資源簡介

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第1課《圖書的查找算法》教學設計
課題 圖書的查找算法 單元 第五單元 學科 信息科技 年級 五年級下
核心素養目標 信息意識：通過對比順序查找與二分查找的特點，體會數據結構對算法效率的重要性，理解數據有序性對查找效率的影響。計算思維：會計算特定數據集下兩種算法的最大/最小比較次數，掌握二分查找的"分治策略"，理解線性時間復雜度。數字化學習與創新：能通過修改代碼參數，驗證二分查找中數據集有序性的必要性，會用調試工具觀察查找過程中中間位置的變化規律。信息社會責任：分析算法效率對系統資源消耗的影響，理解“時間換空間”的優化思想，能通過高效算法快速處理海量數據。
教學重點 1、了解查找的基本種類和方法。2、理解順序查找和二分查找算法的基本思想。
教學難點 1、二分查找算法的程序實現。
教學過程
教學環節 教師活動 學生活動 設計意圖
導入新課 板書課題?；顒颖尘吧钪?，我們經常會遇到一些查找問題。比如，在《新華字典》中查找生字，在班級花名冊中查找某位同學的姓名，在手機通訊錄中查找手機號等。在圖書借閱系統中，輸入書名、圖書編碼或作者姓名，計算機就會幫我們快速查找想要的圖書。那么，計算機是如何實現查找的呢？計算機的查找邏輯本質上是對人類智慧的延伸——用結構化存儲和數學規律替代了手工翻找的低效過程?；顒幽繕?、了解查找的基本種類和方法。2、理解順序查找和二分查找算法的基本思想。3、體驗二分查找算法的程序實現。觀看教學視頻《什么是算法？》。 學習新知引入，觀看教學視頻。 用提問的方式引入課題，增強課堂互動性。將學生的注意吸引到課堂。
講授新課 新知講解：一、查找的基本種類從被查找對象的角度來看，如果被查找對象是無序的，稱為無序查找。如果被查找對象本身是有序的，稱為有序查找。開動腦筋下面兩種查找，哪種是有序查找，哪種是無序查找？左側的洗牌動作代表撲克牌處于隨機無序狀態，屬于無序查找右側的小男孩旁邊的對話框顯示中英文單詞的對應關系是有序查找。二、查找的基本方法查找的算法有很多種，生活中常見的有順序查找算法和二分查找算法?！繇樞虿檎翼樞虿檎宜惴ㄊ且环N簡單的查找算法，既可用于無序查找，也可用于有序查找，但查找效率比較低。其基本過程是：從第一個對象開始，逐一查找，直到找到符合條件的對象或找遍全部對象。探究實踐采用順序查找法，從左至右逐一查找和比較，記錄查找數據。查找編號為“6”的書，進行了1次比較。查找編號為“5”的書，進行了5次比較。查找編號為“2”的書，進行了10次比較。從10本不同的書里找1本書，最少需要1次比較，最多需要10次比較。◆二分查找算法對于有序對象，我們可以采用二分查找算法，通過逐步縮小查找范圍的過程，大大提高了查找效率。（1）用下式計算中間位置:中間位置=(首位置+尾位置)-2。如果計算結果為非整數，取整數部分。（2）將編號“16”與中間位置6的編號“14”進行比較。16>14，將查找范圍縮小到位置6的右側。（3）將編號“16”與中間位置9的編號“18”進行比較。16<18，將查找范圍縮小到位置9的左側。（4）將“16”與中間位置7的編號“16”進行比較。兩者相等，查找完成。開動腦筋在以上的例子中，使用順序查找和二分查找各需要比較多少次才能找到編號為“20”的這本書 1. 順序查找查找過程：從位置1開始逐個比較編號，直到找到目標編號20。依次比較：3→7→9→11→13→14→16→17→18→20（第10次命中）比較次數：10次（編號20位于第10個位置）2. 二分查找前提條件：數據已按升序排列（滿足二分查找要求）。