2019-2020年高中信息技術(shù) 教材教學(xué)指導(dǎo)用書 算法與程序設(shè)計(jì) 廣東版選修1.doc
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2019-2020年高中信息技術(shù) 教材教學(xué)指導(dǎo)用書 算法與程序設(shè)計(jì) 廣東版選修1 “算法與程序設(shè)計(jì)”是高中信息技術(shù)課程的選修模塊，以問題解決與程序設(shè)計(jì)為主線，揭示利用計(jì)算機(jī)解決問題的過程。學(xué)生通過本模塊的學(xué)習(xí)“體驗(yàn)算法思想，了解算法和程序設(shè)計(jì)在解決問題過程中的地位和作用；能從簡單問題出發(fā)，設(shè)計(jì)解決問題的算法，并能初步使用一種程序設(shè)計(jì)語言編制程序?qū)崿F(xiàn)算法、解決問題。” ① 中華人民共和國教育部. 普通高中技術(shù)課標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）. 人民教育出版社，2003，19頁 “本模塊的教學(xué)，應(yīng)注意與數(shù)學(xué)課程中有關(guān)內(nèi)容的銜接，要強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐的結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生注意尋找、發(fā)現(xiàn)身邊的實(shí)際問題，進(jìn)而設(shè)計(jì)出算法和計(jì)算機(jī)程序去解決這些問題。教師要注意發(fā)現(xiàn)對(duì)程序設(shè)計(jì)有特殊才能的學(xué)生，根據(jù)具體情況為他們提供充分的發(fā)展空間。本模塊強(qiáng)調(diào)的是通過算法與程序設(shè)計(jì)解決實(shí)際問題的方法，對(duì)程序設(shè)計(jì)語言的選擇不作具體規(guī)定?！?② 同上，1頁 課程標(biāo)準(zhǔn)中，本模塊主題組成結(jié)構(gòu)如下： 程序設(shè)計(jì)語言初步 算法與程序設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)解決問題的基本過程 算法與問題解決例舉 圖2.1 “算法與程序設(shè)計(jì)”主題結(jié)構(gòu)圖 本教學(xué)指導(dǎo)在沿用課程標(biāo)準(zhǔn)中主題內(nèi)容的前提下，為進(jìn)一步增強(qiáng)對(duì)實(shí)際教學(xué)的指導(dǎo)作用，對(duì)主題結(jié)構(gòu)作了些調(diào)整，兩者的關(guān)系如圖2.2所示。 利用計(jì)算機(jī)解決問題的基本過程 算法與程序?qū)崿F(xiàn) 程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 程序設(shè)計(jì)思想和方法 計(jì)算機(jī)解決問題的基本過程 程序設(shè)計(jì)語言初步 算法與問題解決例舉 圖2.2 調(diào)整前后主題間的關(guān)系圖 調(diào)整后的模塊由四個(gè)主題組成，四個(gè)主題在知識(shí)結(jié)構(gòu)上以螺旋上升方式展開。 “利用計(jì)算機(jī)解決問題的基本過程”主題旨在呈現(xiàn)人是如何利用計(jì)算機(jī)解決問題，解決問題需要經(jīng)歷哪些基本過程。教學(xué)中應(yīng)注意讓學(xué)生結(jié)合生活與學(xué)習(xí)提出問題，從身邊簡單問題入手親歷分析問題、設(shè)計(jì)算法、編寫程序、解決問題的過程。應(yīng)注意結(jié)合數(shù)學(xué)課程中算法這一部分知識(shí)，讓學(xué)生進(jìn)一步了解算法，學(xué)會(huì)用不同的方法描述算法，了解算法、程序、程序設(shè)計(jì)語言之間的關(guān)系，認(rèn)識(shí)算法和程序設(shè)計(jì)的地位和作用。本主題是整個(gè)模塊學(xué)習(xí)的引入，為過渡到其它主題的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。 “程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”主題旨在呈現(xiàn)如何用計(jì)算機(jī)語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。教師可以根據(jù)學(xué)生需要選擇一種語言，并以該語言為載體，讓學(xué)生理解數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中是如何表示與處理的，了解程序設(shè)計(jì)基本方法，初步掌握順序、選擇、循環(huán)三種基本結(jié)構(gòu)，體驗(yàn)程序設(shè)計(jì)的實(shí)踐過程，同時(shí)了解程序設(shè)計(jì)語言的編譯程序、連接程序等基本知識(shí)。 “算法與程序?qū)崿F(xiàn)”主題旨在通過解析法、窮舉法、排序和查找、遞歸等常用算法的程序?qū)崿F(xiàn)，讓學(xué)生進(jìn)一步理解算法，進(jìn)一步掌握程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)，在體驗(yàn)算法思想與程序設(shè)計(jì)過程中，培養(yǎng)邏輯思維能力，塑造良好的認(rèn)知結(jié)構(gòu)?？梢越M織學(xué)生探討需解決的問題與其相應(yīng)算法之間的關(guān)系，嘗試歸納算法與程序設(shè)計(jì)應(yīng)用的一般規(guī)律，討論使用計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)解決問題的優(yōu)勢(shì)和局限性等。 “程序設(shè)計(jì)思想和方法”主題是對(duì)前三個(gè)主題內(nèi)容的提升，旨在引導(dǎo)學(xué)生理解結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)思想，探究如何用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)方法解決問題。了解面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)的思想、方法和關(guān)鍵技術(shù)。通過引導(dǎo)學(xué)生親歷軟件的開發(fā)過程，對(duì)算法與程序設(shè)計(jì)的思想與方法形成一個(gè)相對(duì)完整且比較準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)，為將來的學(xué)業(yè)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。 在教學(xué)過程中，應(yīng)注意“知識(shí)與技能”、“過程與方法”、“情感態(tài)度與價(jià)值觀”三維課程目標(biāo)的相互聯(lián)系與相互滲透，進(jìn)而提升學(xué)生的信息素養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生信息技術(shù)能力的立體發(fā)展。 第一節(jié) 利用計(jì)算機(jī)解決問題的基本過程 課程內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn) 1.結(jié)合實(shí)例，經(jīng)歷分析問題、確定算法、編程求解等用計(jì)算機(jī)解決問題的基本過程，認(rèn)識(shí)算法和程序設(shè)計(jì)在其中的地位和作用。 2.經(jīng)歷用自然語言、流程圖或偽代碼等方法描述算法的過程。 3.在使用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問題的過程中，通過觀看演示、模仿、探究、實(shí)踐等環(huán)節(jié)，了解順序、選擇、循環(huán)三種基本結(jié)構(gòu)及其重要作用，掌握計(jì)算機(jī)程序的基本概念，能解釋計(jì)算機(jī)程序執(zhí)行的基本過程。 