教學(xué)設(shè)計(jì) 完整版：編程解決問題和智能信息處理

高中信息技術(shù)（必修）信息技術(shù)基礎(chǔ)編程解決問題和智能信息處理教學(xué)設(shè)計(jì)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息處理的基本方法學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.知識(shí)目標(biāo)：了解并嘗試編程的主要過程。2.能力目標(biāo)：體驗(yàn)程序設(shè)計(jì)的獨(dú)特魅力，了解編程加工的內(nèi)在機(jī)制，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。學(xué)習(xí)重點(diǎn)： 讓學(xué)生體驗(yàn)通過編程實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)加工信息的整個(gè)過程，知道利用計(jì)算機(jī)解決問題的步驟和基本思想方法，從而了解計(jì)算機(jī)信息加工的內(nèi)在機(jī)制。學(xué)習(xí)難點(diǎn)： 讓學(xué)生能理解用算法描述實(shí)際問題，理解人的思維在計(jì)算機(jī)工作中發(fā)揮的作用。學(xué)習(xí)方法： 任務(wù)驅(qū)動(dòng)法、自學(xué)法和講練結(jié)合法學(xué)習(xí)過程：一、創(chuàng)設(shè)情境：教師提問：學(xué)校要開運(yùn)動(dòng)會(huì)，希望用計(jì)算機(jī)來處理比賽數(shù)據(jù)，只有硬件設(shè)備就可以了嗎？學(xué)生回答：需要相關(guān)軟件。再問：哪位同學(xué)用過專門的處理比賽數(shù)據(jù)的軟件？學(xué)生回答多半是沒有。引出課題：有一位同學(xué)已經(jīng)為此設(shè)計(jì)了一個(gè)小軟件。演示：100米決賽項(xiàng)目成績(jī)排序程序?qū)W生試用。給出總?cè)蝿?wù)：體驗(yàn)設(shè)計(jì)這個(gè)軟件的過程。提問：如果讓我們對(duì)這些數(shù)據(jù)人工排序，怎么排？引出概念：“算法”——解決問題的方法和步驟。二、問題解決：演示：冒泡排序算法介紹數(shù)組概念小游戲：請(qǐng)5個(gè)學(xué)生上講臺(tái)，發(fā)給每人一張大卡片，上面都有一個(gè)數(shù)字，大小不等。數(shù)字不順序，讓學(xué)生重新排序。排序規(guī)則（從小到大）：從左邊第一位學(xué)生開始，與相鄰的學(xué)生比較卡片上數(shù)字的大小，數(shù)字大的排在右邊。依次比較，直到排序完成。小任務(wù)：給定一個(gè)數(shù)組（三四個(gè)元素），用冒泡算法排序。三、體驗(yàn)過程：提問：計(jì)算機(jī)也會(huì)這樣思考嗎？如何讓計(jì)算機(jī)知道我們?cè)O(shè)計(jì)的算法呢？引出程序設(shè)計(jì)的一般步驟：1.需求分析（算法分析）：確定要解決的問題，即要計(jì)算機(jī)“做什么”2.設(shè)計(jì)算法：對(duì)特定的問題設(shè)計(jì)一組求解步驟或方法。3.編寫程序：把人工設(shè)計(jì)的算法轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的代碼4.上機(jī)調(diào)試與維護(hù)：剛寫好的程序不一定正確，必須在計(jì)算機(jī)上實(shí)際運(yùn)行，排除錯(cuò)誤，測(cè)試能否達(dá)到預(yù)期的結(jié)果學(xué)生可將程序代碼拷入編程環(huán)境，借助注釋文字了解代碼的作用，調(diào)試運(yùn)行程序，檢查程序運(yùn)行的結(jié)果，體驗(yàn)編程解決問題的樂趣和成就感。完成總?cè)蝿?wù)：體驗(yàn)設(shè)計(jì)一個(gè)對(duì)校運(yùn)會(huì)100米決賽項(xiàng)目成績(jī)進(jìn)行輸入和排序的程序的過程。四、總結(jié)：1.回顧整個(gè)程序設(shè)計(jì)的實(shí)戰(zhàn)過程指出：現(xiàn)在我們使用的計(jì)算機(jī)還只能按照人們事先給定的步驟工作。遇到問題時(shí)，先要一步一步設(shè)計(jì)好怎么做，也就是設(shè)計(jì)好解決問題的算法，最后選擇一種合適的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言編寫程序，將人類解決問題的過程用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言表述為指令，從而賦予計(jì)算機(jī)解決問題的能力。計(jì)算機(jī)是按程序所規(guī)定的內(nèi)容和步驟進(jìn)行工作的，懂得程序設(shè)計(jì)的原理和方法將可以更好地利用計(jì)算機(jī)2.引導(dǎo)學(xué)生借助“教材實(shí)踐”進(jìn)一步探索。教學(xué)反思：1.學(xué)生對(duì)教材中列舉的源程序普遍看不懂。