資源簡介

中小學教育資源及組卷應用平臺
第20課 化大為小桶排序 教學設計
課題 化大為小桶排序 單元 第五單元 學科 信息科技 年級 五年級
教材分析 【學情分析】排序算法是計算機解決問題的基礎算法之一，可以將無序的數據按照特定順序排列。在排序過程中，需要對數據進行比較，并根據比較結果來決定是否交換位置，從而實現排序。最終的排列順序可以是升序（從小到大）或降序（從大到小）。通過學習排序算法，可以認識排序的基本思路和方法，了解不同排序算法之間的差異。學習排序算法有助于培養抽象邏輯思維和問題解決能力。通過本單元的學習，讓學生了解排序算法中搜索、比較與交換的基本過程，體會用計算機解決問題中蘊含的算法思想。通過自然語言、流程圖等方式描述排序算法，在操作實踐中利用程序驗證與實現排序算法，了解算法與程序之間的關系。排序算法有很多種，每一種都有自己的優勢和適用范圍。學習過程中可以通過對比不同的排序算法，了解算法的效率，讓學生意識到面對不同數據規模的問題時，要選擇合適的排序算法。這有助于培養學生優化算法的意識，提高用計算機解決問題的效率。教學時需要將抽象的算法內容與現實的生活場景或實物聯系起來，以幫助學生在具體的情境中領悟有關的知識。可以引導學生通過游戲活動、情境創設、角色扮演等方式，在運用排序算法解決具體問題的過程中，逐步感悟其中的思想和方法。結合實物、圖片、視頻等直觀呈現的方式，幫助學生觀察排序算法執行的過程、計算執行的次數等。同時，使用適當的學習資源和方法，如編程實現算法、用程序驗證算法，讓學生在操作實踐中體會算法的應用效果和價值。本單元的學習先從具體問題出發，逐步引導學生認識排序算法的基本思想，了解排序的一般規律，幫助學生在“認識—理解—辨析—應用”的過程中逐步認識排序算法，體會算法的應用。通過這樣的教學設計，學生不僅能夠做中學，更能做中思，并逐步達成創中思、創中學，培養綜合實踐能力和創造思維能力。【內容結構】
學習目標 1. 信息意識：在分析排序算法過程中，理解排序算法的基本含義，包括比較與交換的方法、排序規則對數據位置的影響。2. 計算思維：能夠用自然語言或流程圖描述選擇排序、冒泡排序和桶排序的算法。3. 數字化學習與創新：在解決排序問題時，通過分析問題，知道選擇適合的排序算法來解決問題。4. 信息社會責任：了解加密算法在保護信息安全方面的意義，增強信息安全意識。
重點 桶排序的基本過程；將大的數據量化大為小的分治思想。
難點 桶的數量和范圍在桶排序中的作用。
教學過程
教學環節 教師活動 學生活動 設計意圖
激趣導入 【激趣導入】糖果分類派對【提問】同學們，我們要舉辦一個超級大的糖果派對。但是現在糖果都混在一起了，有水果味的、巧克力味的、牛奶味的，還有大顆的和小顆的。如果要快速把它們分類擺放在不同的盤子里，你們會怎么分呢？【建構】其實在信息科技中有個超厲害的桶排序算法，它的做法就和我們分糖果很像。它把不同類型的數據像糖果的口味、大小一樣，分別放進對應的 “盤子”（桶）里，然后在每個 “盤子” 里再整理好順序。這種把大量數據的排序問題，通過分成一個個小的分類任務，也就是把大問題分成小問題來解決的方法，就是分治思想。接下來就讓我們一起深入了解這個神奇的桶排序算法吧。 思考、注意 吸引學生的注意力，激發學生的學習興趣，引發學生思考。
學習活動 【學習活動1】一、分析桶排序的算法老師收到了 50 位同學參加朗誦活動的報名信息表，這些同學來自一至五年級各班。現在這些信息表處于混亂狀態，老師希望把這些信息表按照報名同學的年齡從小到大排序。提示：信息表中所填年齡大小是實際歲數。例如，10.08 表示 10 歲 8 月，9.11 表示 9 歲 11 個月。要求：現在請你幫助老師想一個方法來完成這個任務。桶排序中的“桶”代表的是一個數據區間范圍，里面可以放置一個或多個數據，就像現實生活中的桶一樣，能夠作為容器使用。先把信息表中的年齡數據整理為表格。【分組討論】1. 一至五年級的學生年齡通常有幾個區間？2. 劃分的年齡區間如何排序？通過觀察分析，基本操作步驟描述如下。第 1 步：設置 5 個桶（數據區間），用于放置不同年齡段的信息表。第 2 步：把所有年齡數據逐個放入對應的桶里，填寫表格。第 3 步：把每個桶里放入的信息表按年齡大小排序。每個桶里的信息表數量較少，用前面學習過的排序方法很快就能完成。第 4 步：依次取出 5 個桶里已經排好序的信息表，按桶號順序組合到一起，全部信息表就排序完成了。【學習活動2】二、自然語言描述桶排序算法的執行步驟通過上述操作，可以總結桶排序算法的一般步驟。1. 創建桶，確定桶的區間范圍和數量。2. 把所有數據逐個放入對應的桶中。3. 對每個桶內的數據進行排序。4. 按照桶的順序把數據組合起來。【歸納-小結】桶排序體現了化大為小、分而治之的問題分解思想。當要處理的數據較多而且數值分布較為均勻時，這種方法具有明顯的優勢。【學習活動3】三、桶排序的優勢與不足【討論交流】桶排序有哪些優勢？又存在哪些不足？【提示】：1. 可以從數據量來分析，數據量分別是20個、500個、1 000個、100 000個等時的排序情況。2. 可以通過網絡搜索這一問題并閱讀，小組同學一起分析討論，確定主要結論。【主要優勢】1. 面對大量數據，沒辦法將所有數據一次處理完成時，可以分成一定數量的桶來分別處理；2. 在數據分布均勻時，具有較高的排序效率，因為桶排序將數據分散到多個桶中獨立進行排序，不需要逐個比較和交換數據；3. 可以靈活調整桶的數量，優化桶排序的性能；4. 通過在每個桶中使用穩定性較好的排序算法，可以保證桶排序的穩定性。【主要不足】1. 桶排序需要預先知道待排序數據的范圍，否則無法合理設置桶的數量；2. 數據分布不均勻時影響排序效率，某些桶可能會比其他桶集中了更多的數據，導致排序效率下降；3. 對于大量重復數據，因某些桶數據過多而增加排序時間。 聽講、思考、討論 教師通過講授課程內容，向學生傳授知識。學生通過聽講和觀察，學習基礎知識。另外，通過提問的方式引發學生思考，培養其思考和分析問題的能力。
課堂小結 知識回顧 對課堂知識進行總結和梳理，幫助學生更好地理解和掌握所學內容。
拓展-提升 【知識拓展】通過搜索引擎或生成式人工智能應用軟件查找：還有哪些常用的排序算法？它們各有什么特點？排序算法可以解決哪些生活與學習問題？ 鞏固、拓展 通過拓展，幫助學生鞏固、延伸知識，強化對所學知識的掌握。
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
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