程序設(shè)計(jì)語言產(chǎn)生與發(fā)展 問題的認(rèn)識(shí)和形成 算法的概念、特征與作用 算法的描述 程序和程序設(shè)計(jì) 算法與程序設(shè)計(jì)關(guān)系 利用計(jì)算機(jī)解決問題的基本過程 問題和算法 算法和程序 程序和程序設(shè)計(jì)語言 問題的分析與算法設(shè)計(jì) 一、 內(nèi)容結(jié)構(gòu)圖 圖2.3 “利用計(jì)算機(jī)解決問題的基本過程”主題內(nèi)容結(jié)構(gòu)圖 二、學(xué)習(xí)目標(biāo)細(xì)目表 學(xué)習(xí)內(nèi)容 學(xué)習(xí)結(jié)果的行為指標(biāo)（當(dāng)學(xué)生獲得這種學(xué)習(xí)結(jié)果時(shí)，他們能夠） 問題的認(rèn)識(shí)和形成 結(jié)合生活與學(xué)習(xí)的實(shí)例說明利用計(jì)算機(jī)解決問題的必要性 從已有的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)中例舉出人工解決困難而利用計(jì)算機(jī)能夠快捷解決的問題 問題的分析與算法設(shè)計(jì) 了解利用計(jì)算機(jī)解決問題的基本過程 了解問題分析與算法設(shè)計(jì)間的關(guān)系 模仿分析簡單問題的已知條件、要解決的問題以及問題與條件之間的關(guān)系，寫出輸入、求解、輸出過程的步驟 算法的概念、特征與作用 結(jié)合數(shù)學(xué)課程中學(xué)習(xí)的算法知識(shí)，說出自己對(duì)算法的理解 說出算法的五種特征，舉例說明算法特征的含義 了解算法特征在解決問題過程中算法選擇的作用 算法的描述 結(jié)合數(shù)學(xué)課程中學(xué)習(xí)的算法知識(shí)，用自然語言、流程圖、偽代碼描述算法 算法與程序設(shè)計(jì)關(guān)系 用自己的語言描述算法與程序設(shè)計(jì)間的關(guān)系 程序和程序設(shè)計(jì) 描述程序概念和解釋程序的作用 結(jié)合實(shí)例描述順序、選擇、循環(huán)三種基本結(jié)構(gòu)的單步程序執(zhí)行方式 畫出三種程序基本結(jié)構(gòu)的流程圖 程序設(shè)計(jì)語言產(chǎn)生與發(fā)展 說出程序設(shè)計(jì)語言產(chǎn)生與發(fā)展過程 了解程序設(shè)計(jì)語言的功能，針對(duì)簡單問題設(shè)計(jì)一套可以解決該問題的人工語言（不超過5條指令） 例舉出三種以上高級(jí)語言的名稱 三、重點(diǎn)難點(diǎn)分析 (一)重點(diǎn)分析 1． 利用計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)解決問題的必要性，建立問題意識(shí)。 程序設(shè)計(jì)是運(yùn)用計(jì)算機(jī)解決問題的一種方式，有些問題，如：數(shù)值、邏輯等問題適合于通過程序的方式解決。教學(xué)中應(yīng)注意引導(dǎo)學(xué)生從生活與學(xué)習(xí)實(shí)例出發(fā)，認(rèn)識(shí)與舉證可以通過運(yùn)用計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)得到高效解決的問題，讓學(xué)生深切地感受利用計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)解決問題的必要性，引發(fā)學(xué)習(xí)本模塊的興趣和動(dòng)機(jī)。 2． 利用計(jì)算機(jī)解決問題的過程。 提出問題 分析問題 設(shè)計(jì)算法 編寫程序 調(diào)試程序 得到結(jié)果 圖2.4 利用計(jì)算機(jī)解決問題流程 利用計(jì)算機(jī)解決問題流程如圖2.4所示，教學(xué)中選擇一個(gè)學(xué)生運(yùn)用已有知識(shí)能夠解決的實(shí)例，教師通過演示等手段協(xié)助學(xué)生親歷實(shí)例問題的分析、設(shè)計(jì)算法、把所要解決的問題轉(zhuǎn)化成的程序輸入到計(jì)算機(jī)、經(jīng)調(diào)試后讓計(jì)算機(jī)執(zhí)行這個(gè)程序，最終達(dá)到利用計(jì)算機(jī)解決問題的過程。讓學(xué)生了解和體會(huì)流程中每一步驟的含義，為展開整個(gè)課程學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。 3． 算法的基本概念，使用自然語言、流程圖、偽代碼描述算法。 