能给我们的学习、生活带来很多的方便，很多的乐趣；计算机编程的学习需要专心的训练，乐于钻研的精神，同时，学习编程也会为我们带来发现的惊喜和成功的喜悦。更进一步的学习可以选修算法与程序设计模块。（六）教学附件1 教学资源（程序见光盘）（1）文本资源：韩信点兵题目描述、韩信点兵古代解法、韩信点兵数学解法、韩信点兵算法、韩信点兵程序语句；（2）程序资源：韩信点兵程序简单版，韩信点兵程序完整版。界面如下图：韩信点兵简单版界面韩信点兵完整版界面2用计算机程序解决问题课堂教学实录（第二课时）第一阶段：复习引入师：前面的课中我们通过实例了解了VB的编程环境。简单了解控件、属性、程序的概念；同时，也知道了程序的运行过程。（教师启动广播系统，边讲边操作，演示简单例子：通过命令按钮的控制，隐藏图片）师：这是我们之前的课中所了解到的：程序的运行过程。这只是利用计算机程序解决问题整个过程中的一个环节。当我们面对一个问题时，到最后用程序解决这个问题，这中间要经过哪些环节？我们经常说，只要是可解的问题，总是可以经过有限的步骤来解决的。那这些步骤是如何得到的？下面我们同样通过实例来认识这个过程。第二阶段：讨论释疑（广播“韩信点兵题目描述”：“韩信点兵，多多益善”这句话大家都知道，那究竟这“多多”的士兵共有多少呢？韩信说：“如果每3个人编为一队，那最后剩下1个人；如果每5个人编为一队，那最后剩下2个人；如果每7个人编为一队，最后也剩下2个人。请你自己算一个，我有多少士兵？”）师：“韩信点兵”大家可能都接触过，在这个问题中，韩信有多少士兵呢？生：（讨论，猜测，验证。）生：37人。师：好，有同学说是37，那为什么呢？请这位同学帮我们大家解释。生：因为除以5的余数是2，那么士兵数的末位数只是能2或7，除以7的余数也是2，即是说，这个数是5和7的公倍数再加2，最小的公倍数是35，加2即是37，再用“除以3余1”进行检测，也对，所以，我确定是37。师：非常好。这位同学从自己的知识、经验出发，通过猜测、验证得出了这个答案。实际上，这是个非常出名的数学问题，它有很多的表达方式。比较著名的是“物不知其数”，大家只要输入“物不知其数”在网上进行搜索，可以找到很多相关的内容。我国古代的数学家们花了很大力气研究这个问题，并找到了它的解法。（广播“韩信点兵古代解法”。）现在我们验证一下，就刚刚问题的数据，用古代解法也能得出37这个解。生：（验证。）师：古代解法虽然很方便，凭经验我们也能得到一些解。如果用现在的数学方法来解，我们用什么方法？生：列方程求解。师：好。设士兵数目为S，我们可以列出如下方程组：（广播“韩信点兵数学解法”。）我们这个方程组一共有3个方程，四个末知数，这是？生：不定方程。师：不定方程有没有解？生：有解，但无定解。师：是。那如果我为这个不定方程加上限制条件，士兵的数目在100以内；同时，这个题目里还有另一个限制条件，是什么？生：士兵数目一定是整数，且大于0。师：好。在加了这样的限制条件后，这个不定方程就可能有定解了。那我们可以通过什么方法来得到这个解？生：在S的取值范围内一个一个检测、判断。师：好。我们可以通过逐个检测也就是搜索的方法来得到题目的解。搜索的方法也是利用计算机程序解决问题的常用方法之一。接下来，我们来讨论利用计算机程序如何来解我们的这道题。大家都知道，计算机所会做的一切，实际上都需要程序员“教”给它；现在，请大家利用广播系统的“消息功能”，把大家准备教给计算机的解题步骤写出来。师：（结束广播状态。）师：（巡视。）生：（思考。写步骤。发消息）师：（收集学生的典型解法：从消息管理器中复制解法，放大字体，以便讨论）师：好。现在我们来看一下，大家提出来的都有些什么解题步骤：（液晶投影屏幕显示学生解题步骤）。我们请写出步骤的同学说明一下：生：在S的取值范围内，判断S除以3、5、7的余数是否刚好等于1、2、2，再让S加1，再判断。师：那么，什么时候就可判断S的值就是解呢？生：S除以3、5、7的余数符合要求时。师：好。当S满足这三个条件且S在取值范围内时，S的值就是我们所求的解。现在我们来看一下规范的算法表达：师：（广播“韩信点兵算法”）生：（阅读算法）师：我们先让S取100，然后判断S是否符合要求，如果符合要求，则输出结果，结束程序；否则，S减1，重复这个判断过程。师：到现在为止，我们经历了分析问题、设计算法两个环节，接下来，我们要考虑如何把算法转为程序。我们知道，算法是解决问题的方法和步骤。设计算法是解决问题过程中关键的一步；算法设计完成后，用任何一种程序设计语言来编写程序都是可以的。因为大家还没有完整地学过程序设计语言，编程的部分由老师完成。现在我们先简单解释语句的含义。师：（广播“韩信点兵程序简单版”）生：（阅读程序）师：前面六个句子非常简单，是用来？生：记住三组除数和余数。师：对，如果我们要改变余数和除数，就在相应的句子上进行修改。师：接着，我们用循环结构控制判断的过程，一发现S值符合要求，则将结果输出到文本框中(text1.text= 韩信一共有 & Str(s) & 名士兵) ，“S赋值为负1”是用来结束循环，结束程序的。师：现在请大家打开VB，结合我们之前学过的文本框、命令按钮，编程调试，解决这个“韩信点兵”问题。要求：点击命令按钮开始运算，并把结果送到文本框中。师：老师把程序发给大家。第三阶段：动手操作师：（结束广播状态，利用广播系统“课堂讨论”功能发送程序）生：（启动VB，设置控件，复制程序，试运行，调试程序）师：（循视辅导。）师：好。现在能够运行程序并得到答案的同学举手。生：（部分完成任务同学举手）师：（统计人数）师：大概有六分之一的同学可以得到答案。现在，请暂时还不能正确运行的同学抓紧；完成的同学试一试另外一组数据：余数不变还是1、2、2，除数分别改为2、3、4。生：（修改程序，调试程序）师：答案是多少？生：没有答案。师：为什么没有答案？生：数据本身出错：不可能有一个数除以2余1，除以4余2的。师：非常好。象这种出错的情况我们可以分析出来，可是我们的程序并不能给出提示。这说明什么问题？计算机所会做的任何工作，都是程序教给它的；程序员考虑得越周到，程序就越能干。所以，编程之前，能够考虑得更周全，调试就更容易，