资源简介

(共47张PPT)
第1课
初识算法
（黔科版）五年级上
01
教学目标
02
问题情境
03
实践与探究
04
拓展延伸
05
课堂练习
06
课堂小结
07
板书设计
01
教学目标
1、信息意识：能够认识到算法在解决问题中的重要性，了解算法是解决问题的方法和步骤。
2、计算思维：能够通过学习算法的特征，培养抽象思维、逻辑思维和系统思维，提高问题解决能力。
3、数字化学习与创新：能够利用自然语言和流程图描述算法，运用信息技术工具进行算法设计和实现，培养创新思维能力。
4、信息社会责任：能够认识到生活离不开算法，理解不同算法的效率可能不同，培养正确使用算法的意识和责任感。
要先找到完成这件事的方法和步骤。
01
教学目标
我该怎样又快又好地完成一件事
在日常生活、学习中，我们遇到的各种问题都可以依靠算法来解决。随着现代信息技术飞速发展，算法更是渗透到各类科技产品中。例如，路径规划算法被应用于车辆自动驾驶，深度学习算法能让计算机画画、作曲等。学习算法既可以帮助我们在日常生活中更高效地分析和解决问题，也可以更从容地迎接新科技的挑战。
在本单元，我们将借助学习与生活中的实例来认识算法，感受算法的神奇。
01
教学目标
分析生活中的实例，认识算法。
发现身边无处不在的算法。
认识算法的基本控制结构。
了解算法的描述方法。
学
习
目
标
引入视频
02
问题情景
02
问题情景
小明喜欢挑战趣味数学题。一天，他遇到了一道定量取水问题：有两个没有刻度的杯子A和B，容积分别为500毫升和300毫升。假设有足够多的水可用，如何用这两个杯子量取400毫升水？在爸爸的启发下，小明很快想出了量取 400毫升水的办法。爸爸夸他真聪明，一下子就找到了解决这个问题的算法。
让我们一起探索并发现生活中更多的算法吧。
02
问题情景
你可以列数学算式找解决方案。另外，别忘了有足够多的水可以用。
哇！我找到办法了！
500-300=200
300-200=100
500-100=400
500毫升
300毫升
02
问题情景
1.发现身边的算法；
2.进一步了解算法。
什么是算法？
你身边有哪些常见算法？
你将学到
活动向导
03
活动过程—发现身边的算法
在日常的学习、生活中，人们习惯对遇到的问题或任务设计相应的各种问题求解方案，以提高效率。例如，有正确洗手的步骤，示意图如图1-1-1所示有关于烹饪的方法(菜谱)，有制作蛋糕的方法(图1-1-2)。
03
活动过程—发现身边的算法
七步洗手法
4个鸡蛋、60 克糖、40克面粉、50克黄油和60 克牛奶。
把蛋清和蛋黄分开，分开了吗
用打蛋器打5分钟蛋清，把它打成泡沫。
用打蛋器 打 10分钟蛋清蛋黄混合液，打成混合泡沫。
图 1-1-1 七步洗手法
03
活动过程—发现身边的算法
把蛋黄和其他原料放到一起，搅拌成蛋黄糊。
把蛋黄糊和蛋清泡沫放到一起，搅拌成蛋糕坯。
把蛋糕坯放到蛋糕模具中，在烤箱中用150摄氏度烤 40分钟。
把其他原料放到混合泡沫里，搅拌成蛋糕坯。
把蛋糕坯放到蛋糕模具中，在烤箱中用160摄氏度烤 30分钟。
戚风蛋糕
海绵蛋糕
图 1-1-2 蛋糕制作方法
03
上述这些问题的求解方案都有明确的步骤。这种通过明确的、可执行的操作步骤描述的问题求解方案，通常称为算法。
活动过程—发现身边的算法
在“制作蛋糕”的步骤中，如果把最后一步写成“把蛋糕坯放到烤箱中烘烤”，那么它是不明确的，因为没有说明烘烤的温度和时间；如果写成“把蛋糕坯放到蛋糕模具中在烤箱中用1500摄氏度烤40分钟”，那么它是难以执行的，因为正常情况下，烤箱无法达到1500摄氏度。
小贴士
03
活动过程—发现身边的算法
你身边还有什么算法？尝试举1-2个算法。
想一想
1.排序算法：在购物时，商家会根据商品价格、销量等因素进行排序，以便消费者更容易找到自己想要的商品。
2.搜索算法：当使用搜索引擎时，其背后会运用各种搜索算法来返回与关键词相关的结果，并按照相关性进行排名展示。
3.推荐算法：在社交媒体平台上，系统会根据用户的兴趣爱好和行为习惯推荐适合他们的内容或好友。
做一做
1、两人一组，各选择一个在生活中常遇到并解决过的问题，记录解决该问题所使用的算法步骤。交换彼此列出的算法步骤，检查对方的步骤是否明确、是否可执行，并尝试改进。
我遇到的问题：
我使用的算法：
03
活动过程—发现身边的算法
算法一：烧水；水烧开后，洗刷茶具；沏茶。
算法二：烧水；烧水过程中，洗刷茶具；水烧开后沏茶。
