资源简介

《用穷举法设计程序》教学设计
专业 计算机应用 年级 高二 学生数 42
课时 1课时40分钟 授课类型 新授课 授课时间 2020.8.29
教材分析 本次上课内容源自高等教育出版社出版的中等职业教育规划教材，《可视化编程应用基础—Visual Basic》项目2，该项目着重介绍了循环结构和分支结构，其中练习与思考部分要求学生会用穷举法设计程序解决问题。 我对教材的内容进行了适当调整，将素数判定更换为求解水果题，同时，用火神山医院的规划设计作为故事背景，对百马百担问题进行了情景重设，以更富有趣味性的教学案例激发学生的学习兴趣。 穷举法是程序设计中应用最广泛的重要算法之一，学好本节课的内容对提升学生计算机编程能力，深入理解计算机程序原理有着重要的作用。
学情分析 本次授课对象是中职计算机应用专业二年级的学生，他们思维活跃，勤于动手实践，对编程兴趣浓厚，但他们缺乏刻苦钻研的精神，遇到困难比较容易放弃。 通过对课前学生的预习情况进行数据分析，我了解到70%的学生已经掌握了穷举法的相关理论知识。然而，只有30%的学生能够进行编程解决问题，极少数学生能够同时考虑穷举算法的优化。
教学目标 知识与技能 会用循环嵌套构建穷举算法解决问题。 通过减少穷举次数，实现算法优化。
过程与方法 ①通过线下“二问二测二评”，循序渐进，由简入繁，掌握穷举法的代码实现。 ②借助“程序耗时排行榜”，激励学生不断钻研算法优化方案，知难而上。
情感态度与价值观 通过正面引导、积极肯定，培养学生会钻研、会思考、会自主学习的能力与核心素养。
教学重点 用循环嵌套构建穷举算法解决问题。
教学难点 通过减少穷举次数优化算法，提升程序运行效率。
教学方法 教法 混合式教学 任务驱动
学法 自主学习 合作学习
教学资源 网络学习空间：蓝墨云教学平台。 数字资源：导学微课，知识检测，教学辅助程序（计算穷举次数，显示穷举所消耗的时间）。
教学过程设计
基于网络学习空间的“三段六步”精准课堂教学模式
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
课前精准导学 第一步发布任务 通过蓝墨云平台发布《用穷举法设计程序》学习任务。 登录蓝墨云学习平台明确学习任务。 明确学习任务，为课堂教学明确主题与目标。
第二步云端自学 组织开展《用穷举法设计程序》云端教学，利用导学微课、知识检测等各种数字媒体资源，引导学生自主学习本节课的内容。 ①填写问卷 ②学习课前章节内容，并观看微课视频 ③完成课前小题测验，并编程解决“水果题”，上交程序。 培养学生自主学习能力。
第三步学情分析 授课前一天，教师在后台收集班内每位学生看视频的时间和练习的结果，了解到70%的学生已经掌握了穷举法的相关理论知识。然而，只有30%的学生能够进行编程解决问题，极少数学生能够同时考虑穷举算法的优化。 用云端学生自学情况聚焦问题，进而调整后续课堂教学目标和重难点。
课中精准施教 第四步探究学习 自学点评
①讲评学生课前作业完成情况 ②通过提问的方式引导学生回顾课前学习内容，一起归纳穷举法的相关知识点。 思考并回答问题，与老师一起归纳和整理课前所学习的知识。 巩固课前知识
第一问：如何将理论付诸于实践，用代码实现穷举算法解决问题呢？ 水果题 香蕉、苹果、西瓜分别代表什么数字？请用穷举法设计程序，找出所有答案的组合。
第一评：教师请成功解出水果题的几位学生上台展示程序，与大家一起分享解题思路，并给予学生充分的肯定和鼓励。 学生上台为大家展示自己的程序，分享自己的心得。 积极肯定学生的自学成果，激励学生学会自主学习，学会展示自我。
提炼知识： 通过对学生代码的归纳，引出用循环嵌套的方式构建穷举算法，并提炼出其中的三个关键点： 1、穷举变量 2、变量的变化范围 3、答案的验证条件 通过对代码的分析和提炼，学习如何用循环嵌套的方式构建穷举算法，并时刻关注其中的三个关键点。 掌握用穷举法设计程序的基本思路和方法，为接下来的实践做好充分的准备。
第一测： ①提供操作素材。 ②提示操作时间为8分钟。 学生自主探究，上机实践，再一次尝试动手编程，求解水果题，并上交程序。 通过第一个案例，学生初步掌握用循环嵌套的方式实现穷举算法。
