数学苏教版必修3教案:1.1算法的含义 WORD版含解析.doc
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1、高考资源网() 您身边的高考专家第1章算法初步本章概述一、课标要求从数学发展的历史来看,算法并不是一个全新的概念,比如,在西方数学中很早就有了欧几里得算法,而中国古代数学中蕴含着更为丰富的算法内容和思想,割圆术、秦九韶算法等等都是很经典的算法.算法是高中数学课程中的新内容,算法的思想是非常重要的.当今人们把科学计算、实验和理论并列为三大科学研究方法,即人类认识世界的三大手段.算法是科学计算的重要基础,是计算机理论和技术的核心,计算机能有如此广泛而神奇的应用,除了芯片之外,主要是靠软件,而软件的核心是算法.计算机科学中的知识创新,主要就是算法的创新.算法思想已逐渐成为每个现代人应具有的数学素养.
2、算法的一个特点是,人们可以利用较少的数学知识,不一定要去发现公式(或许根本就没有公式),也可以设计出正确的方法去解决问题.掌握算法的思想,能使学生开阔眼界,活跃思想,从中学数学教学的传统的讲授解题思路中解放出来,增加解决问题的途径,增强创新能力,可以改变中学生对数学固有的传统的认识,深化他们对数学意义的理解,增强应用数学的意识.算法在高中阶段有很高的教育价值,算法内容的教育价值主要体现在以下几个方面:1.有利于培养学生的思维能力算法一方面具有具体化、程序化、机械化的特点,同时又有抽象性、概括性和精确性.对于一个具体算法而言,从算法分析到算法语言的实现,任何一个疏漏或错误都将导致算法的失败,算法
3、是思维的条理化、逻辑化,算法所体现出来的逻辑化特点被有些学者看成是逻辑学继形式逻辑和数理逻辑之后发展的第三个阶段.因此,培养逻辑思维能力,不仅可以通过几何论证、代数运算等手段来进行,还可以通过算法设计的学习来达到.2.有利于培养学生理性思维和实践能力算法既重视“算则”,更重视“算理”,对于算法而言,一步一步的程序化步骤,即“算则”固然重要,但这些步骤的依据,即“算理”有着更基本的作用.“算理”是“算则”的基础,“算则”是“算理”的表现.算法思想可以贯穿于整个中学数学内容之中,有很丰富的层次递进的素材,而在算法的具体实现上又可以和信息技术相联系,因而,算法有利于培养学生理性思维和实践能力,是实施
4、探究性学习的良好素材. 3.有利于学生理解构造性数学算法是一般意义上解决问题策略的具体化,即有限递归构造和有限非递归构造,这两点也恰恰构成了算法的核心.构造性地解决数学问题不仅是重要的解决数学问题的方法,在数学哲学上也有着重要的意义.构造性数学是一个重要的数学哲学学派,他们只承认构造出来的数学.这种观念有其特定的真理性,当然因为排斥了许多无限推理的数学,也具有局限性.4.算法内容反映了时代的特点,同时也是中国数学课程内容的新特色.二、本章编写意图与教学建议1.在初步感受算法思想的基础上,通过具体实例的分析,体会算法的思想,了解算法的含义;2.体验流程图在解决问题中的作用,理解流程图的三种基本逻
5、辑结构:顺序结构、选择结构和循环结构,能用这三种基本结构设计简单的算法流程图;3.会用伪代码表述四种基本算法语句:输入输出语句、赋值语句、条件语句和循环语句,会用上述基本语句描述简单问题的算法过程;4.通过对算法案例的学习,加深对算法的理解,体会算法的基本思想以及算法的重要性和有效性;5.初步形成“算法思维”,理解构造性数学的意义,发展有条理的思考与表达能力,提高逻辑思维能力,培养学生的理性精神和实践能力;6.通过阅读中国古代数学中的算法案例,体会中国古代数学对世界数学发展的贡献.与传统教学内容相比,“算法初步”为新增内容.因此,本章的编写突出了以学生熟悉的实例为背景,通过具体问题的分析、归纳
6、,再概括出算法的含义、算法的基本结构和算法的基本语句,旨在提高学生的学习兴趣,降低学习难度.本章设计注意了以下四个方面:1.螺旋上升、渐次递进:问题的算法分析和算法语言的描述是算法的核心,本章在描述算法时,依次采用这种螺旋上升、渐次递进的方式展开,层次清楚,梯度合理,符合学生的认知规律,也便于组织教学.2.整合渗透、前引后连:以学生熟悉的实例作为素材,或引入或铺垫或示例,温故知新,降低学习难度,设置一定的坡度,将学习重点放在算法语言的描述上,避免在问题解决的枝节上浪费时间和精力,在有意识地将学生所学知识加以整合的同时,也注意了为后续内容的学习做必要的渗透和准备.3.“三线”合一、横向贯通:本章
