高中信息技术必修第一册“算法及其实现（第一课时）”教学设计

高中信息技术必修第一册“算法及其实现（第一课时）”教学设计【教材与学情分析】本节课选自浙教版高中信息技术必修第一册《数据与计算》第三章第四节“算法及其实现”，是学生从“认识数据与算法”走向“用程序解决问题”的关键节点。本节内容包含算法的概念与特征、算法的描述方式两个核心板块，其中算法的描述以自然语言、流程图、伪代码三种形式展开，并通过“开灯问题”“求S=1+2+3+…+100”等案例帮助学生建立从生活经验到形式化表达的思维桥梁。高一学生此前已经亲历了用人工方式计算、用电子表格处理数据的过程，对“按照步骤做事”有丰富的生活经验，比如泡茶、导航、食堂打饭排队的流程。但把这种含糊的经验提炼为“有限、确定、有效、有输入输出”的算法，对学生而言是一次思维方式的跃迁。部分学生在初中接触过图形化编程，容易把“会拖拽积木”误认为“懂得算法”，教学中需要引导他们剥离工具外壳，直面算法逻辑本身。本课为第一课时，重点落在算法的概念、特征和流程图描述上，为第二课时的伪代码与程序实现奠基。【教学目标】一、通过“农夫过河”“查找手机通讯录”等生活情境，归纳出算法是解决特定问题的一系列有限操作步骤，理解有穷性、确定性、可行性、有零个或多个输入、有一个或多个输出这五项基本特征。二、掌握用自然语言和流程图描述算法的方法，能正确使用起止框、输入输出框、处理框、判断框和流程线，将“累加求和”等典型问题转化为规范的流程图。三、经历从具体问题到算法抽象再到图形化表示的完整过程，体会“把任务说清楚”是计算思维的第一步，养成先想清楚再动手做的问题解决习惯。【教学重难点】教学重点：算法的概念与五项基本特征；流程图各符号的功能与规范使用。教学难点：理解“确定性与可行性”对算法书写提出的严格要求；把含有分支和循环的问题结构正确地画成流程图，特别是循环结构中判断条件的设置与流程线的走向。【教学准备】教师准备：多媒体课件、流程图磁力贴（不同形状的图框教具）、“农夫过河”情境动画、课堂任务单。学生准备：预习教材3.4节第一、二目，带草稿本用于手画流程图。教室安排四人一组便于讨论。【教学过程】一、情境导入：从“农夫过河”说起（约7分钟）上课伊始，屏幕呈现经典游戏画面：一位农夫站在河边，身旁有狼、山羊和一筐白菜，他要借助一条只能载一人的小船把三样东西都运到对岸，但人不在时狼会吃羊、羊会吃菜。教师请两名学生上台尝试点击操作，台下学生观察记录。学生第一次尝试往往以失败告终——“老师，我把羊运过去，回来狼把白菜吃了。”教室里出现笑声，也有学生立刻喊着“先运羊，回来带狼，再把羊带回去”。教师并不急于给出答案，而是追问三个问题：“刚才这位同学成功的那套操作，能不能写成几句话，让没玩过这个游戏的人照着做也一定成功？”“这套操作是一步完成的吗，它有多少步？”“每一步做的动作可以含糊吗，比如写成‘随便带一个过去’行不行？”学生口头整理出操作序列：农夫带羊过河——独自返回——带狼过河——带羊返回——带白菜过河——独自返回——带羊过河。教师把七步写在黑板上，引导全班清点，确认这是一个有限的、每一步都明确的操作序列。教师顺势点题：像这样，为了求解一个特定问题而设计的一系列有限的操作步骤，就是本节课要研究的“算法”。板书课题：3.4算法及其实现（一）——算法及其描述。设计意图：游戏的失败与成功形成认知冲突，让学生自发体会到“步骤必须有限”“每步必须说清”这两条朴素原则，为后面概念特征的提炼埋下伏笔。让学生口述操作序列，实质是在完成一次用自然语言描述算法的热身。二、概念建构：什么是算法（约8分钟）教师展示第二组素材：生活中寻找某位同学电话的过程图。给定一本按姓氏拼音排序的电子通讯录，要查“王林”的号码。教师提供两种读法：第一种从第一页开始逐条核对直到找到；第二种采用二分查找的思路，先翻到中间位置，比较姓氏字母，据此舍弃一半，反复折半。