高中一年级信息技术算法及其描述第二课时教学设计

高中一年级信息技术算法及其描述第二课时教学设计一、教材分析本课选自粤教版（2019）高中信息技术必修1《数据与计算》第三章“算法基础”，是学生在初步认识算法概念、了解算法特征之后，对算法描述方式与算法结构进行深入学习的第二课时。教材以“用计算机求解问题”为主线，从自然语言描述逐步过渡到流程图、伪代码等规范表达方式，最终导向用程序设计语言实现算法，体现了从生活经验到形式化表达的思维进阶。本课时的核心任务是让学生掌握算法的三种基本控制结构——顺序结构、选择结构和循环结构，能够用流程图规范描述算法，并能在具体问题情境中选择恰当的结构构建解决方案。这一课时在整个算法单元中处于承上启下的枢纽位置：前一课时建立的算法概念和特征认识在此得到操作层面的落实，本课时习得的结构化表达方法又直接服务于后续的Python程序设计学习。二、学情分析授课对象为高一年级学生。从认知基础看，学生在义务教育阶段劳动与技术、综合实践活动中接触过简单的流程示意，数学学习中积累了一元二次方程求解、分段函数求值等蕴含算法思想的经验，具备理解顺序、分支、循环三种逻辑关系的心智基础。从学习特点看，高一学生处于从具体运算思维向形式运算思维发展的关键期，能够进行一定程度的抽象概括，但对“把解决过程拆解为精确步骤”仍存在困难，常见问题是步骤跳跃、边界条件遗漏、循环终止条件模糊。从学习心理看，本班学生此前在机房体验过简单的Python语句，动手愿望强烈，但部分学生急于写代码而轻视算法设计。本课时需要引导学生体会“先想清楚再动手做”的工程习惯，通过可视化流程图降低抽象思维的门槛，借助同伴协作与展示互评激发表达与修正的动力。三、教学目标（一）学科核心素养目标信息意识方面，学生在“素数判断”等问题的分析过程中，主动识别数据处理需求，感知算法是解决一类问题而非一道题的通用方案，增强利用计算工具解决问题的自觉性。计算思维方面，学生能将具体问题抽象为可执行的步骤序列，熟练运用顺序、选择、循环三种基本结构组织算法逻辑，能用流程图准确表达包括循环终止条件、分支条件在内的完整控制流程，初步形成模块化、结构化的求解思路。数字化学习与创新方面，学生借助流程图绘制工具完成算法设计，体验数字化表达与协作修订的过程，能够在小组交流中提出改进方案。信息社会责任方面，通过算法效率的初步比较（如不同的素数判断策略），学生认识到好的算法设计能够节约计算资源，形成绿色、高效利用计算资源的意识。（二）教学目标具体化表述学生能够说清三种基本控制结构的执行特征，能独立阅读并理解包含循环的流程图；能把“判断一个正整数是否为素数”等问题转化为规范的流程图，步骤无跳跃、无死循环、分支完备；能对同伴流程图进行至少一条有依据的改进建议。四、教学重难点教学重点：用流程图规范描述算法，正确运用三种基本控制结构解决实际问题。教学难点：循环结构的设计，包括循环变量的初始化、循环条件的确定、循环体中状态量的更新；循环与选择的嵌套使用。突破策略：以“机器人画图形”类比活动建立循环直觉，以“数豆子猜是否素数”的实体操作过渡到符号化表达，通过“故意写错的流程图找错”活动让难点暴露并解决于课堂。五、教学方法与教学环境教学方法采用情境创设、任务驱动、小组协作、对比辨析、讲练结合。教学环境为网络机房，教师机配备投影与广播教学系统，学生机预装流程图绘制软件（可用国产绘图工具的开源版本）与Python3.x环境，供课末体验环节使用。课前准备小组任务卡、印有部分流程图线索的学习单、评价量规。六、教学过程（一）情境导入：从“上一节课的困惑”出发上课伊始，教师在屏幕出示上节课课后调查中的两条学生留言：一条说“我知道做红烧肉要先干什么后干什么，可让我教一个完全不懂菜谱的机器人，我就不知道该写多细”；另一条说“我数1加到100，写了好多重复的算式，有没有不写一百遍的办法”。教师请学生用一句话概括这两位同学的共同困境。学生会说“步骤说不清”“重复劳动太多”。教师顺势明确本课任务：今天我们解决两件事——怎么把解决问题的过程说得精确（用图说话），怎么把重复劳动交给机器（让算法自己转起来）。板书课题：算法的描述与三种基本结构。这段导入用时约三分钟，来源于真实的学情反馈，避免了生硬的概念突袭。（二）温故知新：自然语言描述的局限教师投影上节课某小组用自然语言描述的“交换两个瓶子里的可乐和雪碧”算法，请学生朗读。