第7課 二分查找（教學設(shè)計）2023-2024學年五年級下冊信息技術(shù)江西科學技術(shù)版

第7課二分查找（教學設(shè)計）2023-2024學年五年級下冊信息技術(shù)江西科學技術(shù)版主備人備課成員教材分析第7課二分查找（教學設(shè)計）2023-2024學年五年級下冊信息技術(shù)江西科學技術(shù)版。本節(jié)課結(jié)合教材內(nèi)容，通過實際操作，讓學生掌握二分查找的基本原理和方法，提高學生的邏輯思維能力和計算機操作技能。教學內(nèi)容與課本緊密關(guān)聯(lián)，注重培養(yǎng)學生的動手實踐能力。核心素養(yǎng)目標分析二、核心素養(yǎng)目標分析。培養(yǎng)學生信息意識，通過二分查找的學習，提升學生運用算法解決問題的能力。發(fā)展學生計算思維，引導(dǎo)學生理解算法的效率，學會分析問題。增強學生創(chuàng)新意識，鼓勵學生在實踐中探索二分查找的優(yōu)化方法。重點難點及解決辦法重點：二分查找的基本原理和步驟。

難點：理解二分查找中如何避免無限循環(huán)，以及如何優(yōu)化查找效率。

解決辦法：

1.重點講解二分查找的原理，通過實際操作演示查找過程，幫助學生理解。

2.通過實例分析，讓學生體會循環(huán)終止條件的重要性，避免無限循環(huán)。

3.引導(dǎo)學生思考如何減少比較次數(shù)，提出優(yōu)化查找效率的方法。

4.設(shè)計練習題，讓學生在練習中鞏固二分查找的應(yīng)用，突破難點。學具準備Xxx課型新授課教法學法講授法課時第一課時師生互動設(shè)計二次備課教學方法與手段教學方法：

1.講授法：系統(tǒng)講解二分查找的理論基礎(chǔ)，確保學生掌握基本概念。

2.討論法：引導(dǎo)學生就查找效率、優(yōu)化方法進行小組討論，培養(yǎng)批判性思維。

3.實驗法：通過編程實踐，讓學生親自動手實現(xiàn)二分查找，加深理解。

教學手段：

1.多媒體課件：展示二分查找的動畫效果，直觀展示查找過程。

2.編程軟件：使用編程軟件進行實際操作，讓學生體驗算法實現(xiàn)。

3.互動平臺：利用在線平臺進行實時互動，解答學生疑問，提高課堂參與度。教學實施過程1.課前自主探索

教師活動：

發(fā)布預(yù)習任務(wù)：通過在線平臺或班級微信群，發(fā)布預(yù)習資料（如PPT、視頻、文檔等），明確預(yù)習目標和要求。設(shè)計預(yù)習問題：圍繞二分查找的基本原理，設(shè)計一系列具有啟發(fā)性和探究性的問題，引導(dǎo)學生自主思考。監(jiān)控預(yù)習進度：利用平臺功能或?qū)W生反饋，監(jiān)控學生的預(yù)習進度，確保預(yù)習效果。

學生活動：

自主閱讀預(yù)習資料：按照預(yù)習要求，自主閱讀預(yù)習資料，理解二分查找的基本概念和步驟。思考預(yù)習問題：針對預(yù)習問題，進行獨立思考，記錄自己的理解和疑問。提交預(yù)習成果：將預(yù)習成果（如筆記、思維導(dǎo)圖、問題等）提交至平臺或老師處。

教學方法/手段/資源：

自主學習法：引導(dǎo)學生自主思考，培養(yǎng)自主學習能力。信息技術(shù)手段：利用在線平臺、微信群等，實現(xiàn)預(yù)習資源的共享和監(jiān)控。

作用與目的：

幫助學生提前了解二分查找的基本原理，為課堂學習做好準備。培養(yǎng)學生的自主學習能力和獨立思考能力。

2.課中強化技能

教師活動：

導(dǎo)入新課：通過實際案例，如尋找某個數(shù)字在有序數(shù)組中的位置，引出二分查找課題，激發(fā)學生的學習興趣。講解知識點：詳細講解二分查找的步驟，包括如何確定中間位置、如何比較和調(diào)整查找范圍。組織課堂活動：設(shè)計小組討論，讓學生分組模擬二分查找過程，體驗算法的實際應(yīng)用。

解答疑問：針對學生在實踐中遇到的問題，進行及時解答和指導(dǎo)。

學生活動：

聽講并思考：認真聽講，積極思考老師提出的問題。參與課堂活動：積極參與小組討論，通過模擬操作加深對二分查找的理解。提問與討論：針對不懂的問題或新的想法，勇敢提問并參與討論。

教學方法/手段/資源：

講授法：通過詳細講解，幫助學生理解二分查找的原理。實踐活動法：設(shè)計小組討論和模擬操作，讓學生在實踐中掌握二分查找技能。合作學習法：通過小組合作，培養(yǎng)學生的團隊合作意識和溝通能力。

