高一信息技术必修一：计算机解决问题的过程第二课时-算法设计与流程图表达教学设计

高一信息技术必修一：计算机解决问题的过程第二课时——算法设计与流程图表达教学设计本教学设计面向高中一年级学生，对应教科版（2019）信息技术必修一第二章第一节"计算机解决问题的过程"第2课时。第一课时的教学已经带领学生走过了"分析问题—设计算法—编写程序—调试运行"的完整链条，学生对"计算机解决问题是人指挥机器干活"这一本质有了初步认识。本课时的核心任务，是把教学重心从"知道流程"推进到"会设计算法、会表达算法"，让学生在真实问题情境中亲手画出规范的流程图，并能用自然语言和流程图两种方式描述同一个算法，为后续Python编程学习铺平道路。一、教材分析与学情研判本节课在整册教材中处于承上启下的关键位置。第一章数据与信息建立了学科视野，第二章开始触及计算思维的内核。算法是程序的灵魂，流程图是算法的通用语言。教材以"用计算机计算授课教师上下班耗时"为引例，安排了算法的概念、算法的描述方法、算法的三种基本控制结构三块内容。这三块内容逻辑递进：先解决"算法是什么"，再解决"算法怎么说"，最后解决"算法怎么搭"。从学情看，高一学生具备以下特点：其一，多数学生在初中接触过图形化编程，对顺序执行不陌生，但对"顺序、选择、循环"作为结构化算法的三大基石缺乏系统认识；其二，学生的数学学习中已经积累了大量算法雏形，如解方程的步骤、求最大公约数的辗转相除，这是可以调用的宝贵前概念；其三，学生的薄弱环节在于抽象表达——心里想得明白，笔下画不清楚，尤其容易在判断框的两个分支走向、循环的终止条件设置上出错。这些预设直接决定了本课教学环节的设计取舍。二、教学目标信息意识层面：学生面对一个实际问题时，能主动意识到"先把解决问题的步骤想清楚再动手"，形成"先设计、后实现"的工程思维习惯。计算思维层面：学生能将一个具体问题的求解过程抽象为有限步骤的算法，识别算法中的顺序、选择、循环三种控制结构，并能判断一个算法是否具备有穷性、确定性、可行性。数字化学习与创新层面：学生能熟练使用纸笔或数字化绘图工具绘制符合规范的流程图，正确使用起止框、处理框、判断框、输入输出框和流程线。信息社会责任层面：通过讨论算法歧义带来的后果，体会精确表达在人与机器协作中的价值，养成严谨、规范的表达习惯。三、教学重难点教学重点：算法的概念与特征；用自然语言和流程图描述算法；三种基本控制结构的识别与运用。教学难点：将生活化的问题求解过程抽象为规范算法；循环结构中循环条件与循环体的正确设定；流程图绘制的规范性。四、教学方法与课前准备本课采用情境教学法、任务驱动法与小组协作学习相结合的方式。教师准备：多媒体课件、流程图符号磁性贴（用于黑板拼摆）、任务单（每组一张）、绘图纸与铅笔。学生准备：预习教材相关内容，每人带一张写有"我的一天上学流程"的便签（前一日布置）。五、教学过程（一）情境导入：一场"说不清楚的指挥"（约6分钟）上课伊始，教师不翻开教材，而是先做一个课堂实验。教师邀请一名学生扮演"机器人"，要求其完全按照指令行动，绝不允许自己"动脑筋"。教师给出指令："走到门口，如果门关着就拉开门。"扮演的学生走到门口，门虚掩着，"机器人"停在原地不知所措——因为"关着"和"开着"之间存在模糊地带，指令没有覆盖所有情形。教师顺势追问全班：刚才的"程序"卡在哪里？学生讨论后会发现，问题不在执行者，而在指令本身：指令有歧义、没有覆盖所有可能情况、步骤之间界限不清。教师点题：人发给计算机的每一条指令序列，就是算法。算法写不清楚，再强大的计算机也只能"罢工"。上一节课我们知道了解决问题的完整流程，今天这节课，我们就来锻造这个流程中最硬核的环节——把算法设计出来、表达清楚。设计意图：用身体参与的具身活动替代抽象讲解，让学生在笑声中亲历"指令歧义"带来的执行失败，算法的确定性、有穷性、可行性三个特征由此获得了感性锚点，为后续概念建构埋下伏笔。（二）概念建构：从生活步骤到算法定义（约8分钟）教师请三名学生朗读自己便签上写的"上学流程"。三份流程的粗细程度差异很大：有的写"起床—吃饭—上学"，有的细化到"睁开眼—坐起—穿衣服—洗漱……"。教师引导全班对比：哪一种更接近给计算机看的算法？通过对比，学生自主归纳出算法的三个要害：步骤必须是有限的，不能没完没了；每一步必须是明确的，不能含糊其辞；每一步必须是可以做到的，不能是天方夜谭。教师将这三点规范化为教材表述：有穷性、确定性、可行性，并补充输入输出的概念——算法可以有零个或多个输入，至少有一个输出。接着，教师展示一个数学案例：求两个正整数的最大公约数。