学生读后发现，文字虽清楚，但步骤多的时候读起来累，而且哪一步要在什么条件下做，文字表达容易含糊。教师提问：工程图为什么不用一整段文字描述？学生类比得出：图直观、结构一目了然。教师引入流程图，出示流程图规范符号清单——椭圆表示开始结束，平行四边形表示输入输出，矩形表示处理框，菱形表示判断，箭头表示流向。请学生用一分钟时间在心里建立对应关系，然后合上清单，由教师快速闪示符号，全班抢答名称与作用。这个强化短时记忆的小活动让符号系统在最短时间内转化为学生的可用工具，为后续绘图扫除障碍。教师强调一条纪律：一个入口、每个判断框必须有“是”“否”两个出口、流向箭头不可省，这是本课流量分界的三条红线。（三）活动一：顺序结构与选择结构——用“体温筛查”作例教师创设情境：学校早校门口用红外测温仪检测体温，请设计一个算法描述筛查过程。第一步测体温t；第二步如果t大于等于37.3则登记并到临时观察点，否则放行。教师在黑板上用磁贴即时拼出流程图：开始→输入t→判断t≥37.3吗→是分支走“登记引导”，否分支走“正常放行”→汇合→结束。教师在拼装过程中故意先不买通从开始到结束的最后箭头，问学生缺了什么，学生指出后补齐。教师强调判断框的两个出口必须都走到终点汇合，这正是选择结构的执行本质是“依据条件二选一或择路径”，执行前不能预知走哪条路，但无论走哪条路最终都走向结束。随堂小练：学生独立完成“判断一个整数是奇数还是偶数”的流程图草稿，学习单已备好空模板。请两位学生在白板绘制，全班用“三条红线”标准互评。一位学生忘记在判断框标“否”分支，同伴指出后当场修正。教师小结：画图错误不可怕，可怕的是写代码时才发现；图阶段改错成本最低。（四）活动二：认识循环结构——从“重复劳动”到“状态推进”教师播放三十秒的自制小动画：一个机械臂在给一排花盆浇水，每盆浇三秒，浇完自动移到下一盆。教师提问：如果让你给机械臂写说明书，你能不能这样写——第一盆浇三秒、第二盆浇三秒、第三盆浇三秒……照此写五十遍？学生笑而摇头。教师引导提炼循环的三个要素：要重复做什么事（循环体：浇一盆水），什么时候开始停（循环条件：还有未浇的盆），每一步有什么变化推动循环走向结束（位置移动到下一盆）。教师在板书中写出“循环三问”：干什么？干到什么时候？每圈有什么变化？回到课前提出的1加到100的求和问题。教师请学生先用自然语言说思路：设总和s为0，设当前数i为1；只要i不超过100，就把i加进s，再把i加1；最后输出s。教师逐句追问：s为什么一开始要是0？i为什么要“加1”？如果忘了这句话会怎样？学生讨论意识到：没有初始值，s是无名之物；没有自增，i永远是1，循环永不停，这就是死循环。教师绘制求和算法流程图：开始→s←0,i←1→判断i≤100→是：s←s+i，i←i+1，回到判断；否：输出s→结束。如此，循环体、循环变量、循环条件几何化呈现。教师在菱形判断框旁标注“循环的发动机”，强调每次回到菱形前必须让状态向前走一步，否则循环永远无法终止。为建立肌肉记忆，全班做一轮“纸面执行”跟踪：教师给出表格行，学生追踪当i为1、2、3时s的变化，并预测循环结束后输出多少，再追问i最后停在几。学生算出答案是101，教师借机强调：循环结束时循环变量常常已经“跨过边界”，这是初学时最易出错的地方，编程时这类错误学的做一位会出现在边界里的错误。（五）活动三：结构与嵌套——绘制“素数判断”流程图该环节是本课突破难点的核心任务，采用小组协作与分层任务相结合。教师给出任务情境：学校科普节需要做一张“2到100素数海报”，第一步要先会判断任意一个正整数n是不是素数。请各组设计“判断正整数n是否为素数”的算法流程图。教师组织步行引导。首先请学生回忆素数定义并用自己的话说判断办法：从2试除到n1，一个都不能整除就是素数。接着抛出三层脚手架问题：第一个脚手架，怎么用循环表示“从2试到n1”？i从几开始，到几结束，每圈加几？第二个脚手架，发现能整除后还需要继续试吗？学生顿悟：可以立刻宣布不是素数并结束，不必试完。第三个脚手架，怎么把“是否已经发现能整除”的事实记录下来传出去？引出标志量flag，设初值为素数假设，一旦发现可整除立即改flag并跳出循环。各小组用绘图工具绘图，教师巡视，捕捉三类典型问题在巡讲环节集中讲评：一类是循环条件写错（i<n写成i≤n），导致判断n本身能否整除自身这种无意义测试；一类是漏写flag未改变的正常退出路径，让所有数都被判成素数；一类是输入合法性未检查，n输入0时行为异常。