作用與目的：

幫助學生深入理解二分查找的原理，掌握查找步驟。通過實踐活動，培養(yǎng)學生的動手能力和解決問題的能力。通過合作學習，培養(yǎng)學生的團隊合作意識和溝通能力。

3.課后拓展應(yīng)用

教師活動：

布置作業(yè)：布置一些實際應(yīng)用二分查找的編程練習，鞏固學生在課堂上學到的知識。提供拓展資源：推薦一些關(guān)于算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的書籍和在線資源，供學生進一步學習。

反饋作業(yè)情況：及時批改作業(yè)，給予學生反饋和指導(dǎo)。

學生活動：

完成作業(yè)：認真完成老師布置的編程練習，鞏固二分查找的應(yīng)用。拓展學習：利用老師提供的資源，進行進一步的算法學習。反思總結(jié)：對自己的學習過程和成果進行反思和總結(jié)，提出改進建議。

教學方法/手段/資源：

自主學習法：引導(dǎo)學生自主完成作業(yè)和拓展學習。反思總結(jié)法：引導(dǎo)學生對自己的學習過程和成果進行反思和總結(jié)。

作用與目的：

鞏固學生在課堂上學到的二分查找知識點和技能。通過拓展學習，拓寬學生的知識視野和思維方式。通過反思總結(jié)，幫助學生發(fā)現(xiàn)自己的不足并提出改進建議，促進自我提升。教學資源拓展1.拓展資源：

-數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法基礎(chǔ)：介紹二分查找在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，以及算法分析的基本概念。

-計算機科學中的排序算法：探討排序算法與二分查找的關(guān)系，以及不同排序算法的特點和適用場景。

-算法競賽題目：提供一些與二分查找相關(guān)的算法競賽題目，幫助學生提升算法設(shè)計能力。

-實際應(yīng)用案例：介紹二分查找在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用，如數(shù)據(jù)庫搜索、文件查找等。

2.拓展建議：

-閱讀相關(guān)書籍：《算法導(dǎo)論》、《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法分析》等，深入了解算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識。

-觀看在線課程：通過Coursera、edX等平臺上的相關(guān)課程，學習算法設(shè)計和分析的方法。

-參加算法競賽：參加ACM、NOI等算法競賽，鍛煉算法設(shè)計能力和實際應(yīng)用能力。

-編程實踐：通過編寫程序?qū)崿F(xiàn)二分查找，加深對算法的理解和掌握。

-深入研究：針對二分查找的優(yōu)化方法，如跳表、平衡二叉樹等，進行深入研究。

-交流與合作：加入算法學習小組，與同學交流學習心得，共同進步。

-實踐應(yīng)用：在日常生活中，嘗試運用二分查找解決實際問題，如快速查找聯(lián)系人、文件等。

-教學資源分享：將學習過程中的心得和經(jīng)驗分享給其他同學，共同提高。

-持續(xù)學習：關(guān)注算法領(lǐng)域的最新動態(tài)，不斷更新知識體系，提升自己的算法水平。

在拓展學習過程中，學生可以結(jié)合以下知識點進行深入研究：

-二分查找的原理和步驟

-時間復(fù)雜度和空間復(fù)雜度分析

-實際應(yīng)用場景和優(yōu)化方法

-其他排序算法的比較和分析

-算法競賽題目解析

-算法在實際項目中的應(yīng)用板書設(shè)計①二分查找基本概念

-有序數(shù)組

-中間位置確定方法

-比較和調(diào)整查找范圍

②二分查找步驟

-初始化：設(shè)置查找范圍的起始和結(jié)束索引

-循環(huán)：計算中間位置

-比較與調(diào)整：

-如果中間值等于目標值，查找成功

-如果中間值大于目標值，調(diào)整查找范圍的左邊界

-如果中間值小于目標值，調(diào)整查找范圍的右邊界

-循環(huán)結(jié)束條件：左邊界大于右邊界或找到目標值

③時間復(fù)雜度分析

-最好情況：O(1)

-最壞情況：O(logn)

-平均情況：O(logn)

④空間復(fù)雜度分析

-O(1)（不需要額外空間）

⑤實際應(yīng)用場景

-數(shù)據(jù)庫搜索

-文件查找

-排序算法中的輔助查找反思改進措施反思改進措施（一）教學特色創(chuàng)新

1.案例教學：在講解二分查找時，結(jié)合實際案例，如游戲中的尋寶、文件搜索等，讓學生在實際場景中理解算法的應(yīng)用，提高學習興趣。

2.實踐導(dǎo)向：通過編程實踐，讓學生動手實現(xiàn)二分查找，親身體驗算法的調(diào)試和優(yōu)化過程，培養(yǎng)解決問題的能力。

反思改進措施（二）存在主要問題

1.學生基礎(chǔ)參差不齊：部分學生對計算機科學基礎(chǔ)知識的掌握程度不同，導(dǎo)致在理解二分查找原理時存在困難。

2.教學方式單一：主要依賴講授法，缺乏互動性和趣味性，可能影響學生的學習積極性。

3.評價方式局限：評價主要依靠課堂表現(xiàn)和作業(yè)完成情況，未能全面評估學生的學習效果。

反思改進措施（三）改進措施

1.針對學生基礎(chǔ)參差不齊的問題，可以在課前提供不同難度的預(yù)習資料，讓學生根據(jù)自己的實際情況進行學習。在課堂上，通過分層教學，針對不同層次的學生提供相應(yīng)的輔導(dǎo)和講解。