第二问：火神山医院规划设计 疫情期间，中国火神山医院拔地而起，从方案设计到建成交付仅用10天，被誉为中国速度。 假如你现在是一名建筑设计师，打算在住院部用1200 m2的建筑面积设立50个病房，其中大病房占地40m2，中病房占地30m2，小病房占地20m2，而且三类病房都要有，请问共有多少种不同的组合方案？
分析问题，设计算法： 引导学生关注本案例中的三个关键： 有几个穷举变量？ 每个变量的变化范围如何？答案的验证条件该如何写？ 学生根据事先分好的小组进行组内讨论，通过填写学案，列出方程组，分析和研究问题，设计算法。 分析问题，设计算法，明确三个关键，为实践操作做好准备。
第二测： ①为学生提供操作素材。 ②提示操作时间11分钟。 在这个问题中，穷举变量的变化范围明显比上一个案例更大，我将微妙级计时器和数据通信功能编入学生的操作素材当中，一旦学生正确求出所有的组合，就会将学生程序的耗时以数据通信的方式发送到教师服务端，呈现在屏幕上，实时更新。 学生自主探究，上机实践，编程求解，并随时关注程序效率排行榜，钻研如何通过减少穷举次数来优化算法，提高程序运行效率。 ①这种形式极大地刺激了学生对程序优化的动力，遇到困难不再轻言放弃，而是积极钻研和思考，知难而上。 ②通过数据采集和处理，实时关注课堂，实现精准教学。
第二评： ①依据收集到的排行榜数据，教师在学生操作的过程中，对未完成程序的学生进行点拨。 ②在学生操作结束以后，请排行榜前几名的学生展示他的优化方案，充分肯定学生的钻研成果。 展示自己的程序，讲解自己的代码和解题思路，并说说自己在算法优化上做了哪些努力，说明优化的具体方案。 充分肯定学生的钻研成果，集思广益，学生通过互相学习，掌握优化穷举算法的可行办法。
归纳： 教师引导学生对各种优化方案进行归纳总结，穷举算法的剪枝策略大致有两个方向： ①根据题意缩减穷举变量的变化范围。 ②通过方程移项减少一个穷举变量。 学生根据学习到的知识，对自己的程序进行完善，并提交作品。 学会如何通过减少穷举次数优化穷举算法，提升程序的运行效率。
小结：借助板书引导学生一起回顾本节课的主要内容。
板书
第五步数据诊断 通过网络学习空间云端数据记录和分析，结合线下课堂记录，为每一位学生制定了学习报告，帮助学生找到自身问题，对症下药。
课后精准把脉 第六步云端辅导 巩固基础： 教师将课上两个案例的讲解演示制作成微课发布到平台，要求学生回顾课堂内容，同时进行一对一云端辅导。 根据数据诊断，借助空间，针对不同学生的学习需求为他们提供不同的学习资源，进一步实现个性化学习和发展性学习。
应用实践： 完成教师指定的课后拓展练习“九宫格巧妙填数”。
融会贯通： 自己设计一个穷举案例，并进行讲解和操作演示，将其录制成视频上传学习平台。
教学反思： ①本节课以穷举算法为主题，利用蓝墨云班课构建师生知识交流的平台，帮助学生提前预习课堂知识。 ②基于混合式教学，通过课前精准导学，课中精准施教，课后精准把脉三段六步教学模式，培养了学生会钻研、会思考、会自主学习的能力与核心素养，同时以火神山案例激发学生的民族自豪感，达成了情感目标。 ③在线下二问二测二评环节中，借助自主编写的教学辅助程序，不仅极大地激发了学生的学习兴趣和求知欲，同时也在活动过程中，锻炼了学生计算思维和逻辑能力，为学生渗透了程序优化的思想，突破了难点。
《用穷举法设计程序》学案
穷举法思想
按照一定的顺序或者规律
将问题可能涉及的情况一一列举出来
根据问题的条件逐个进行判断，找出符合条件的解
穷举算法的三个关键
穷举变量的个数
穷举变量的变化范围
答案的验证条件
穷举算法代码基本模式
For 穷举变量1 = ？to ？
For 穷举变量2 = ？ to ？
。。。
If 条件 Then 输出结果
。。。
Next穷举变量2
Next 穷举变量1
“小小设计师”问题分析、算法设计
设大病房数为x，中病房为y，小病房为z，根据题意列出方程
_______________________________
_______________________________
三个未知数，只有两条方程，能够求解答案吗？
若使用穷举算法设计程序
此题共有几个穷举变量？
每个变量的变化范围如何？
答案的验证条件如何编写？
请尝试编写程序。
思考
优化穷举算法，减少穷举次数，应该从哪些方面入手呢？

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