資源簡介

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第3課《驗證算法》教學設計
課題 驗證算法 單元 第七單元 學科 信息科技 年級 五年級下
核心素養目標 信息意識：通過學習垃圾分類算法模型課程，增強了自己對信息技術及其應用的意識；還包括如何利用信息技術為社會做出貢獻。計算思維：通過圖像處理技術和深度學習模型將垃圾分類問題轉化為計算機可以處理的問題，能夠更有效地理解和優化模型。數字化學習與創新：能夠快速獲取垃圾分類相關的研究資料和最新技術，利用現代深度學習框架（如TensorFlow, PyTorch等）進行模型設計和驗證。信息社會責任：通過設計和推廣垃圾分類算法，可以幫助社會實現更高效的垃圾分類與回收，減少環境污染。
教學重點 1、學會用正確的方式完成算法驗證。
教學難點 1、驗證多個垃圾分類算法系統。
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。1、活動背景算法設計完成后，可以通過計算機程序驗證是否可行。問：如何利用計算機驗證算法呢 答：我們可以先用計算機“語言”描述算法。2、新知導入觀看視頻 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、活動1：驗證垃圾類型查詢算法對于搜集到的垃圾分類數據，可以使用列表進行存儲(圖7-3-1)。列表是存儲和管理多個數據項的重要方式。小科提示存儲和管理多個數據項還有很多種方法：數組 (Array)：存儲多個相同類型數據項的集合，具有固定的大小。它們的優勢是可以通過索引高效訪問特定位置的數據。適用于數據量小或已知大小的情況。鏈表 (Linked List)：鏈表是一種動態數據結構，適用于數據項大小不確定的情況。每個元素（節點）包含數據和指向下一個元素的指針。鏈表的優勢是插入和刪除操作比數組更高效，尤其是在中間位置操作時。隊列 (Queue)：隊列是一種先進先出（FIFO）的數據結構，通常用于存儲臨時數據或需要按順序處理的數據項。例如，任務調度、緩沖區管理等場景。棧 (Stack)：棧是一種后進先出（LIFO）的數據結構，適用于需要按反向順序處理數據的場景。例如，深度優先搜索、遞歸函數調用等。集合 (Set)：集合用于存儲一組唯一的數據項。通常用于去重和集合運算（如交集、并集等）的場景。圖7-3-2所示程序實現了判斷是否為“可回收物”的算法，你能嘗試根據垃圾類型查詢算法流程圖(圖7-3-3)，完善程序并驗證整個算法嗎 （出示圖片）學生A：還可以這樣做：提供模擬垃圾投放的場景，如果投放正確可以獲得積分。學生B：模擬投放垃圾的算法是關鍵。程序的趣味性越強，越有助于大家熟悉垃圾分類的知識。模擬投放垃圾算法描述如下所示，應該如何編寫程序進行驗證呢 (1)準備4種垃圾箱角色、10種不同的廢棄物角色；(2)新建“分數”變量，設置初始值為0；(3)如果當前角色屬于其他垃圾，且碰到“其他垃圾”垃圾箱角色，顯示“正確”，得分加1，否則顯示“錯誤”。(4)如果得分為滿分，顯示“挑戰成功”畫面，否則顯示“挑戰失敗畫面。二、活動2：驗證模擬投放垃圾算法1.圖 7-3-4 為“餐巾紙”角色的代碼。運行開始，餐巾紙是可見狀態;當角色被按住時，可以隨著鼠標指針移動;當角色被放開時，進行類型是否正確的判斷。如果分類正確，將變量“分數”增加1，并發送廣播“正確”顯示“回答正確”的圖片角色;如果分類錯誤，將發送廣播“錯誤”，顯示“回答錯誤”的圖片角色。你能嘗試完善全部垃圾角色的判斷程序嗎 （出示圖片）2.根據算法，當“分數”等于 10 時，顯示“挑戰成功”畫面(圖 7-3-5a);完成10次操作但“分數”不等于10時，顯示“挑戰失敗”畫面(圖7-3-5b)。在“背景”角色中編寫程序，你能完善挑戰失敗時的程序嗎 （出示圖片）3.