算法与程序设计 第一单元第一节.doc

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1、第一单元 走进编程 第一节 解决问题的一般方法教学设计天津中学杜云第一单元 走进编程 第一节 解决问题的一般方法一、案例背景信息模块：高中信息技术选修模块：算法与程序设计年级：高中一年级所用教材版本：中国地图出版社学时数：1学时二、教学设计（一）教学目标知识与技能：能够分析哪些问题是适合用计算机解决的问题，并理解能利用计算机解决的问题分为以下三类： （1）使用现有的工具软件可以解决的问题。 （2）现成的工具软件解决不了，需要编写程序并通过执行若干个步骤才能解决的问题。 （3）现成的工具软件不能直接解决问题，也需要编写程序，但不能通过既定步骤解决的问题。过程与方法：理解解决问题的一般方法： （1

2、）分析问题 （2）确定方案 （3）设计步骤 （4）程序设计情感态度与价值观：养成主动学习和使用算法解决问题的思想，同时激发学习算法与程序设计的兴趣，树立学习的信心。（二）内容分析学习内容：本套教材由信息技术基础（必修模块）和多媒体技术应用、数据管理技术、算法与程序设计、网络技术应用、人工智能模块组成，其中人工智能模块属于开设在算法与程序设计基础上的后续模块，多媒体技术应用、网络技术应用、数据管理技术是作为一般信息技术应用设置的、算法与程序设计是作为计算机应用的技术基础设置的。本节的内容是介绍利用算法解决问题的一般方法，使学生们初步学会使用算法思想处理日常学习与生活中的问题。学习重点：能够从现实

3、学习、生活中分析哪些问题适合利用计算机协助解决，并理解哪些问题是需要编程解决的。学习难点：激发学生对学习算法与程序设计的兴趣和信心。学习要求： （1）明确本课的学习目标，积极思考，勤于实践。 （2）联系所学知识和技能，解决实际问题，提高自主学习能力。（三）学生分析高一学生对信息技术有着浓厚的学习兴趣，但对算法的概念比较模糊，缺乏利用算法思想解决问题的意识，引导他们利用算法解决问题，是为以后的学习打下坚实的基础。（四）教学策略设计1教学方法设计引导启发法教学导入是整个教学过程中非常重要的环节，很平淡的开场白不容易引起学生的兴趣，因此教师在开始上课时就应该集中学生的注意力。因此，本课在引入的环节设

4、计了“新闻案例人机大战”，通过这种方式马上就抓住了学生的心。通过老师巧妙地引导和启发，使学生很快进入到本课的学习情境中。任务驱动法本节课教师采取任务驱动法，针对学生学习、生活中的实际问题布置多个学习任务，让学生在完成任务的过程中理解利用算法解决问题的好处。操作本身也是一种学习，在学生遇到困难时教师会适时地给出提示，根据提示学生再次通过思考、分析、修改错误，最终使问题得到解决，从而提高学生解决问题的能力。在巡视过程中，老师应该鼓励学生大胆操作，并进行具体的指导，多表扬他们的进步，以增强其信心。演示法与实践法多媒体网络教室为上好信息技术课提供了硬件保证。教师可以很方便地应用演示法，使学生能看到教学

5、内容，学生更容易接受。本节课教师就充分利用这些设备并对一些程序进行教学演示，收到了事半功倍的效果。另外，信息技术科学是一门实践性很强的学科。学生需要充足的上机实践的时间和机会，让他们每堂课必有所学，有所获。2教师应用信息技术的情况教学环境：机房、Lanstar、大屏幕、J2SE SDK三、教与学的实际过程描述1 教与学的过程描述教学阶段教师活动学生活动对学生学习过程的观察和考查引入l 新闻案例人机大战1棋王首战受挫2“深蓝”战绩不俗3棋王冒险出击4平局带来思考l 思考与讨论别的国家开发的软件，我们不但需要购买这些软件的使用权，而且每年都会花费大量的人力物力组织各种培训去学习这些软件的使用，他们

6、不断的推陈出新，我们不断地、大量地投入。聆听并思考新闻案例给我们带来的启示。师生达成共鸣：如果能研发更多的、拥有自己的知识产权的软件，会进一步推动中国信息产业的发展是非常有战略意义的。而算法与程序设计是最基础的环节。学生是否很快进入到本课的学习情境中。学生是否积极思考并主动投入本课的学习过程。任务一l 任务：文档nba.doc中提供了部分NBA球员的相关数据，请找出身高前十名的队员l 数据引自：l 目的：帮助学生理解有些问题是可以利用现成的工具软件解决的。学生根据以往知识的积累，自主实践完成任务一。学生完成情况：基本上能完成，方法多样，导入到Excel、Word中进行排序等不同的方法。任务二l

