《枚舉算法的應(yīng)用》教學(xué)設(shè)計(jì)

《枚舉算法的應(yīng)用》教學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)基本信息（一）實(shí)驗(yàn)教材本節(jié)課選自人教/中圖版高中信息技術(shù)必修一《數(shù)據(jù)與計(jì)算》第二章基于枚舉算法的問題解決。實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容它既是程序三大基本結(jié)構(gòu)的綜合應(yīng)用與提升，也為后續(xù)深入學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)做好鋪墊。本節(jié)課通過兩個實(shí)驗(yàn)活動，探究枚舉算法的基本思想與設(shè)計(jì)流程，掌握枚舉算法程序?qū)崿F(xiàn)的方法，提高解決問題的能力。實(shí)驗(yàn)1：在幾串鑰匙中尋找正確的鑰匙打開箱子。對枚舉算法的基本思想做出假設(shè)與猜想。實(shí)驗(yàn)2：破解三位數(shù)密碼，既是12和21的倍數(shù)，也是33的倍數(shù)。驗(yàn)證枚舉算法的基本思想與設(shè)計(jì)流程，得出結(jié)論，并掌握其程序?qū)崿F(xiàn)方法。教學(xué)對象分析——高一年級學(xué)生1.已有知識：學(xué)生已學(xué)完程序設(shè)計(jì)三大基本結(jié)構(gòu)，對算法和表達(dá)式有一定了解，具備一定的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)。2.能力方面：抽象思維逐漸發(fā)展，具備較強(qiáng)的邏輯推理能力，初步形成主動思考與探索能力。3.學(xué)習(xí)障礙：對算法了解較淺，程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)薄弱，直接設(shè)計(jì)算法和編寫代碼較為困難。實(shí)驗(yàn)教學(xué)器材與原理器材：裝有Python編程環(huán)境的計(jì)算機(jī)，自制流程圖圖形卡片，掛著鎖的箱子和多把大小不一鑰匙，密碼筆記本。原理：1.枚舉算法基本思想。經(jīng)過確定問題—生成所有可能解—驗(yàn)證解—輸出結(jié)果這一系列的過程去找到問題的精確解或者在某些情況下給出問題的近似解。2.計(jì)算機(jī)解決問題的一般流程。經(jīng)過發(fā)現(xiàn)問題—設(shè)計(jì)算法—編寫程序—調(diào)試運(yùn)行實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)解決問題。實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)思路及創(chuàng)新要點(diǎn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路以打開“寶箱”這一問題為主線，通過創(chuàng)設(shè)情境，實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入——實(shí)驗(yàn)操作，作出猜想——實(shí)驗(yàn)類比，驗(yàn)證猜想——實(shí)驗(yàn)小結(jié)，評價提升四步走引領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)枚舉算法的基本思想與設(shè)計(jì)流程，通過自主學(xué)習(xí)，合作探究實(shí)現(xiàn)“做中學(xué)，用中學(xué)”。因此本節(jié)課采用的教法有：任務(wù)驅(qū)動法、探究法、演示法；學(xué)生在此過程中情景學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)。（二）創(chuàng)新要點(diǎn)1.通過演示在鑰匙串中找鑰匙開鎖到破解筆記本密碼，將無形的算法思想轉(zhuǎn)化為有形的實(shí)驗(yàn)操作步驟，讓學(xué)生切身體驗(yàn)枚舉算法設(shè)計(jì)流程。2.實(shí)驗(yàn)過程設(shè)計(jì)清晰，在實(shí)驗(yàn)2算法設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，由小組合作組裝流程圖卡片補(bǔ)充完整流程圖，從而完成建模，操作簡單，容易實(shí)現(xiàn)。3.為解決學(xué)生個體的差異性，在代碼編寫環(huán)節(jié)，能力較強(qiáng)的學(xué)生自己思考補(bǔ)充，較差的同學(xué)結(jié)合教師提供的關(guān)鍵代碼選項(xiàng)進(jìn)行選擇填空補(bǔ)充。實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)（一）教學(xué)目標(biāo)1.通過具體案例，分析枚舉范圍與條件，并建立模型，理解算法思想，掌握枚舉算法的基本思想與設(shè)計(jì)流程，有助于學(xué)生內(nèi)化遷移，解決更多相關(guān)問題。