資源簡(jiǎn)介

中小學(xué)教育資源及組卷應(yīng)用平臺(tái)
第10課 猜數(shù)游戲有捷徑
一、教學(xué)目標(biāo)
信息意識(shí)：通過(guò)學(xué)習(xí)二分查找算法，理解高效算法在處理大量信息時(shí)的優(yōu)勢(shì)，培養(yǎng)對(duì)信息處理效率的敏感性。
計(jì)算思維：通過(guò)分析二分查找的過(guò)程，理解其基本原理和實(shí)現(xiàn)步驟，培養(yǎng)邏輯思維和抽象能力；通過(guò)案例分析和實(shí)踐操作，訓(xùn)練學(xué)生將復(fù)雜問(wèn)題分解為簡(jiǎn)單步驟的能力，提升問(wèn)題解決能力。
數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新：通過(guò)圖形化編程工具實(shí)現(xiàn)二分查找算法，培養(yǎng)編程能力和創(chuàng)新思維。
信息社會(huì)責(zé)任：通過(guò)討論二分查找在圖書查找、電話簿查詢、故障排查等生活場(chǎng)景中的應(yīng)用，增強(qiáng)對(duì)信息技術(shù)的認(rèn)同感。
二、教學(xué)重難點(diǎn)
重點(diǎn)：二分查找算法的基本原理和實(shí)現(xiàn)步驟；二分查找算法的應(yīng)用場(chǎng)景和優(yōu)勢(shì)。
難點(diǎn)：理解二分查找算法的遞歸思想；在實(shí)際問(wèn)題中靈活運(yùn)用二分查找算法。
三、教學(xué)過(guò)程
（一）導(dǎo)入
1.教師活動(dòng)：講述一個(gè)有趣的故事：在一個(gè)小鎮(zhèn)上，圖書館的管理員需要快速找到一本特定的書，但他發(fā)現(xiàn)逐一查找的方法太慢了。于是，他想出了一個(gè)更聰明的方法——二分查找法。提問(wèn)：你們想知道他是怎么做到的嗎？
2.提出問(wèn)題：假設(shè)有一排巧克力，其中只有一塊加了果仁，已知果仁巧克力比普通巧克力重。如何快速找到這塊果仁巧克力？
3.學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生思考并回答問(wèn)題，可能的回答包括：逐一查找、從中間開始查找等。
4.教師總結(jié)：引出兩種查找方法：逐一查找和分半查找。討論兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，引出二分查找法。
（二）新授
1.二分查找法的原理
（1）教師活動(dòng)：講解二分查找法的基本概念：二分查找法是一種高效的查找方法，適用于有序數(shù)據(jù)。通過(guò)每次將查找范圍縮小一半，快速定位目標(biāo)元素。
（2）學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生聽講并記錄關(guān)鍵點(diǎn)。
（3）教師活動(dòng)：通過(guò)動(dòng)畫或圖示展示二分查找的過(guò)程，以從1～100的范圍內(nèi)找到39為例，詳細(xì)講解每一步的操作和判斷依據(jù)。
找到搜索區(qū)域內(nèi)的中間元素（1+100）/2 = 50.5，取50
比較39和50，因?yàn)?9 < 50，所以目標(biāo)在1～49之間
繼續(xù)在1～49之間查找，重復(fù)上述步驟，直到找到目標(biāo)值39
（4）學(xué)生活動(dòng)：觀察動(dòng)畫，理解二分查找法的步驟。
（5）總結(jié)二分查找法的步驟：
確定搜索范圍的上下界（low和high）
計(jì)算中間位置mid = (low + high) // 2
比較中間元素與目標(biāo)值：
如果中間元素等于目標(biāo)值，查找成功。
如果中間元素大于目標(biāo)值，更新high = mid - 1。
如果中間元素小于目標(biāo)值，更新low = mid + 1。
重復(fù)上述步驟，直到找到目標(biāo)值或low > high。
2.二分查找法的應(yīng)用
案例1：猜數(shù)字游戲
（1）教師活動(dòng)：介紹猜數(shù)字游戲的規(guī)則：一個(gè)人確定一個(gè)范圍內(nèi)的目標(biāo)數(shù)字，其他人通過(guò)猜測(cè)的方式找到目標(biāo)數(shù)字。演示如何用二分查找法快速猜出目標(biāo)數(shù)字（如1～50范圍內(nèi)的17）。