7、 绘制如下图形l 绘制如下图形（该图形由4个图形1旋转方向，并用等边长的线段连接起来）l 要求：可以利用任意方法。学生根据以往知识的积累，自主实践完成任务一。学生完成情况：学生利用画图、photoshop、firework等绘图软件绘制，也有用Word表格实现的，方法多样化，学生进行信息处理问题的方法是多种多样的。任务三l 提出问题：如果我要求大家绘制如下图形，大家打算使用什么方法呢？l 目的：引出有些问题可以利用计算机解决，但是不能利用现成的工具软件实现，需要编程实现。这些问题就是本模块要解决的问题。学生的反应：放弃，没有办法去画。学生急于知道解决问题的办法， 观察学生在解决这个问题时是否积

8、极思考，并力图求得解决问题的策略。演示程序l 演示利用Java实现的Hilbert程序，输入不同的数字，快速地实现。展示该程序，并说明该程序并不难，利用简单的递归方法就可以实践，所有的学生在本学期末也可以实现。l Hilbert变换曲线是电子商务中的数字签名等领域的核心技术之一。观察教师演示程序，并对所要学习的知识建立初步的模型。通过程序的演示，帮助学生建立学习信心。归纳总结l 能利用计算机解决的问题分为以下三类：（1） 使用现有的工具软件可以解决的问题。（2）现成的工具软件解决不了，需要编写程序并通过执行若干个步骤才能解决的问题。（3）现成的工具软件不能直接解决问题，也需要编写程序，但不能通

9、过既定步骤解决的问题第三类问题如博弈、专家系统等，需要利用人工智能技术，不是本选修模块能解决的问题。l 本选修模块解决的问题界定在：能利用计算机解决的问题利用现成的工具软件解决不了算法符合下列原则 有穷性：在执行有限步之后必须终止。 确定性：所给出的每一计算步骤必须是精确定义的。 可行性： 要执行的每一计算步骤都可在有限时间内完成。 有输入：一般有0个或多个输入信息，它是算法所需的初始数据。 有输出 ：一般应具有0个或多个输出信息，它是算法对输入信息的运算结果通过和教师一起归纳总结，掌握解决问题的基本方法。了解算法的基本特征。学生是否积极参与归纳总结，并得出相应的结论。学生练习（1）找出实际学

10、习和生活中适合利用计算机解决而利用现成的工具软件无法解决的问题，列出解决问题的方案及具体实施步骤。（2）注册电子档案袋（3）下载一个流程图制作软件，安装试用，选择好的上传到电子档案袋中，以备下一节课使用。学生积极思考，可以和伙伴进行讨论，得出解决问题的方案和步骤。利用档案袋记录学习过程。 学生档案袋资料是否齐全，是否积极主动参与活动。开始上课教学导入讲述新闻案例人机大战，同时为下面的内容作铺垫。实例分析学生完成任务一、二、三，需求解决问题的方法程序演示教师演示程序，得到利用程序解决问题的方法。归纳总结师生共同归纳总结解决问题的方法和实施步骤教学结束学生练习通过电子学习档案袋记录学习过程。2关键

11、环节提炼四、教学反思1、任务一给出的数据是Word表格，绝大部分同学是利用Word表格的排序功能直接实现，给出的环境束缚了学生的思维。如果将原始数据改为.txt文件就比较好了。2、由任务二应该引出解决问题的步骤，分析问题、确定方案、设计步骤、程序设计，这样会非常流畅。五、教学资源和参考资料教学资源：1.文档nba.doc（数据引自： 2.教学演示文稿 3.演示程序：hilbertjava 4.电子学习档案袋参考资料：中华网-体育频道：人脑胜不了电脑？媒体称人机大战引人深思l 新闻案例人机大战1棋王首战受挫1997年，世界排名第一的棋王卡斯帕罗夫，在首度人机大战中，以一盘之差惜败于IBM公司专门

12、设计用来战胜他的电脑“深蓝”。尽管当时媒体认为失利原因是卡斯帕罗夫没有发挥出最佳状态，但是他自己承认是情绪不稳定导致了最终失败。卡斯帕罗夫回忆道，“在比赛开始阶段我就承受了巨大的心理压力，到最后一盘棋时，我甚至根本无法专注于棋盘之上。”卡斯帕罗夫的压力显然来自于这场空前的人类与电脑智力比拼事件本身。此后，IBM公司又拒绝了这位沮丧的棋王重赛的要求，并且毁掉了“深蓝”。在人脑与电脑首度对决中的失利，在此后的一段时期内或多或少也影响了卡斯帕罗夫的情绪。2“深蓝”战绩不俗6年后，卡斯帕罗夫终于有机会来报这一箭之仇了。此次比赛是国际象棋联合会批准的首次“人机比赛”。与第一个对手“深蓝”不同，卡斯帕罗夫