學(xué)生通過高一數(shù)學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)，已有算法知識(shí)的儲(chǔ)備，結(jié)合計(jì)算機(jī)工作方式，讓學(xué)生進(jìn)一步了解算法，進(jìn)一步學(xué)會(huì)使用自然語言、流程圖、偽代碼描述算法。 4． 程序的基本結(jié)構(gòu) 學(xué)生通過高一數(shù)學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)，已經(jīng)了解了算法的三種邏輯結(jié)構(gòu)和流程圖，程序的基本結(jié)構(gòu)與之相對(duì)應(yīng)，是程序設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。讓學(xué)生嘗試體驗(yàn)程序三種結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)執(zhí)行方式，加深對(duì)三種基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的了解。 5． 程序設(shè)計(jì)語言 程序設(shè)計(jì)語言是人利用計(jì)算機(jī)解決問題的載體，讓學(xué)生充分認(rèn)識(shí)程序設(shè)計(jì)語言，通過計(jì)算機(jī)語言的發(fā)展歷程，感受計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展。 (二)難點(diǎn)分析 1． 算法的特征 算法的特征對(duì)初學(xué)者而言較難理解，教學(xué)中盡可能通過具體問題的算法分析、程序分析，讓學(xué)生感悟出算法的特征，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)分析問題、選擇算法打下基礎(chǔ)。 2． “好”算法的標(biāo)準(zhǔn) 算法設(shè)計(jì)除正確性外，還應(yīng)考慮其高效性、可讀性、健壯性，學(xué)生在開始時(shí)是做不到的，但可以讓學(xué)生知道需要從不同角度分析問題，才能不斷改進(jìn)算法，并通過實(shí)踐形成這種良好習(xí)慣。 四、教學(xué)活動(dòng)建議 本節(jié)是算法與程序設(shè)計(jì)課程的入門。學(xué)生通過對(duì)“信息技術(shù)基礎(chǔ)”部分的學(xué)習(xí)，已經(jīng)具備了一定的信息加工、處理與交流的基礎(chǔ)，知道使用計(jì)算機(jī)解決問題的方式多種多樣，而程序設(shè)計(jì)是其中的一種。學(xué)生在高一數(shù)學(xué)課程的學(xué)習(xí)中，也已經(jīng)學(xué)習(xí)了一些算法的基礎(chǔ)知識(shí)。因此，本節(jié)的教學(xué)應(yīng)注意在學(xué)生原有知識(shí)與學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)算法、程序設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)，體會(huì)算法與程序設(shè)計(jì)在計(jì)算機(jī)解決問題過程中的地位與作用，比較完整地認(rèn)識(shí)利用計(jì)算機(jī)解決問題的過程。在教學(xué)過程中應(yīng)注意活動(dòng)方式的多樣性，通過比較、探究、討論、交流等活動(dòng)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)自主創(chuàng)新學(xué)習(xí)，培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)方法與學(xué)習(xí)能力。 (一)通過例舉生活與學(xué)習(xí)中需要用計(jì)算機(jī)解決的問題，如有關(guān)數(shù)值、邏輯等方面的問題，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)問題，形成問題意識(shí)，感受利用計(jì)算機(jī)解決問題的必要性。 案例2.1 感受計(jì)算機(jī)解決問題的必要性 教師：提出線性方程組問題，不斷增加方程數(shù)量，讓學(xué)生解決。 