教师在讲评中不直接给答案，而是投影一两份有缺陷的原稿让全班诊断。各组完成标准版流程图：开始→输入n→判断n<2？是则输出“不是素数”结束；否则i←2，flag←1→判断i<n且flag==1？是则进入循环体：判断n能否被i整除，能则flag←0，i←i+1，回到循环判断；循环退出后判断flag是否为1，是则输出“是素数”，否则输出“不是素数”→结束。教师在学生图上用不同颜色的笔标注顺序结构（输入输出）、选择结构（各个菱形判断）、循环结构（试除部分），直观说明复杂算法就是三种结构的有序组合，这就是结构化程序设计的基本思想。教师追问效率问题：真的要试到n1吗？数学好的学生提出试到n的一半或试到根号n即可。教师充分肯定并给出“点数提醒”：这不仅省步骤，还体现了算法设计对计算资源的尊重，同学们在写作品时要时刻有这份意识。（六）活动四：从流程图到代码——微课式体验虽然本课时重点是算法描述而非编码，但让学生看到流程图如何无缝翻译成Python可以强化学习意义感。教师通过屏幕广播，逐框对应演示将素数判断流程图写成Python代码：输入语句对应输入框，while循环对应循环判断，if对应选择，print对应输出。学生观察到每一行代码都能在流程图中找到影子，无需教师多讲，逻辑与代码的映射自然建立。教师明确：今天的课程标准是“能设计、表达、解释算法”，代码只是未来验证工具；明天进入Python单元时，今天画的每一张图都是你们的施工蓝图。（七）巩固提升：分层任务驱动教师给出三个层次的任务，要求每生至少完成基础任务，鼓励向提升任务挑战。基础任务：用流程图描述“输入一个年份，判断是否为闰年”的算法。该任务考查选择结构的嵌套使用，学生回忆闰年规则（能被4整除但不能被100整除，或者能被400整除），画图时容易缺少分支，教师提醒逐条规则进判断框，并思考怎样排列判断次序最清晰。提升任务：用流程图描述“有一百元钱买一百只鸡”问题中公鸡母鸡和小鸡数量枚举的算法框架，重点展示循环可以套循环。教师不追完满答案，只要结构合理即有效，为后续穷举法埋下伏笔。拓展任务：思考“求两个正整数的最大公约数”的穷尽枚举思路并画出流程图框架，允许使用前一课时了解的辗转相除法概念，鼓励学生进行方法比较，初步感知算法优劣。学生在完成任务期间，教师巡回个别辅导，针对循环条件书写、分支穷尽等共性问题提供即时点拨；完成后选取两份作业大屏幕展示，学生按评价量规打分。（八）课堂小结：由学生来总结教师给出三个关键词请各组用一句话串联：符号、结构、边界。小组代表说：符号是算法表达的语言；顺序、选择、循环三种结构可以做一切事情的逻辑骨架；边界和终止条件是算法可靠性的最后防线。教师板书收束：会表达、会拆结构、会守边界，是今天这节课带走的三个习惯。教师补充本课体现的方法论：先想后画，先画后写；每画一个判断框都要问两个出口；每设一个循环要回答“干什么、干到什么时候、每圈推进什么”。这些话将作为后续编程课的自查口诀。七、板书设计主板书分三栏：左栏流程图符号与含义；中栏三种基本结构简笔示意图配关键红线；右栏微词云：s←0,i←1初始值，i←i+1推进，i≤100终止，flag标志量，判断框两出口。左端留空随时补充学生课堂生成的问题，全课可对照“符号—结构—反例”三个支柱回顾。八、作业布置必做作业：测量自己上学到校所需时间并记录一周，画出“迟到一分钟内分析原因”问题算法的流程图，体现对判断结构的使用。选做作业：与家人玩心算游戏，让家人任意讲三个正整数，你能用今天设计的思路设计流程图判断其中有多少个素数，画出框架并尝试简单口头验证。实践作业：使用流程图工具将“判断素数”流程图上色分块，标明顺序、选择、循环区域，保存为PNG格式提交学习平台。九、教学评价设计过程性评价聚焦绘图工程：三条红线遵守度、循环三要素完整性、分支穷尽情况。表现性评价聚焦表达与协作：能否向同伴解释自己流程图的某条路径含义，能否接受并改正他人指出的错误。发展性评价聚焦思维迁移：能将数学问题转化为流程语言，能针对效率提出改进建议。评价主体引入学生自评与组内互评，教师综合评价采用等级加评语制，杜绝简单对错判定。十、教学反思与改进构想本课可能的生成性点有三处。其一，学生对循环变量初始化理解程