7、是贯穿数学探究、数学建模、数学文化的极好素材,第4节“算法案例”是将这三条主线合一的有效尝试.4.弹性处理、多样选择:本章内容涉及面广,难概其全.为突出主干内容,有些材料作为“拓展”(当型循环流程图),有的作为“链接”(Excel VBA),有的作为“阅读”(二进制计算机).“算法案例”中提供的Excel VBA程序作为选用内容,可酌情选用.算法的教学包括两个方面:一是在本章中,相对集中地介绍算法的基本思想、基本结构、基本语句等;二是把算法思想渗透在其他相关教学内容之中.前者侧重方法,后者偏重思想,实际教学时应两者兼济.本章由“算法的含义”、“流程图”、“基本算法语句”和“算法案例”四个部分组
8、成,其中“流程图”是本章的基础,也是本章的重点内容,学习“流程图”可以进一步加深对算法思想的理解,提高条理化、逻辑化的水平,同时也为实现算法向伪代码(“基本算法语句”)过渡作好铺垫与准备.正确理解和区分两种循环结构当型(while型)和直到型(until型)是本章的教学难点,教材为了降低难度,在“流程图”中只介绍了直到型循环,当型循环作为阅读材料让学生先有所了解,因此在后续内容“1.3.4循环语句”的教学中,要结合实例适时地对当型循环作必要的讲解.“算法案例”中的问题涉及的知识点较多,教师在教学之前可适当补充相关的知识.这部分提供的Excel VBA程序可视情况灵活选用,不必强求.中国古代数学
9、以算法为主要特征,取得了举世公认的伟大成就.现代信息技术的发展使算法焕发了前所未有的生机和活力,算法进入中学数学课程,既反映了时代的要求,也是中国古代数学思想在一个新的层次上的复兴,毫无疑问,也就成为中国数学课程的一个新的特色.我国数学家吴文俊在继承中国传统数学的算法特征的基础上,创造性地发展了机器证明,于2000年获得国家科学最高奖,这是我国传统特色与信息技术创造性结合的典范.随着现代信息技术的飞速发展,算法在科学技术、社会发展中发挥着越来越大的作用,算法的基本知识、方法、思想日益融入社会生活的许多方面,已经成为现代人必须具备的一种基本素质.本章内容反映了时代的特点,也是高中数学课程新增加的
10、内容之一.三、教学内容及课时安排建议本章教学时间约13课时:1.1算法的含义1课时1.2流程图4课时1.3基本算法语句4课时1.4算法案例3课时本章复习1课时1.1算法的含义整体设计教材分析简单地说,算法是完成某项工作的一系列步骤.现代意义上的算法通常是指可以用计算机来解决的某一类问题的程序或步骤,这些程序或步骤必须是明确的、有效的,而且能够在有限步内完成.一般而言,对一类问题的机械的、统一的求解方法称为算法.这种描述不是算法的严格的定义,但是反映了算法的基本思想,即程序化思想.算法的概念源于数学,比如数学中常用的配方法、换元法、待定系数法等都是解决某一类问题的特定方法,它们的特点是对于某一类
11、特定的问题都有效,都有固定的、机械的步骤,每一步都能得到唯一的结果,只要严格按照步骤进行,就一定可以解决问题,但是不要认为只有数学的问题或者计算的问题才有算法,例如课本上所说要发一封电子邮件,需要六个步骤,这些步骤从广义上说,也可以称为发送电子邮件的一个算法.计算机解决任何问题都要依赖于算法,并用计算机能够接受的语言准确地描述出来,计算机才能够执行并解决问题.描述算法可以用不同的方式,常用的有自然语言、流程图、程序设计语言、伪代码等.算法的概念和我们日常生活中遇到的许多概念有类似的地方,但是也有所不同.譬如菜谱,菜谱总是符合有限性的(做任何一道菜总是在有限步内完成的,所花费的总时间也总是有限的
12、).其次可行性也是菜谱所具有的(做菜的步骤必须是厨师力所能及的).输入就是做菜的原料(如西红柿、鸡蛋、糖、盐、味精、料酒等),输出就是做好了的菜(如西红柿炒鸡蛋).但是对于确定性,菜谱就不那么令人满意了,例如“加少许盐”,“盐”是已经明确了的,但是“少许”该是多少呢?在算法中,“少许”这样模糊的词是不允许的.当然我们可以把这个步骤改为“加3克盐”,这样就符合了算法的要求.在实际问题和算法理论中,找出一个好的算法是一项重要的工作,但是,对于“好”就没有严格的定义.算法就其本质来讲,就是一种解决问题的方法,只不过更具有程序化罢了.一个好的算法首先必须是正确的,不能有语法错误,必须让计算机能够识别,
