案例一算法与程序设计思想

案例一：算法与程序设计思想【基本信息】作者孙朝霞课时1课时单位上海卢湾高级中学【课标要求】（一）利用计算机解决问题的基本过程（1）结合实例，经历分析问题、确定算法、编程求解等用计算机解决问题的基本过程，认识算法和程序设计在其中的地位和作用。（2）经历用自然语言、流程图或伪代码等方法描述算法的过程。（4）了解程序设计语言、编辑程序、编译程序、连接程序以及程序开发环境等基本知识。【学情分析】高一年级的学生已具备了一定的观察、思考、分析和解决问题能力，也已有了顺序结构、分支结构、循环结构等知识的储备。因此，对于如何将解决问题的思路画成流程图已有一定的基础，但可能还不很熟练，尤其对刚学过的循环结构，教师在课堂上要注意引导。『此处说“已有了顺序结构、分支结构、循环结构等知识的储备”，应该是指在必修部分对“计算机解决实际问题的基本过程”已有所体验与了解，或是指已学习过数学中相关模块的知识，这是本案例教学得以实施的必不可少的前提条件。』【教学目标】1.知识与技能：建立求一批数据中最大值的算法设计思想，并将算法的设计思想用流程图表示出来。2.过程与方法：利用现实生活中比较身高的活动，以及对武术比赛中“打擂台”流程的逐步梳理，让学生学会从此类生活实际中提炼出求最大值的思想方法，即算法思想。培养学生分析问题、解决问题的能力，让学生学会在面对问题时能梳理出解决问题的清晰思路，进而设计出解决某个特定问题的有限步骤，从而理解计算机是如何解决、处理某种问题的。『在过程上，通过现实生活中的实例来引导学生总结“求最大值”的算法思想。过程的实现关键在于实例引用是否贴切，是否有利于学生向抽象结论的构建。本案例的实例选择是符合这一要求的。在方法上，注重培养学生分析、解决问题的一般能力，再次体验与理解应用计算机解决问题的基本过程，为后面更一步的学习打下基础，积累信心。』3.情感态度与价值观：让学生全身心地投入到教学活动中，积极与同伴合作交流，进行探索活动。培养学生良好的思维品质，发展他们的创新思维，并养成积极的学习态度和良好的学习习惯。创设情境，以激发学生的学习兴趣。努力营造一个可以接纳的、支持性的、宽容的课堂学习环境，让学生置身于民主和愉悦的课堂氛围中放飞思维、潜心研究、快乐创造。『本案例对“情感、态度与价值观”目标的设计，更多的是试图建立一个活跃、民主、快乐的学习环境。良好的学习环境是学生乐学好学、教师提高课堂效率的重要条件。如果真能实现这样一个环境，营造出理想状态中的学习氛围，无疑会使学生在学到“知识与技能”的同时收获到更多的东西——合作、分享、成就。而且如果能够结合教学内容来描述目标，则会使目标显得更具体，更有针对性。』【重点难点】教学重点：建立求一批数据中最大值的算法设计思想，并将此算法设计思想用流程图表示出来。教学难点：上述重点问题同样是本课教学的难点。另外，如何把人解决问题的思路、步骤用计算机语言描述出来也是本课的难点之一。『建议，此处可添加关于教学重、难点的确立依据，以及解决教学难点的关键方法方面的描述。同一段知识内容的教学重、难点对于同类教师基本上是一致的，不同的是对教学重、难点的认识与处理方法。应该说，对教学重、难点认识的越深刻就越有可能找到更好的处理方法。』【教学思路】利用现实生活中比较一组学生身高这一事件，引导学生去发现求最大值的一种方法。如何设计求一批数据中最大值的算法？我认为让学生自己去经历整个探究过程，要比直接把现成的算法告诉学生有意义得多。它能迅速、有效地帮助学生建立程序设计思想。在完成这个任务的过程中，教师的循循善诱起到了非常关键的作用。找出一批数据中的最大者，从表面上来看是一个很简单的问题。在比较数的过程中，人因为动用了眼睛，比较大小的思维过程一闪而过，所以能很快求出一批数据中的最大值。而计算机与人不同，它对这些数据看不见、摸不着，怎么来完成这一任务呢？其实，计算机解决问题的关键，就是要把人解决问题的思维过程用计算机语言描述出来，即为大脑思维的每一步“拍照”。这是计算机程序设计教学的一个重点，也是一个难点，需要教师在教学过程中逐步引导和训练学生，使学生逐渐学会分析问题，寻求解决问题的方法和步骤。本案例运用生活中“打擂台”的实例引导学生分析求最大值的方法，通过对这一现象的分析，逐步引出求最大值的算法设计思想。『作者在此处点出了解决教学难点的方法，即采用“逐步引导和训练”的方法。其意图就是希望学生经历整个过程，从而锻炼、提升探究能力，领悟、理解其中的思想，实现授人以渔的目的。』【教学过程】1．情境创设___________如何建立支架的？师（提问）：今天在第一排就座的有10多位同学，谁是我们第一排在座各位中的最高者呢？师（引导）：大家思考，通常这个任务我们是怎样去完成的？教师根据学生对问题的回答进行分析。引导学生往古时候比武时常常采用的“打擂台”的方式上想，提示学生可参考电视上经常播放的“挑战主持人”节目。师生：打擂的过程可以描述为：（1）确定一个擂主（讨论第一个擂主是如何确定的）；（2）挑战者上台；（3）擂主和挑战者比较；（4）挑战者胜的话，挑战者做擂主，否则擂主卫冕；（5）重复执行（2）～（4）步骤，直到最后一个挑战者。师：在打擂的过程中，我们看到（2）～（4）步骤是要重复做的，所以我们该怎么办呢？生：需要循环结构来实现。师：这几个步骤序列重复到什么时候结束呢？