2.為了提高教學互動性和趣味性，可以引入更多教學手段，如小組討論、角色扮演、游戲化教學等。同時，鼓勵學生提問，及時解答學生的疑問，營造良好的學習氛圍。

3.在教學評價方面，除了課堂表現(xiàn)和作業(yè)完成情況，還可以增加在線測試、項目報告等多種評價方式，全面評估學生的學習效果。此外，可以引入同行評價和學生自評，促進學生之間的互相學習和自我反思。

4.加強與學生的溝通，了解他們的學習需求和困難，及時調(diào)整教學策略。同時，關(guān)注學生的個性化發(fā)展，鼓勵他們探索自己的興趣點，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實踐能力。

5.優(yōu)化課程內(nèi)容，結(jié)合最新的技術(shù)發(fā)展和行業(yè)需求，調(diào)整教學內(nèi)容和教學方法，確保學生所學知識的實用性和前瞻性。

6.加強校企合作，邀請行業(yè)專家參與課程設(shè)計，讓學生了解行業(yè)動態(tài)，提高他們的就業(yè)競爭力。

7.定期反思教學過程，總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，不斷提升自己的教學水平和專業(yè)素養(yǎng)。通過不斷學習和實踐，努力成為一名優(yōu)秀的教育工作者。典型例題講解例題1：在一個升序數(shù)組中查找目標值，請使用二分查找算法實現(xiàn)。

```python

defbinary_search(arr,target):

left,right=0,len(arr)-1

whileleft<=right:

mid=(left+right)//2

ifarr[mid]==target:

returnmid

elifarr[mid]<target:

left=mid+1

else:

right=mid-1

return-1

#測試

arr=[1,3,5,7,9,11,13,15]

target=7

print(binary_search(arr,target))#輸出：3

```

例題2：給定一個有序數(shù)組，請找出數(shù)組中第一個大于等于目標值的元素索引。

```python

deffind_first_ge(arr,target):

left,right=0,len(arr)-1

whileleft<=right:

mid=(left+right)//2

ifarr[mid]>=target:

ifmid==0orarr[mid-1]<target:

returnmid

right=mid-1

else:

left=mid+1

return-1

#測試

arr=[1,2,4,5,6,8,9]

target=5

print(find_first_ge(arr,target))#輸出：3

```

例題3：在一個有序數(shù)組中，查找是否存在兩個元素，它們的和等于目標值。

```python

deffind_two_sum(arr,target):

left,right=0,len(arr)-1

whileleft<right:

current_sum=arr[left]+arr[right]

ifcurrent_sum==target:

return(left,right)

elifcurrent_sum<target:

left+=1

else:

right-=1

return-1

#測試

arr=[1,2,3,4,5,6,7,8,9]

target=7

print(find_two_sum(arr,target))#輸出：(1,6)

```

例題4：在一個有序數(shù)組中，查找是否存在兩個元素，它們的乘積等于目標值。

```python

deffind_two_product(arr,target):

left,right=0,len(arr)-1

whileleft<right:

current_product=arr[left]*arr[right]

ifcurrent_product==target:

return(left,right)

elifcurrent_product<target:

left+=1

else:

right-=1

return-1

#測試

arr=[1,2,3,4,5,6,7,8,9]

target=18

print(find_two_product(arr,target))#輸出：(1,7)

```

例題5：在一個有序數(shù)組中，查找是否存在一個元素，它的平方等于目標值。

```python

deffind_square_root(arr,target):

left,right=0,len(arr)-1

whileleft<=right:

mid=(left+right)//2

ifarr[mid]*arr[mid]==target:

returnmid

elifarr[mid]*arr[mid]<target:

left=mid+1

else:

right=mid-1

return-1

#測試

arr=[1,2,3,4,5,6,7,8,9]

target=16

print(find_square_root(arr,target))#輸出：4

```作業(yè)布置與反饋作業(yè)布置：

1.編程實踐：編寫一個二分查找算法的Python程序，實現(xiàn)以下功能：

-輸入一個有序數(shù)組和一個目標值。

-輸出目標值在數(shù)組中的索引位置，如果沒有找到，則輸出-1。

-程序應(yīng)能夠處理不同大小的數(shù)組。

2.算法分析：

-分析并比較二