查找過程：第1次比較：中間位置6（編號14），14 < 20 → 向右半部分繼續查找。第2次比較：中間位置9（編號18），18 < 20 → 向右半部分繼續查找。第3次比較：中間位置10（編號20），命中目標。比較次數：3次二分查找算法的基本思想是在一組有序的數據中，通過將目標數據與中間位置的數據進行比較，可將待查找的范圍縮小為之前的一半，直到找到要查找的數據，或者查找范圍被縮小為0(沒有找到)。三、二分查找算法的程序實現用程序實現猜幸運數字游戲。在猜幸運數字游戲的程序中，為了簡化程序，數的大小與數的位置相關聯，如數字“1”排在第一位。探究實踐1、兩人一組玩猜幸運數字游戲，規則如下:甲同學在紙上寫下1~100中間的任意數字作為幸運數字，讓乙同學來猜這個數字。乙同學用二分查找的方法猜測幸運數字,甲同學提示乙同學猜測的數字比幸運數字大或小，直到猜中為止。2、運行猜幸運數字游戲程序，與計算機玩猜幸運數字游戲。3、修改查找范圍，運行程序，記錄不同查找范圍下查找次數的變化。四、課堂練習。完成PPT22頁到24頁練習題。五、拓展延伸1、計算機的“烹飪步驟”算法是解決問題的明確指令集合，如同菜譜指導烹飪。例如：導航軟件中的路徑規劃算法（輸入起點終點，輸出最優路線）、短視頻推薦算法（分析用戶行為，輸出個性化內容）。算法的五大特性：有窮性、確定性、可行性、輸入、輸出。2、分治算法將大問題拆解為相似小問題，分別解決后合并結果。經典案例：歸并排序（將數組拆分成單元素再合并排序）、快速排序（選基準值分左右區間）。應用場景：大規模數據排序、地圖導航中的區域路徑規劃。3、自我復制的魔法遞歸是函數調用自身的過程，依賴內存棧臨時保存狀態。例如：計算斐波那契數列（F(n)=F(n-1)+F(n-2)）、遍歷文件夾目錄樹。注意：遞歸需設置終止條件，否則會導致棧溢出（如無限循環調用）。4、貪心策略的取舍每一步選擇局部最優解，期望達到全局最優。例如：零錢兌換（優先用最大面額硬幣）、哈夫曼編碼（構建最優前綴樹）。局限性：貪心策略未必全局最優，如旅行商問題（TSP）中可能得到較差解。5、連接萬物的紐帶圖論算法處理節點與邊的關系。經典算法：廣度優先搜索（BFS）找最短步數、深度優先搜索（DFS）解決迷宮問題。現實應用：社交網絡好友推薦（六度空間理論）、物流網絡優化（最小生成樹）。6、數字世界的守護者加密算法保障信息安全。對稱加密（AES：加密解密同一密鑰）速度快，非對稱加密（RSA：公鑰加密私鑰解密）更安全。應用場景：HTTPS通信、比特幣交易中的SHA-256哈希算法。 了解查找的基本種類。熟悉查找的基本方法使用順序查找和二分查找。完成課堂練習。進行課外知識拓展。 初步了解信息表示的方法，鍛煉學生的學習能力和觀察能力。鍛煉學生的學習能力和觀察能力培養學生思考能力和實際動手能力。在課堂練習中強化所學知識內容。拓寬學生知識面。
課堂小結 圖書的查找算法1、進行新知引入2、學習查找的基本種類3、學習查找的基本方法4、完成課堂練習5、進行知識拓展 總結回顧 對本節課內容進行總結概括。
課后作業 1、 1、采用二分查找算法，從“1、2、3、4、5、6、7、8、9、10”中查找一個數，最少比較次數為 ，最多比較次數為 。2、二分查找算法中的二分思想在生活中也有類似的應用。假如有 20枚相同的硬幣，其中有一枚因質量不合格，比其他的硬幣輕一些，想一想如何用一臺天平快速地找出那枚不合格的硬幣。 布置作業 拓展學生的學習能力
課堂板書 觀看板書 強調教學重點內容。
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
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