13、的第二个对手“深蓝二世”不是一台昂贵的每秒能运算2亿步的超级计算机，而是一套可以在普通计算机上使用的弈棋程序。它是由两名以色列电脑专家设计的，运算速度为每秒钟三百万步。两年来，“深蓝二世”可谓战绩不俗，在与人类的多次交手中还未尝败绩，并且一直持有官方的国际象棋电脑冠军头衔，与卡斯帕罗夫可谓棋逢对手。“小深蓝”曾获得2001、2002连续两年电脑世界大赛冠军，2000年8月还曾参加过由多名超一流棋手参赛的多特蒙德超级大赛，取得了50%的胜率。这场较量是人机大战的关键一役，是证明人类比机器更强的最好时机。1月26日傍晚时分，当无数的美国人争相拥挤在电视机前为美国职业橄榄球“超级碗”比赛疯狂呐喊时，

14、400多名国际象棋爱好者静静地围坐在纽约竞技俱乐部的大厅里，目不转睛地盯着眼前的大屏幕，因为一场国际象棋“人机大战”正在这里紧张进行，即39岁的世界棋王卡斯帕罗夫和电脑“深蓝二世”的较量。3棋王冒险出击卡斯帕罗夫执白棋先行。对阵一开始，他就放弃了6年前与“深蓝”比赛时采取的小心谨慎的“反电脑”战术，尝试了一些打破常规的冒险招数。铤而走险使他占得了先机，“深蓝二世”似乎被这种有反常理的下法弄糊涂了，在下第9步时竟然“苦思冥想”了足足25分钟才落子。卡斯帕罗夫的冒险战术最终得到了回报，在经过4个小时、总共27步棋的斗智斗勇以后，“深蓝二世”终于向这位棋王俯首称臣。当这位充满个人魅力的国际象棋大师赢

15、得胜利，走出比赛室与棋迷们见面时，长舒了一口气。对于卡斯帕罗夫来说，首盘获胜无疑是一场甜蜜的胜利。不过，本场人机大战将持续13天，卡斯帕罗夫和“深蓝二世”一共要进行6场较量，世界棋王笑得有点过早了。“深蓝二世”的设计者阿米尔和布辛斯基表示，他们并没有将设计重点完全放在增强运算能力上，而是赋予“深蓝二世”以更多的人工智能，从而使它拥有更接近于人类的判断能力。它能在比赛进程中不断进行自我修正和完善，寻找出最有力的战略战术。也正因为如此，“深蓝二世”才会在下到第9步棋时对当时棋盘上的复杂局面作如此长时间的“思考”。美国一些国际象棋大师认为，卡斯帕罗夫开局时有悖自身棋风的下法是他在第一场较量中旗开得胜

16、的关键所在，这也许也是他最终战胜“深蓝二世”，为人类挽回一点面子的法宝。第2局开局后，依然是卡斯帕罗夫占上风，可惜他在关键阶段被“深蓝二世”抓住了失误，守成和棋。此局之后，正当卡斯帕罗夫养精蓄锐备战时，两位程序设计师对程序再一次进行了补充与完善，有力地保证了电脑棋手在比赛后半程越战越强。“深蓝二世”在夺得第三局胜利后，双方在接下来的三局比赛中均战成平手。“人机大战”最终以握手言和收场。4平局带来思考人脑胜不了电脑？这给人们带来了更深层次的思考。下棋是人脑发明出的最精致、最复杂的游戏，标志着人脑的最高境界，棋类比赛是人脑的奥林匹克运动，如果电脑在这场比赛中获胜，所带来的不仅仅是竞技体育的名誉归属，更多的是机器与人类之间关系的深层次思考。不过，乐观的人们也看到，人机大战是一场双赢的游戏。1997年“深蓝”击败小卡一战成名后，IBM在将其转为商用的过程中大获其利，令人看到了“人机大战”中蕴涵的巨大商机，国际棋联自然不会放过“分一杯羹”的机会。国际棋联在此次“人机大战”中不仅为比赛筹集了高达百万美元的巨额奖金，而且允许小卡以国际棋联代表的名义去对抗电脑世界冠军。赛后，国际象棋联合会将向卡斯帕罗夫支付50万美元的出场费。所以，相信随着象棋电脑的不断升级，“人机大战”的结果将注定会越来越没有悬念。虽然在脑力竞技场上，人类输了棋，但人类却在商场赢得了最终的游戏，机器也许永远不会懂得这一点。