嘗試運行模擬投放垃圾程序，檢查程序是否與算法一致(圖7-3-6)。（出示圖片）程序編寫完成后，要檢查輸出結果與算法預期結果是否一致。調試是驗證算法是否正確的一種方法。調試時，首先要檢查能否輸出結果：得到運行結果后，還需要判斷結果是否正確；如果不正確，就需要檢查程序檢查在編寫時是否有錄入錯誤、邏輯錯誤等問題，并及時進行修改。小科提示根據模擬投放垃圾算法描述編寫程序進行驗證時的注意事項：數據結構設計：根據模擬的需求選擇合適的數據結構。如果需要模擬垃圾桶的位置、容量、垃圾量等，可以使用數組、鏈表或字典等數據結構來管理這些信息。隨機性和模擬精度：如果算法中包含隨機性（例如垃圾投放的時間間隔不固定），確保正確地模擬隨機過程。你可以使用隨機數生成函數（如Python中的`random`模塊）來模擬隨機事件。邊界條件處理：模擬過程中，要特別注意邊界條件的處理。例如，垃圾桶容量是否會溢出，垃圾投放的時間間隔是否合適等。性能考慮：如果模擬的規模較大，程序的效率也需要考慮。比如，可以避免過多的重復計算，或者使用適當的算法優化來提升模擬的效率。三、課堂練習完成教材19—21頁相關課堂練習題。四、拓展延伸1、一個完整的算法流程包括哪些板塊？問題定義：明確算法需要解決的具體問題，確定輸入和輸出的格式。算法設計：根據問題的需求設計合適的算法，包括選擇合適的算法思想（如貪心、動態規劃、回溯等）和具體實現步驟。算法分析：分析算法的時間復雜度和空間復雜度，評估算法的效率和可行性。編碼實現：根據設計的算法，編寫代碼實現。測試與驗證：使用測試用例驗證算法的正確性和有效性。優化與改進：根據測試結果，優化算法的效率或修復可能的錯誤。文檔與報告：記錄算法設計、分析、測試等過程，撰寫技術文檔或報告，方便他人理解和復用。2、計算機驗證算法方式實現算法：用編程語言（如Python、Java、C++等）實現所設計的算法。設計測試用例：根據算法的功能和預期結果，設計多個測試用例，覆蓋各種邊界情況和常見情況。自動化測試：編寫自動化測試腳本，使用一組輸入數據來驗證算法輸出是否符合預期。性能測試：通過給算法輸入大規模數據，測試其時間復雜度和空間復雜度，驗證算法是否能夠在合理的時間和空間限制內運行。調試與優化：在驗證過程中發現算法中的錯誤或瓶頸后，進行調試和優化。3、如何判斷自己設計的算法是否正確？數學證明：通過數學推導或歸納證明算法的正確性。這種方法適用于理論性的算法，如排序、查找等。測試用例：使用多種輸入數據進行測試，確保算法在不同情況下都能返回正確結果。測試用例應覆蓋常見情況、邊界情況和極限情況。形式化驗證：使用形式化方法，如模型檢查或符號執行，對算法進行嚴格驗證，確保算法的行為符合預期。 完成驗證垃圾類型查詢算法。學習小科提示。學習如何編寫程序進行驗證。完成活動2模擬投放垃圾算法驗證。學習小科提示。完成課堂練習。進行課外知識拓展。 引導學生進行垃圾查詢算法驗證，引入本課所學知識內容。完善知識點內容，強化所學知識。引導學生根據提示進行算法驗證，考查學生的學習能力和知識點轉化能力。引導學生思考如何驗證模擬投放垃圾算法，提高學生的思考能力和解決問題的能力。完善知識內容，明確算法驗證時的注意事項。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 驗證算法1、進行新知引入2、驗證垃圾類型查詢算法3、驗證模擬投放垃圾算法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、基于垃圾分類任務，分析算法的復雜度，特別是時間復雜度和空間復雜度，討論如何優化算法以提高其效率。可以嘗試不同的優化策略，如特征降維、算法加速等。 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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