请学生判断两种方法哪个算“算法”，学生可能迟疑。教师明确：两者都是算法，只是效率不同，这引出算法评价的话题，但不展开，留待后续课时。教师组织学生阅读教材关于算法定义的表述，用荧光笔标出定义中的关键词：“有限”“操作步骤”“求解特定问题”。然后小组讨论一个问题：菜谱上的“先放油，油热后放葱姜爆香，再放食材翻炒”是普通步骤还是算法？多数组认为它是算法，因为目标明确、步骤有限、动作确定。有学生质疑：“‘香味出来’怎么判断？这不是确定的吧？”教师肯定这一质疑，指出这个疑点恰恰触及算法的灵魂，为下一环节特征分析做了铺垫。设计意图：用两个对比性素材让学生看到同一问题可以有不同的解决步骤，算法讲“有”更讲“好”，并借助对菜谱的辨析暴露“确定性”的模糊地带，让概念建构不是背定义而是在辨析中生长。三、特征深究：算法的五个基本特征（约10分钟）教师抛出五个辨析情境，让学生逐一判断并说明理由。情境一：“我要写一个求所有自然数之和的程序，按照1加2加3一直写下去。”学生指出，这样的步骤无穷无尽，永远没有结束的一刻。教师小结：算法必须在执行有限步之后结束，这就是有穷性。板书并强调“有限步”“有限时间”。情境二：菜谱中的“盐适量”“油温七成热”。教师问：如果照着这句去执行，十个人能做出同样的菜吗？学生纷纷表示不能，因为“适量”“七成热”因人而异。教师归纳：算法中的每一个步骤都必须是确切定义的，不能模棱两可，这就是确定性。计算机最不懂“猜”，你含糊它就不动或乱动。情境三：“把大象装进冰箱需要几步？”学生抢答：“三步，开门、放进、关门。”教师追问：这三步合乎算法的表述吗？有学生道破：第二步“放进去”现实中做不到这么大的冰箱。教师总结：算法的每一步都必须是可以做到的，在现有条件下能够执行，这就是可行性。情境四：“计算任意两个整数的和。”教师问：这个问题的“原料”和“结果”分别是什么？学生回答两个整数是原料，和是结果。教师指出，原料就是输入，一个算法可以有零个或多个输入；求得的结果是必须交给外界的，没有输出等于白算，所以必须有至少一个输出。四个情境处理完毕，师生共同完成板书：算法的特征——有穷性、确定性、可行性、输入（0个或多个）、输出（至少1个）。教师以农夫过河为例回扣：七步是有限的，每一步带什么清清楚楚，每一步农夫都能做到，输入是四样事物的初始状态，输出是安全过河这一结果。学生翻看自己的任务单，自查之前的口头描述是否满足全部特征。设计意图：用正例与反例交替辨析，让抽象特征附着在具体事例上。尤其通过“菜谱适量”“大象装冰箱”这类诙谐反例，让学生在笑声中记住确定性与可行性为何缺一不可。四、初识流程图：给算法画个像（约8分钟）教师指出，自然语言描述算法亲切方便，但有缺陷：一来不够严谨，容易产生歧义；二来当步骤之间有分支、有回头时，一段文字读起来绕，别人不容易看懂。于是人们给算法找到了一种图形语言——流程图。屏幕展示国家标准中规定的常用图形符号，教师逐一说明其名称与用途：圆角矩形表示开始或结束；平行四边形表示输入或输出；矩形表示处理，像赋值、计算这类动作；菱形表示判断，依据框内条件决定走哪个分支；带箭头的线段叫流程线，指示执行的先后次序；圆圈用于连接中断的流程线，本节课一般不涉及。教师以“判断一个整数n的奇偶性”为例现场示范画流程图：先在顶部画圆角矩形写“开始”；接着画平行四边形，标注“输入整数n”；再画菱形，写“n能被2整除吗？”；菱形向右引出的分支标“是”，连接一个平行四边形写“输出‘偶数’”；向下的分支标“否”，连接另一个输出框写“输出‘奇数’”；两个输出框的流程线汇合，最后画“结束”。教师强调规范：判断框只有一个入口两个出口；一切流程有去有回，最终收束到结束框；箭头方向不得省略。学生两人一组，用教师发的磁力贴在白板上拼贴“农夫过河”第一步到第三步的流程图变体，重点练习判断是否继续运送的菱形判断框如何摆放。交换检查，找出符号用错或箭头缺失的位置。