13、输入数据必须合法;其次,好的算法应该是我们容易想到的,应该思路清晰,这样就可以让更多的人掌握,因此我们编写的算法要具有可读性,格式要工整规范,思路要清晰准确;此外,我们做事还必须考虑效率问题,花费时间和占用空间少的算法会更好.在教学过程中,老师可以通过实例让学生感知算法的特性,引导学生自我体验,最终让学生尝试编写一些简单问题的算法.三维目标1.通过实例、模仿与操作,使学生初步了解算法的含义和特性.2.能说明解决简单问题的算法步骤,对所给问题设计相应的算法,体会算法的思想,达到发展有条理的清晰的思维能力,提高学生的思维品质的目标.重点难点教学重点:算法的概念.教学难点:算法的理解及设计.课时安排
14、1课时教学过程导入新课设计思路一:(情境导入)播放录像(CCTV2幸运52片断)主持人李咏:规则:30秒内猜出这件商品的价格,价格不超过4 000元计时开始!(礼仪小姐给现场观众展示价格:1 678元)幸运观众:2 000.主持人:高了!观众:1 000.主持人:低了!观众:1 800.主持人:高了!观众:1 300.主持人:低了!观众:1 400.主持人:低了!观众:1 700.主持人:高了!观众:1 670.(剩余时间5秒)主持人:低了!观众:1 671.主持人:低了!观众:1 672.主持人:低了!观众:1 673.(剩余时间3秒,现场观众和学生都高呼:“快!跳过去啊!”)主持人:低了!
15、观众:1 674.(学生替他着急)主持人:低了!观众:1675.(学生:“快!”)主持人:低了!观众:1 676.主持人:时间到!(学生叹息!)他为什么游戏失败?学生:他一元一元往上加,太慢了,应该幅度大一点.如果他每次猜的价钱都是前面最近的一次“高了”的价钱和“低了”的价钱的中点,那么奖品就非他莫属了.可以发现,这位同学所提供的方法是多次重复同一种操作:第一步:报“2 000元”;第二步:若主持人说“高”了(说明价格在02 000之间),就报“1 000”,否则(价格在2 000到4 000之间)报“3 000”;第三步:重复第二步的报数方法,直到得到正确的结果.现实生活中有许多类似这样的例
16、子,我们都是在按一定的程序进行了一系列机械的操作来完成一件事.如果你的爷爷也想体验一下现代科学技术,想给多年未见的老朋友发一封电子邮件,但是他不知道怎么发送,现在你打电话教一教你的爷爷,你该如何教?第一步:上网打开电子邮箱;第二步:点击“写邮件”;第三步:输入发送地址;第四步:输入主题;第五步:输入信件内容;第六步: 点击“发送邮件”.你的爷爷只要按照你教的方法,就一定会成功地向老朋友发出问候.发送电子邮件也是按照一定的程序进行了一系列机械的操作来完成的.像上面两个例子,都蕴含了算法的思想,这节课我们就来体验一下算法.设计思路二:(问题导入)做任何一件事情都要预先计划一下,把做这件事情的步骤设
17、计好,然后按照设计好的步骤一步一步地按部就班地解决,不然遇到问题就手忙脚乱,导致事情不能很好地解决.当你从学校回到家里的时候,觉得自己口渴了想喝茶,一看热水瓶是空的,茶具还没有洗干净,现在你准备怎样安排,使得自己能够尽快喝上热茶?现在有这样两个方案:方案一:第一步 烧水;第二步 水烧开后洗刷茶具;第三步 沏茶.方案二:第一步 烧水;第二步 水烧过程中洗刷茶具;第三步 水烧开后沏茶.请问这两个方案哪个更好?很明显,方案二更好,因为这个方案比方案一节省时间,效率更高,能够更快地喝上热茶.对于日常生活中的问题是这样,对于数学问题更加要考虑方法的优劣.同学们一定遇到过很多数学问题,按照不同的方法,解题
18、速度和准确度完全不同,甚至有的方法看似可以解决问题,实际操作的时候却解不下去.我们对一类问题加以总结,得到一个可以按部就班解决问题的一系列步骤,以后按照这个步骤一步一步地操作,就能把这个问题解决.在现代科技的条件下,我们还可以把这个步骤输入计算机,这样计算机就能够自动解决了.其实这样的一系列步骤就是解决这个问题的一个算法.(引入新课,板书课题算法的含义)推进新课新知探究如果给出直线l的一般式方程2x+3y6=0,那么如何求l与y轴的交点?第一步把x=0代入直线2x+3y6=0,得y=2;第二步得直线l与y轴的交点为P(2,0).这个方法是否具有普遍性?上面的步骤能否推广到一般情形?假如上面的直
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