本課要求是體驗(yàn)過程，能不能換一種方式；2. 在教學(xué)過程中，按小組學(xué)習(xí)是可行的。小組中不同層次的學(xué)生可形成“伙伴教學(xué)”的關(guān)系。編程解決問題編程解決問題的一般過程包括：分析問題，設(shè)計(jì)算法、編寫程序、調(diào)試運(yùn)行等。（1）分析問題。例如：物理老師想編寫一個(gè)描述小球做平拋運(yùn)動(dòng)軌跡的程序（小球運(yùn)動(dòng)時(shí)間限定在1-100秒）可以從以下三個(gè)方面進(jìn)行分析：A、明確問題的要求，掌握所要解決問題的內(nèi)容和要求B、分析已知的信息，掌握與解決問題相關(guān)的資料C、確定輸出的內(nèi)容，掌握所要解決問題最終要達(dá)到的目標(biāo)（2）設(shè)計(jì)算法設(shè)計(jì)算法就是尋找問題求解的方法和確定具體的求解步驟。用計(jì)算機(jī)解決問題時(shí)，任何答案的獲得都是計(jì)算機(jī)按照指定順序執(zhí)行一系列指令的結(jié)果。因此，我們需要將解決問題的方法轉(zhuǎn)換成一系列具體的、可操作的步驟，這些步驟的集合，就叫算法。為了更好地表示算法，人們發(fā)明了許多描述算法的工具，如流程圖、偽代碼、自然語(yǔ)言等。其中，流程圖采用簡(jiǎn)潔符號(hào)描述解決問題的步驟，直觀明了，在實(shí)際中，被普遍使用?！缎畔⑻幚碛昧鞒虉D符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)》用由美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)會(huì)制定的，這套標(biāo)準(zhǔn)中常用的符號(hào)及功能如下：輸入輸出框：表示需要用戶輸入或由計(jì)算機(jī)自動(dòng)輸出的信息。描述小球做平拋運(yùn)動(dòng)軌跡的算法，可以用流程圖表示如下：（3）編寫程序算法確定后，需要選擇一種編程語(yǔ)言編寫程序，實(shí)現(xiàn)算法的功能。為了提高編程效率，人們不斷開發(fā)出新的編程語(yǔ)言。到時(shí)目前為止，用于計(jì)算機(jī)編程的語(yǔ)言有上百種，如QBasic、Pascal、C++、Java、VisualBasic……，下面就是用VisualBasic（VB）編寫的描述小球平拋運(yùn)動(dòng)軌跡的程序運(yùn)行界面和程序代碼。（4）調(diào)試運(yùn)行編程完畢后，需要進(jìn)行調(diào)試，以驗(yàn)證所編寫的程序是否正確。如果程序運(yùn)行不正確，說明程序中有錯(cuò)誤。程序中的錯(cuò)誤有兩種：語(yǔ)法錯(cuò)誤（syntaxerror）和邏輯錯(cuò)誤(logicalerror)。語(yǔ)法錯(cuò)誤是指編寫程序時(shí)，有些地方不合乎程序語(yǔ)言的語(yǔ)法規(guī)則，計(jì)算機(jī)不能理解；邏輯錯(cuò)誤指程序在邏輯上有問題，因而得出錯(cuò)誤的結(jié)果。發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤后，要查找錯(cuò)誤、修改錯(cuò)誤，再調(diào)試運(yùn)行，直到運(yùn)行結(jié)果正確為止。智能信息處理1）什么是人工智能人工智能是相對(duì)人的自然智能而言，是指用人工的方法和技術(shù)，研制智能機(jī)器或智能系統(tǒng)來模仿、延伸和擴(kuò)展人的智能，實(shí)現(xiàn)智能行為和“機(jī)器思維”解決需要人類專家才能處理的問題。2）人工智能研究的研究領(lǐng)域：?jiǎn)栴}求解、自然語(yǔ)言處理、模式識(shí)別、智能數(shù)據(jù)庫(kù)、智能機(jī)器人、博弈、自然程序設(shè)計(jì)、自動(dòng)定理證明、智能代理。3）常見的智能信息處理（1）模式識(shí)別（包括指紋識(shí)別，視網(wǎng)模識(shí)別）①OCR又稱光學(xué)字符識(shí)別，是通過掃描儀或閱讀器等電子設(shè)備檢測(cè)紙上的字符，根據(jù)檢測(cè)到的暗亮確定其形狀，然后按字符識(shí)別模式將形狀，“翻譯”成計(jì)算機(jī)中的一種字符代碼。常用的OCR軟件有漢王文本王、尚書、蒙恬等。②語(yǔ)音輸入是利用模式識(shí)別技術(shù)將語(yǔ)音識(shí)別成文本的輸入方法。在配備了聲卡的計(jì)算機(jī)上，通過話筒把語(yǔ)音錄入計(jì)算機(jī)，再由語(yǔ)音識(shí)別軟件對(duì)語(yǔ)音進(jìn)行模式分類，“翻譯”成符合語(yǔ)法和語(yǔ)義的句子。目前大多數(shù)的語(yǔ)音輸入產(chǎn)品采用IBM開發(fā)的語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)。語(yǔ)音識(shí)別是一種新的計(jì)算機(jī)信息輸入手段，目前處于發(fā)展與完善階段。③手寫輸入是利用模式識(shí)別技術(shù)將手寫的文字識(shí)別成文本的輸入方法。用觸筆在寫字板上書寫的字符由寫字板傳感檢測(cè)，通過手寫板軟件轉(zhuǎn)換成包括漢