设计意图：流程图不是画图游戏，思维含量藏在菱形框的文字与分支走向上。通过教师示范加同伴拼贴，学生手脑并用，为随后的累加循环这个真正难点热身。五、核心任务：累加求和的流程图攻坚（约12分钟）教师布置本节课的核心任务：设计一个算法，求S=1+2+3+…+100的值，并用流程图描述出来。这个一百多年前高斯巧算的题目，如今要换一种“笨办法”交给计算机去做。教师提示：计算机的优势是不知疲倦地做相同的事，所以我们要从“巧算”转向“笃算”，用一种重复的、机械的模式把一百次加法安排清楚。学生独立思考两分钟后小组讨论。层次较好的小组较快产生基本思路：设一个存和的变量S，初值为0；再设一个计数变量i，初值为1；重复做三件事，先把i加到S里，再让i加1，再看i是否超过100；没超过就继续加，超过了就输出S。有的组在摆放判断框位置时摇摆——判断是在加之前还是加之后？教师巡视时抓住这一典型分歧，请两组代表把各自的方案画在黑板上。方案A：开始——S赋值为0，i赋值为1——判断i≤100：是则执行S=S+i，i=i+1，回到判断；否则输出S——结束。方案B：开始——S赋值为0，i赋值为1——先执行S=S+i，i=i+1，再判断i＞100：否则回到加法步骤；是则输出S——结束。教师引导全班计算当i等于100与101时两条路径的走向，确认两个方案都正确，只是循环结构的书写风格不同，前者是“先检查后干活”，后者是“先干活再检查”，但都要确保恰好累加到100就停下。学生由此体会到循环段中判断条件的设置处于核心地位，条件差一，结果谬之千里。教师画龙点睛地指出，像“S=S+i”这样的式子不是等式，不能按数学等号的含义去理解，它是把S原来的值加上i之后重新存回S这个“盒子”，这种变量更新的思想是后续编程学习的命门。板书示意变量S与i在若干次循环中的取值变化表，让学生对循环过程有直观的动态认识。设计意图：选择累加求和作为本课高潮，原因是它把顺序、选择、循环三种基本结构中的“循环”第一次郑重推到学生面前。两套方案的并置比较，使循环条件的微妙处被放大，突破教学难点。变量更新表的引入，为下一课时伪代码与程序的书写预留接口。六、巩固提升与课堂小结（约5分钟）学生完成课堂任务单上的两道题。第一题：阅读一个含分支的流程图（输入成绩x，x≥60输出“及格”，否则输出“补考”），写出该流程图所描述算法的自然语言表述，实现“图形到文字”的逆向转换。第二题：把累加求和任务改为求1×2×3×……×10，请指出原流程图中需要改动的两处：一处是初始值S应赋为1，另一处是累加的操作由加法变为乘法。此题考查学生是否真正理解循环体中变量的角色。教师请一名学生总结本节课收获，教师补充完善：算法是为了解决特定问题而设计的有限操作步骤，它必须具备有穷、确定、可行、有输入、有输出五个特征；自然语言亲和却易歧义，流程图规范而清晰，是沟通人与机器的桥梁；今天我们写下的每一个框、每一条线，都是下周让计算机真正跑起来的地基。正如计算思维所倡导的，面对问题时先想清楚解决的路径，再把路径说清楚、画明白，最后是机器替我们不知疲倦地完成它。设计意图：逆向转换题避免学生只会照着文字画图，乘法变式题直指循环体的变量本质，两道小题分别对应“会读”“会改”的进阶要求。小结部分由学生主讲、教师提炼，让知识的结构化在对话中完成。七、作业布置与课堂延伸必做题：用流程图描述“出租车计费算法”——行程小于等于3千米收起步价13元，超过3千米的部分每千米加收2.3元，输入里程数，输出应付车费。选做题：思考如何用算法描述“在无序的十个数字中寻找最大值”，比较它与累加算法在循环结构上的异同，为下节课伪代码的学习做准备。【板书设计】主板书居中写课题“3.4算法及其实现（一）”。左侧自上而下列“算法的特征：有穷性、确定性、可行性、有输入、有输出”。右侧列“流程图符号：起止框（圆角矩形）、输入输出框（平行四边形）、处