由学生讨论结束的办法，很显然，需要在最后加上一个能判断什么时候结束的判断框。根据讨论的步骤，最后师生共同得出打擂台的算法和流程图（如图1）。『作者的引导可以总结为：比身高（学生的回答可能多种多样，也可能偏离预设方向）——比武、“打擂台”（将学生发散出去的思考往预设方向上牵引）——“挑战主持人”节目（进一步将学生的思考引到其头脑中已有的认识上，前提是学生要看过该节目）——用自然语言的方式整理出比赛的规则（即算法的自然语言描述）——得到表示算法的流程图。应该说，这样的引导方式完全可以达到作者的预设目标。』2．求一般情况下的最大值的算法师（引导）：如果我们面对的是一堆数据，现在希望我们求出这一堆数据中的最大值该怎么办？通过教师和学生的共同分析，把问题进一步细化为：（1）从第一个数据开始看起；（2）把第一个数据的值在变量中记下来；（3）再取一个数据；（4）比较这个数据与变量中记下的数据的值；（5）如果这个数据的值比记下的数据的值大，则去掉变量中原来那个数据，记下新数据的值；（6）重复执行（2）～（4），继续比较，直到最后一个数据。也就是说，计算机的变量始终记着当前比较过数据中的最大者（我们不妨用X表示它），当取完最后一个数据时，X中留下的也就是最大值了。求最大值的算法设计思想用下图表示。『教学在上一环节的基础上再做进一步的深入，即扩大数据的比较范围，讨论一般的情况。由于学生已经经历了上一环节的思考过程，因此，再次思考一般性问题的解决方案就变得容易多了，这又是另一维度的“逐步引导和训练”，即具体到一般的过渡。这是作者对教学策略设计的准确实现。』注意：a．再次让学生讨论变量的意义，弄清赋值语句的意义。b．一些物理量用变量表达的意义。如X表示最大值，X表示输入的一个值，且每次循环时都用同一个变量X。c．为了控制循环结束，必须加入一个控制循环次数的计数器I，当I达到一定的次数后，循环工作结束。『除了对教学目标宏观上的关注与设计之外，也注意到了教学内容细节上的把握。作者在此处提出的三点注意都是编程语言细节上的问题，应该说，这“三点注意”是作者多年或是本案例实践过后总结的教学经验，当然也可能是教师在教学设计时预先设想的教学问题。这些要“注意的点”正是教学实践或设计中的精华所在，也是值得我们借鉴与学习的内容之一。』3．回顾小结师生共同总结算法设计的过程，就是将大脑思维的每一步都记录下来，并且用计算机能达到的功能来实现人解决问题的思路。『最后带领学生总结本节课的中心思想，即回答“算法设计的过程是怎样的？”这一问题。使整节课有了一个明确的结论。』【案例分析】本案例面向课程目标中“计算机解决问题的基本过程”这一主题，案例语言准确，条理清晰。对教学目标的设计较为恰当、务实。对教学重、难点的把握十分准确，教学策略与教法的设计具有针对性，并在其后的教学设计中准确予以实现，适合用于“算法与程序设计”选修开始部分的教学。案例的实践，能让学生在必修部分体验过用计算机解决问题的基础上，进一步体验了算法思想，并在学习中体会到算法和程序设计在解决问题中的地位与作用。学生通过实例，经历分析问题、确定算法、用自然语言及流程图描述算法的过程，理解并建立算法与程序设计的思想。这节课在必修的体验与后面程序设计的深入学习之间，起到了承先启后进行过渡的作用。案例采用“逐步引导和训练”的教学策略来解决教学的重难点，依托生活中的实例，先从实例讨论的维度引导学生对实例进行层层分析、归纳总结，找到解决问题的算法并用流程图表示，从而实现学生对算法解决问题基本过程的再体验。再从深化教学的维度，从具体的实例向一般性问题的解决推进，从而实现学生对算法解决问题基本过程的再理解，最终达到预设的教学目标。建议，案例在教学过程的描述中明确对情感、态度与价值观目标的实现过程，或者说，案例需要交待清楚，如何培养学生交流合作、探究创造的教学策略。【专家点评】普通高中信息技术课程标准中明确阐述了《算法与程序设计》（选修）模块的宗旨，就是使学生进一步体验算法思想，了解算法和程序设计在解决问题过程中的地位和作用；能从简单问题出发，设计解决问题的算法……从该教学案例的设计和施教过程来看，执教者不仅很好地把握了新课标的有关理念，而且，也是一节实践效果很好的课。其主要特点是：（1）教学对象分析得较为准确；（2）教学目标制定得科学、恰当，可操作性强；（3）在“教学思路”部分的分析上，文字表述明确、细致，在问题的分析方面做到了丝丝入扣，层层推进，并自然地导出了生活中“打擂台”实例；（4）在教学的实施过程中，执教者首先以详细的师生对话的形式，展现了教学“情境创设”的全过程，课堂语言运用得较为准确。在这里，关键性的“打擂过程的描述”条理清晰，易于引出打擂算法流程的设计和“流程图”的画出；（5）在“求一般情况下的最大值的算法”时，执教者通过引导学生将该问题与“打擂”问题分析过程的比较，很容易地迁移到了新问题的算法设计上了。从两问题的过渡难度梯度来看，可以说该教学案例，是“最近发展区”理论应用的成功典型。其不足之处：（1）作为教学案例（或教学设计），首先应有“教学内容分析”，这是制定教学目标的重要依据之一；（2）作为一个优秀教学案例的完整部分，教学评价的内容也是必不可少的，因为，通过评价，不仅可以调节教学的进程，而且，还可以了解教学目标的达成度。（连云港师范高等专科学校冯伯虎）