現(xiàn)象：當(dāng)方程數(shù)量少時(shí)，學(xué)生能夠通過人工方法求解，但隨著方程數(shù)量的增多，人工求解顯得無能為力。 教師：展示計(jì)算機(jī)高效求解方程組的過程。 教師：提出8 皇后問題，讓學(xué)生找出符合條件的方案。 現(xiàn)象：學(xué)生能找出一些符合條件的方案，但要找出所有符合條件的方案顯得無能為力。 教師：展示計(jì)算機(jī)高效地找出所有方案的過程。 教師：提出生物課中學(xué)到的遺傳基因問題，為什么生物課人工只分析到第二層或第三層？ 教師：展示遺傳基因問題的計(jì)算機(jī)分析過程。 學(xué)生活動(dòng)：嘗試從生活與學(xué)習(xí)提出需要用計(jì)算機(jī)解決的問題，展開討論。 教師：回歸主題，感受利用計(jì)算機(jī)解決問題的必要性。 分析：案例中教師沒有直面告知學(xué)生利用計(jì)算機(jī)解決問題的必要性，而是通過實(shí)例讓學(xué)生不斷地感受人工求解問題的局限性與計(jì)算機(jī)求解問題的優(yōu)勢(shì)，并通過學(xué)生的充分討論，讓學(xué)生潛移默化地感受到利用計(jì)算機(jī)解決問題的必要性。 (二)利用計(jì)算機(jī)解決問題過程的教學(xué)是課程入門階段，教師需要根據(jù)學(xué)生特點(diǎn)把握好度，為學(xué)生后繼學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。教學(xué)中要注意的問題是：人在計(jì)算機(jī)解決問題過程擔(dān)任什么樣的角色；如何利用計(jì)算機(jī)解決問題；利用計(jì)算機(jī)解決問題與人解決問題有何區(qū)別；利用計(jì)算機(jī)解決問題的優(yōu)勢(shì)是什么；算法與程序設(shè)計(jì)解決什么樣的問題。因此，選擇什么樣的問題切入是教學(xué)成功與否的關(guān)鍵所在。 案例2.2 利用計(jì)算機(jī)解決問題的過程教學(xué)設(shè)計(jì)參考 教學(xué)線索：選擇問題讓學(xué)生體驗(yàn)利用計(jì)算機(jī)解決問題的過程展開討論 1．選擇問題：選擇問題的難易程度應(yīng)根據(jù)學(xué)生的整體水平，由于是開篇教學(xué)，不宜太難，應(yīng)源自學(xué)生已有的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)，并能與后繼內(nèi)容的學(xué)習(xí)形成呼應(yīng)。 例1：求一元二次方程ax2+bx+c=0的根。該問題比較簡單，利用計(jì)算機(jī)解決問題過程的每一階段易于理解。 例2：“韓信點(diǎn)兵”問題，“相傳漢高祖劉邦問大將軍韓信統(tǒng)御兵士多少，韓信答說，每3人一列余1 人、5人一列余2 人、7人一列余4 人、13人一列余6 人……劉邦聽后茫然不知其數(shù)，你能說出有多少兵士？”該問題能夠體現(xiàn)利用計(jì)算機(jī)解決問題的特點(diǎn)及相對(duì)人工解決問題的優(yōu)勢(shì)，當(dāng)條件少時(shí)可以人工求出，當(dāng)條件多時(shí)利用計(jì)算機(jī)解決就顯示出其優(yōu)勢(shì)。 例3：借助高一學(xué)生正在學(xué)習(xí)函數(shù)圖像知識(shí)的背景，從演示畫學(xué)生熟悉的y=x2函數(shù)圖像的程序入手，提出如何利用計(jì)算機(jī)畫各種函數(shù)圖像的問題。該問題從學(xué)生已有的知識(shí)和人工畫圖經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生理解計(jì)算機(jī)畫圖的過程，喚起學(xué)生的求知欲望和學(xué)習(xí)興趣。 分析：對(duì)初學(xué)者而言，例2、例3利用計(jì)算機(jī)解決的過程有一定的復(fù)雜性，教學(xué)中需要循循善誘，把握好教與學(xué)的互動(dòng)關(guān)系。 2．讓學(xué)生體驗(yàn)利用計(jì)算機(jī)解決問題的過程 （1）引導(dǎo)學(xué)生探究 分析問題的已知條件、隱含條件、要解決什么、它們之間的關(guān)系，通過分析問題，寫出問題的求解過程，將其步驟化，設(shè)計(jì)算法。 （2）讓學(xué)生體驗(yàn)利用計(jì)算機(jī)求解過程 給出對(duì)應(yīng)于算法的程序，引導(dǎo)學(xué)生打開并執(zhí)行程序，體驗(yàn)計(jì)算機(jī)運(yùn)行程序的過程。 （3）引導(dǎo)學(xué)生畫出利用計(jì)算機(jī)解決問題的流程圖。 3．展開討論 （1）討論人與計(jì)算機(jī)在利用計(jì)算機(jī)解決問題的各個(gè)階段中各自扮演的角色； （2）討論編寫程序解決問題與使用現(xiàn)成軟件解決問題的差別，針對(duì)不同問題選擇不同的解決手段； （3）討論生活中解決問題的過程步驟，讓算法思想溶于日常生活中。 (三) 對(duì)初學(xué)者而言，理解算法的概念、特征、作用需要一個(gè)過程?？梢酝ㄟ^呈現(xiàn)一組比較簡單的現(xiàn)成算法，讓學(xué)生逐步掌握算法的思想。通過一個(gè)問題的不同算法的比較，讓學(xué)生感悟算法的特性。 案例2.3 算法的基本概念 1.算法的概念與特征 （1）提出問題：求兩個(gè)正整數(shù)的最大公約數(shù)。 “更相減損之術(shù)”算法程序 Private Sub Form_Click() Dim m As Long, n As Long, r As Long m = Val(InputBox("輸入整數(shù)1")) n = Val(InputBox("輸入整數(shù)2")) If m < n Then r = m: m = n: n = r r = m - n Do While r <> 0 If r < n Then m = n n = r Else m = r End If r = m - n Loop Print "最大公約數(shù)為："; n End Sub 給出兩個(gè)正整數(shù)12、16，如何求它們的最大公約數(shù)？大家可以口算出最大公約數(shù)是4，如果給出的兩數(shù)是2678945、465，又如何求呢？ （2）通過介紹解決問題的經(jīng)典算法，讓學(xué)生體驗(yàn)算法思想 “更相減損之術(shù)”及其算法思想：我國古代數(shù)學(xué)家對(duì)公約數(shù)求解問題進(jìn)行了研究并提出了算法，稱之為“更相減損之術(shù)”，其方法是以兩數(shù)中較大的數(shù)減去較小的數(shù)，獲得的差與原先較小的數(shù)構(gòu)成新的一對(duì)數(shù)，再以大的數(shù)減去小的數(shù)……如此循環(huán)，用同樣的方法操作，直至產(chǎn)生一對(duì)相等的數(shù)，該數(shù)即為最大公約數(shù)。 以求12、16這兩個(gè)數(shù)的最大公約數(shù)為例，具體操作如下： (12,16)(12,4)(8,4)(4,4) 4是12和16的最大公約數(shù)。 “輾轉(zhuǎn)相除法”及其算法思想：古希臘數(shù)學(xué)家對(duì)公約數(shù)求解問題研究提出的算法稱為“輾轉(zhuǎn)相除法”（歐幾里得算法）。具體方法是用較大的數(shù)除以較小的數(shù)，余數(shù)和較小的數(shù)構(gòu)成新的一對(duì)數(shù)，繼續(xù)上面的除法，直到大數(shù)被小數(shù)除盡，則較小的數(shù)就是最大公約數(shù)。 “輾轉(zhuǎn)相除法”算法程序 Private Sub Form_Click() Dim m As Long, n As Long, r As Long m = Val(InputBox("輸入整數(shù)1")) n = Val(InputBox("輸入整數(shù)2")) r = m Mod n Do While r <> 0 m = n n = r r = m Mod n Loop Print "最大公約數(shù)為："; n End Sub 以求288和123的最大公約數(shù)為例，具體操作如下： (288,123)(42,123)(42,39)(3,39) 3是288和123的最大公約數(shù)。 （3）引導(dǎo)學(xué)生用自然語言描述完成兩種算法的思想 設(shè)給定的兩個(gè)正整數(shù)為m和n，“更相減損之術(shù)”算法描述如下： ①輸入兩個(gè)正整數(shù)m和n； ②若m下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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