2.通過自主探究和小組合作，設(shè)計(jì)算法并利用計(jì)算機(jī)解決實(shí)際問題，體驗(yàn)算法、程序在生活中的應(yīng)用，感受運(yùn)用計(jì)算機(jī)解決問題的魅力，樹立數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新意識。3.掌握枚舉算法的程序?qū)崿F(xiàn)方法，提高分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維能力，同時在此過程中樹立信息安全意識與責(zé)任，進(jìn)一步提升信息素養(yǎng)。（二）教學(xué)重難點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)：理解枚舉算法的基本思想，掌握枚舉算法設(shè)計(jì)方法與程序?qū)崿F(xiàn)方法。2.教學(xué)難點(diǎn)：掌握枚舉算法程序?qū)崿F(xiàn)方法，提高解決問題的能力。實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程為落實(shí)教學(xué)目標(biāo)，共設(shè)計(jì)了六個環(huán)節(jié)。環(huán)節(jié)一：創(chuàng)設(shè)情境，實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入。通過打開小明爺爺?shù)膶毾鋵?dǎo)入實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生興趣。環(huán)節(jié)二：實(shí)驗(yàn)操作，作出猜想。首先學(xué)生親身體驗(yàn)在鑰匙串（上面的鑰匙大小不一）中尋找鑰匙開鎖，讓學(xué)生體驗(yàn)枚舉過程。體驗(yàn)結(jié)束后教師提出兩個問題：1.你嘗試了所有鑰匙嗎？2.你是如何確定就是這把鑰匙的呢？學(xué)生帶著這兩個問題進(jìn)行小組討論，結(jié)合問題答案分享他們成功開鎖的過程。接著教師展示找鑰匙開鎖的算法模型，并請學(xué)生進(jìn)行講解。隨后學(xué)生結(jié)合模型，討論對于枚舉算法，要分析的問題有哪些。即對枚舉算法基本思想、設(shè)計(jì)流程及程序?qū)崿F(xiàn)方法作出猜想。環(huán)節(jié)三：實(shí)驗(yàn)類比，驗(yàn)證猜想。圍繞該環(huán)節(jié)，安排了三個任務(wù)，任務(wù)1：補(bǔ)充流程圖，設(shè)計(jì)算法。任務(wù)2：完善程序代碼，得出結(jié)果。任務(wù)3：驗(yàn)證結(jié)果，得出結(jié)論。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)前，教師提供半成品流程圖與程序代碼，為學(xué)生提供學(xué)習(xí)支架，降低一定難度，提高課堂效率。學(xué)生小組討論，自主分析補(bǔ)充流程圖，完成算法設(shè)計(jì)，再結(jié)合流程圖完善程序代碼，進(jìn)一步掌握枚舉算法實(shí)現(xiàn)的方法。小組組內(nèi)分享并驗(yàn)證自己的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證猜想，并討論得出結(jié)論。環(huán)節(jié)四：報(bào)告實(shí)驗(yàn)結(jié)果及推論。小組代表根據(jù)實(shí)驗(yàn)過程總結(jié)枚舉算法的基本思想與設(shè)計(jì)流程，分享程序?qū)崿F(xiàn)的方法，其余學(xué)生可進(jìn)行評價補(bǔ)充。最后教師進(jìn)行概括性總結(jié)與補(bǔ)充。環(huán)節(jié)五：分享心得，實(shí)驗(yàn)總結(jié)。學(xué)生暢談本節(jié)課的收獲——即枚舉算法的基本思想與設(shè)計(jì)流程，交流在實(shí)驗(yàn)中遇到的問題與解決辦法，并且總結(jié)使用枚舉算法必須滿足的條件，與枚舉算法的優(yōu)缺點(diǎn)。最后教師對本節(jié)課進(jìn)行概括總結(jié)，并進(jìn)行提升：正確利用信息技術(shù)，做有意義的事情；設(shè)置安全性更高的密碼。環(huán)節(jié)六：學(xué)以致用。在掌握枚舉算法設(shè)計(jì)思想與流程后，布置三選二的課后練習(xí)：韓信點(diǎn)兵問題｜雞兔同籠問題｜百錢買百雞問題。實(shí)驗(yàn)效果評價與反思實(shí)驗(yàn)效果評價1.以破解密碼實(shí)驗(yàn)活動理解枚舉算法的基本思想與設(shè)計(jì)流程，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)與探究的興趣。2.實(shí)驗(yàn)過程中小組合作，互幫互助得到良好開展。3.通過生活案例，自主學(xué)習(xí)與合作探究相結(jié)合，感受程序與算法在生活中的應(yīng)用，提高解決問題的能力，激發(fā)數(shù)字化