用自然语言写出辗转相除的四个步骤。全班齐读后发现，数学课上学过的许多"方法"，本质上都是算法。至此完成概念的第一次抽象：算法是解决问题的方法和步骤的精确描述。设计意图：概念从学生自己的生活文本中生长出来，而非从定义灌进去。"你有我没有"的对比制造认知冲突，促使学生自己逼近概念的精确边界。（三）方法习得：算法的两种表达方式（约10分钟）教师提出问题：同一个算法，怎么"说"给别人或计算机听？自然语言人人会写，但刚才的游戏已经暴露了它的软肋——歧义。于是引出流程图。教师在黑板上用磁性贴逐一摆出五种基本符号，边摆边讲：圆角矩形是起止框，一个算法从这里开始、到这里结束，全图只此一对；平行四边形是输入输出框，负责数据的进出；矩形是处理框，装的是计算和赋值；菱形是判断框，它是全图唯一"长着两张嘴"的符号，必须流出"是"与"否"两个分支；带箭头的线是流程线，箭头指明执行的先后。随后，教师以"判断一个同学的体测成绩是否合格"为例，现场示范画图，同时故意制造两处典型错误：判断框只画出一个分支；流程线忘了画箭头。让学生当一回"质检员"找茬纠错。学生在纠错中内化了规范。紧接着布置小组任务一：把上课开始时"机器人开门"那个有歧义的指令，改写成无歧义的流程图，要求覆盖"门关着""门开着（虚掩）"两种情形。各组在绘图纸上完成，教师巡视，重点观察判断框分支的完整性。完成后请两组用磁性贴把作品拼上黑板，全班互评。设计意图：先给工具、再给示范、先纠错后创作，支架搭建充分。回到导入时的情境完成任务，形成首尾呼应，学生在同一情境的前后对照中直观感受到规范表达的力量。（四）结构突破：三种基本控制结构（约12分钟）这是本课的认知高峰。教师依次投出三幅结构图，不讲名词，先让学生观察图形的"长相"差异。第一幅：一条线走到底，没有岔路，也没有回头——这就是顺序结构。教师举例：计算圆的面积，输入半径，计算半径的平方乘圆周率，输出结果，三步一线贯通。第二幅：出现一个菱形，路分两条，但最后又汇合到一点——这就是选择结构。学生刚刚画过的"开门流程图"即是此结构。教师强调：无论走哪条分支，最终都要"殊途同归"。第三幅出现回头的箭头，学生会说"画回去了"。教师肯定这一直觉并正式命名：循环结构。以"给全班40名同学逐一录入体测成绩"为例画流程图：初始化计数器为1，判断计数器是否小于等于40，是则录入一名同学成绩并给计数器加1，否则结束。教师请学生用手指沿流程线走一遍，亲身数出循环体执行了40次。随后设置本课最有挑战性的辨析环节：如果把判断条件误写成"小于40"会怎样？如果把"计数器加1"这一步忘在判断之前、或者干脆漏写，又会怎样？学生推演后发现：前者少录一人，后者陷入永不停歇的死循环——算法的有穷性被破坏。教师总结循环结构三要素：初始化、循环条件、循环体，其中计数器的更新语句是防止死循环的生命线。小组任务二：画出"用计算机统计授课教师一学期上下班总耗时"核心环节的流程图（呼应教材引例），要求必须包含循环结构。教师巡视时对进度快的小组追加挑战：在循环中加入选择结构，跳过节假日的数据。这一嵌套设计让学有余力的学生初步触摸"结构可以组合"的思想。设计意图：三种结构不是并列灌输，而是按"无分支—有分支—有回路"的认知梯度依次展开；死循环的故意设置用错误强化概念，比正面讲解更深刻；分层任务保底与拔高兼顾。（五）展示评析与课堂小结（约7分钟）选取三份有代表性的小组作品投影展示：一份规范流畅、一份判断框分支标注缺失、一份循环计数逻辑有误。全班依据"符号规范、逻辑正确、结构清晰"三条标准进行星级评价。评价过程坚持"先说优点，再提建议"的秩序，培养学生建设性的学术批评习惯。小结环节，教师不罗列知识点，而是用一张"骨架图"收束：计算机解决问题的过程，今天攻克的正是"设计算法"这一堡垒；算法的身份证是有穷、确定、可行三特征；算法的普通话是流程图；算法的三种基因——顺序、选择、循环，可以组合表达世间一切可计算的过程。有科学家断言，任何复杂的算法都能由这三种基本结构组合而成，这正是下节课我们用Python语言翻译这些流程图的理论底气。（六）作业设计基础作业：用流程图描述"判断一个三位数是否为水仙花数"的算法（如153，其各位数字立方和等于它本身）。拓展作业：观察家里的一台智能设备（如洗衣机），尝试用流程图描述它某个工作模式的算法，下节课交流。六、板书设计主板书居中书写课题"算法的描述与三种基本控制结构"。左侧自上而下排列五种流程图符号实物贴；中部绘制三种基本结构的图形骨架（顺序一条线、选择一个叉、循环一个圈）；右侧留白作为学生作品展示区与纠错区，记录课堂生成的典型错误