如何更快地沏一壶茶？
做一做
03
活动过程—发现身边的算法
步骤1
烧水。
算法1
算法2
步骤2
水烧开后，洗刷茶具。
步骤3
洗茶具。
步骤1
烧水。
步骤2
水烧过程中，洗刷茶具。
步骤3
水烧开后沏茶。
做一做
2、农夫带着一匹狼、一只羊和一些菜去赶集，途中经过一条河如图 1-1-3 所示。每次农夫只能运一种货物（狼、羊或菜）。如果没有农夫看着，羊会吃菜，狼也会吃羊。农夫如何在不损失货物的情况下顺利过河？
03
活动过程—发现身边的算法
图 1-1-3 农夫过河
做一做
为解决过河问题，小明和小王分别设计了两个过河算法。
小明设计的过河算法
步骤1：农夫和羊过河；
步骤 2：农夫回来；
步骤3：农夫和狼过河；
步骤 4：农夫回来；
步骤 5：农夫和菜过河。
03
活动过程—发现身边的算法
小王设计的过河算法
步骤1：农夫和羊过河；
步骤 2：农夫回来；
步骤 3：农夫和狼过河
步骤 4：农夫和羊回来：
步骤5：农夫和菜过河；
步骤 6：农夫回来；
步骤 7：农夫和羊过河。
请和同伴一起演示、分析算法，选出正确的算法。
当农夫回来时，另一边的狼会把羊吃掉，所以这一个算法不能实现。
算法正确
03
活动过程—发现身边的算法
你知道吗？
生活中有许多能够自动执行特定任务的机器，如自助售货机、自动提款机、扫地机器人等。正是人们事先精心设计的算法，使得这些机器能够自动、高效地完成相应的任务。在2022年的世界机器人大会上，一款能自动制作煎饼的机器人引人注目，如图1-1-4所示。它能够自动制作面浆，上浆制饼，摊鸡蛋翻面，添加葱花、香菜、生菜、脆饼等辅料，实现了标准化制作煎饼的完整过程。
图 1-1-4 新闻报道中的煎饼机器人
03
活动过程—发现身边的算法
知识拓展
03
活动过程—发现身边的算法
知识拓展
算法的价值：
自动化和效率：算法可以自动化复杂的任务，提高效率并减少人工错误。例如，搜索引擎使用算法对大量数据进行索引和搜索，使我们能够快速找到所需的信息。
优化决策：算法可以根据给定的约束和目标优化决策。例如，路线规划算法可以找到从一个地点到另一个地点的最优路线，节省时间和资源。
03
活动过程—发现身边的算法
知识拓展
算法的价值：
数据分析和见解：算法可以分析大数据集，从中提取有价值的见解和模式。例如，机器学习算法可以识别客户行为模式，帮助企业改善营销和产品开发。
科学发现：算法在科学研究中至关重要，用于模拟复杂系统、分析实验数据和提出新假设。例如，生物信息学算法可以帮助研究人员识别基因和蛋白质序列中的模式。
03
活动过程—进一步了解算法
小明解决定量取水问题的操作步骤也是算法。为了便于和同学交流，他通过两种方法描述该算法。
无论采用哪种方式，算法的描述都应该准确，没有歧义，以便于人们理解、交流甚至改进。
小贴士
03
活动过程—进一步了解算法
定量取水算法
步骤 1：将杯子A装满；
步骤2：将杯子A中的水倒满杯子B；
步骤 3：倒空杯子 B；
步骤 4：将杯子A中剩下的水倒入杯子 B；
步骤5：将杯子A装满；
步骤6：将杯子A中的水倒满杯子B，此时杯子A剩下 400 毫升水。
（单位：毫升）
定量取水算法
我喜欢用文字描述的方式，很容易理解！
我喜欢用图描述的方式，很直观！
03
活动过程—进一步了解算法
如果用计算机来解决问题，算法的描述要便于人与计算机之间的交流。
小贴士
做一做
阅读小明描述的算法，尝试能否成功量取400毫升水。小组交流大家更喜欢哪一种描述方式。
下面是小王设计的另一个定量取水算法。解决同一个问题可以有多个不同的算法，我们需要努力找到执行效率高的算法。比较两个算法的执行效率，最简单的办法是比较它们执行的步骤数。一般执行步骤少的算法更高效。
03
活动过程—进一步了解算法
做一做
03
活动过程—进一步了解算法
小王设计的定量取水算法
步骤1：将水倒满杯子 B；
步骤 2：将杯子B中的水全部倒入杯子A；
步骤 3：将水倒满杯子 B；
步骤4：将杯子B中的水倒满杯子A，此时杯子B中剩有100毫升水；
步骤 5：倒空杯子 A；
步骤6：将杯子B中的水全部倒入杯子A；
步骤 7：将水倒满杯子 B；
步骤8：将杯子B中的水全部倒入杯子A，此时杯子A中有400毫升水。
03
活动过程—进一步了解算法
你认为小明和小王的算法哪个更好？为什么？
如果两个杯子的容积分别为800毫升和500毫升，要取600毫升水，小明和小王设计的算法能解决这个问题吗？如果两个杯子的容积分别为700毫升和500毫升，要取 200毫升水，他们的算法还能适用吗？