（2）學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生參與游戲，嘗試用二分查找法猜測(cè)數(shù)字。
（3）教師總結(jié)：討論二分查找法在游戲中的應(yīng)用：快速縮小范圍，減少猜測(cè)次數(shù)。
案例2：圖書查找
（1）教師活動(dòng)：講解圖書館中按分類和編號(hào)排列的書籍，如何使用二分查找法快速定位書架上的位置。
（2）學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生討論并總結(jié)二分查找法在圖書查找中的應(yīng)用：二分查找法可以快速定位目標(biāo)書籍，提高查找效率。
案例3：電線故障排查
（1）教師活動(dòng)：假設(shè)某段線路有200根電線桿，電力工人如何使用二分查找法排查電線故障點(diǎn)？
（2）學(xué)生活動(dòng)：小組討論并描述電力工人使用二分查找法排查故障點(diǎn)的具體步驟。
（三）練習(xí)與實(shí)踐操作
1.練習(xí)：尋找拿錯(cuò)快遞的人
在早上8時(shí)到晚上8時(shí)之間，快遞員放在小區(qū)貨架上的一箱貨物被錯(cuò)拿了，但有監(jiān)控?cái)z像頭一直拍攝到這個(gè)貨架。現(xiàn)在需要查看監(jiān)控視頻，找到拿錯(cuò)快遞的人。如何提高查看監(jiān)控視頻的效率？
2.學(xué)生思考并討論可能的解決方法。
3.各小組匯報(bào)設(shè)計(jì)方案，描述如何通過(guò)二分查找法快速定位拿錯(cuò)快遞的人：
（1）確定時(shí)間范圍：早上8時(shí)到晚上8時(shí)（共12小時(shí)）
（2）二分查找步驟：
先查看中間時(shí)間點(diǎn)（中午12時(shí)）的監(jiān)控，判斷快遞是否已經(jīng)被拿走。
如果快遞在12時(shí)已經(jīng)被拿走，說(shuō)明拿錯(cuò)快遞的人出現(xiàn)在8時(shí)到12時(shí)之間；否則，出現(xiàn)在12時(shí)到16時(shí)之間。
繼續(xù)將時(shí)間范圍縮小一半，查看新的中間時(shí)間點(diǎn)的監(jiān)控，逐步縮小范圍。
4.教師活動(dòng)：總結(jié)學(xué)生的方案，強(qiáng)調(diào)二分查找法在減少查找時(shí)間上的優(yōu)勢(shì)。
2.小組活動(dòng)：實(shí)踐二分查找法
將學(xué)生分成若干小組，每組3～4人。每組提供一個(gè)有序的數(shù)字列表和一個(gè)目標(biāo)數(shù)字，要求小組成員合作，運(yùn)用二分查找法找到目標(biāo)數(shù)字，并記錄查找過(guò)程和結(jié)果。
（四）課堂總結(jié)
今天我們學(xué)習(xí)了一個(gè)非常有趣的算法——二分查找法。它通過(guò)每次把查找范圍分成兩半，逐步縮小范圍，直到找到目標(biāo)。這種方法特別適合用在有序的數(shù)據(jù)上，比如排好序的數(shù)字列表或者按順序排列的物品。二分查找法的步驟可以總結(jié)為這樣幾步：
確定范圍：找到查找范圍的開始（low）和結(jié)束（high）位置。
找中間值：計(jì)算中間位置（mid），看看中間的值是不是目標(biāo)。
判斷目標(biāo)位置：如果中間值比目標(biāo)大，就去左邊一半找；如果中間值比目標(biāo)小，就去右邊一半找。
重復(fù)步驟：繼續(xù)在新的范圍內(nèi)找中間值，直到找到目標(biāo)或者范圍縮小到?jīng)]有了。
最后，二分查找法最大的優(yōu)點(diǎn)就是查找速度快，因?yàn)樗看味寄馨巡檎曳秶s小一半，大大減少了查找的時(shí)間。不過(guò)，它也有一個(gè)前提條件，就是數(shù)據(jù)必須是有序的。如果數(shù)據(jù)是亂的，二分查找法就不太好用了。
希望大家在以后的學(xué)習(xí)和生活中，遇到需要查找東西的時(shí)候，能想到二分查找法，用它來(lái)提高效率。這節(jié)課就到這里，謝謝大家！
（五）課后作業(yè)
利用圖形化編程軟件編寫一個(gè)猜數(shù)字游戲的小程序，要求運(yùn)用二分查找法實(shí)現(xiàn)猜數(shù)字的功能。
21世紀(jì)教育網(wǎng) www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁(yè) （共 2 頁(yè)）
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