想一想
我认为小明的算法更好，因为他的步骤更简单，计算效率高一点。如果改变杯子容积和所求水量，小明和小王的算法不能适用。
03
活动过程—进一步了解算法
有没有一个算法可以解决任意两个杯子定量取水的问题呢
好问题！前面我们想出的算法是解决一个问题，而算法工程师们追求的是用一个算法解决一类问题。
怎样量出！毫升水？
m 毫升水
n毫升水
日常生活中具有算法意义的完成某件任务的步骤描述，和本书要讨论的面向问题求解的计算机算法，有一个重要的区别，那就是是否具有“一般性”。
小贴士
根据下列算法绘图，尝试多用几组数据（如a为2或5等），验证该算法能否画出任意边长的等边三角形。
做一做
画等边三角形算法
步骤1：从起点处落笔；
步骤 2：画长度为a厘米的直线；
步骤3：画笔方向逆时针旋转60度；
步骤4：画长度为a厘米的直线；
步骤5：画笔方向逆时针旋转60度；
步骤6：画一条连接起点的直线。
03
活动过程—进一步了解算法
03
活动过程—进一步了解算法
用一个算法解决定量取水这一类问题有一定难度，有兴趣的同学可以上网查找资料开展学习。
数字化学习
使用广度优先搜索算法：将一个状态放入队列中，该状态表示每个水壶中水的当前量。直到队列为空或找到目标状态，从队列中取出一个状态。如果水壶不为空，则将水倒入另一个水壶中，直到其中一个水壶装满或另一个水壶为空。如果水壶为空，则从水龙头中加满水。将新状态添加到队列中，如果它们尚未在队列中。如果队列中存在目标状态，则返回一组操作，将水壶从初始状态转换为目标状态。否则，返回“无法解决”。
你知道吗？
03
活动过程—进一步了解算法
《耕织图》为宋代画家楼璃(shú)所作，是中华民族珍贵的艺术瑰宝。图 1-1-5所示为清代画家陈枚所作的部分《耕织图》摹本。它总共由23幅耕图、23幅织图组成。这些图生动形象地描绘了劳动者耕作与纺织的场景和详细的生产过程，就像把耕作与纺织的完整过程分解成一个个步骤，形成耕织“算法”，教当时的人们如何耕作、织布。
浸种
耕
耖（chào）
耙耨（nòu）
图 1-1-5 《耕织图》(部分)
03
解决问题的具体方法：
1.分而治之：将问题分解成较小的子问题，分别解决这些子问题，然后将解决方案组合起来。
2.贪心算法：在每一步中做出看似最佳的局部决策，即使这些决策可能导致次优的全局解决方案。
3.动态规划：将问题分解成重叠的子问题，并存储先前子问题的解决方案以避免重复计算。
知识拓展
活动过程—进一步了解算法
03
解决问题具体方法：
知识拓展
活动过程—进一步了解算法
4.回溯：系统地枚举所有可能的解决方案，并剪枝不符合约束条件的解决方案。
5.分支限界：一种回溯算法，在每个分支中跟踪最佳已知解决方案，并剪枝任何较差的解决方案。
04
1.小明全家打算驾车从六盘水出发到铜仁游玩。他们选择了一些可以停车休息的途经地，如图1-1-6所示。图中数字表示两地之间驾车所需的预估时间(单位：小时)，请规划一条最省时的路线。
你选择的路线是：
六盘水 — — 铜仁。
总计花费时间： 小时。
挑战时刻
图1-1-6 自驾游路线备选方案
安顺 — 贵阳
7
04
2.移棋子游戏：桌上有10个可以放棋子的位置，6枚棋子黑白相间地靠右排成一排，左边留出4个空位，现在要把这6枚子移成如图 1-1-7 所示的排列方式。要求一次并列移两子，把它们移到空位上，且不能更改棋子的顺序。
挑战时刻
图 1-1-7 棋子移动前和移动后
棋子移动前
棋子移动后
04
(1)完成移棋子游戏的算法，参考步骤1，画出余下的步骤。
(2)小组交流算法，比一比谁的算法正确，谁移动的步骤少。
(3)参考图1-1-8，试着用文字描述移棋子算法，小组交流。
挑战时刻
04
挑战时刻
图1-1-8 移棋子算法描述参考
移棋子游戏算法
步骤1：移动6、7位置的棋子到3、4位置；
步骤2：移动8、9位置的棋子到1、2位置；
步骤3：移动2、3位置的棋子到8、9位置；
步骤4：移动9、10位置的棋子到2、3位置；
步骤5：移动4、5位置的棋子到6、7位置；
步骤6：移动7、8位置的棋子到4、5位置。
05
拓展延伸
1、算法在解决问题中的作用。
05
拓展延伸
2、算法的描述方式有哪些？
自然语言：使用人类可理解的语言来描述算法步骤和逻辑。这是最常见的描述方式，但可能存在歧义或不够精确。
伪代码：一种类似编程语言的抽象描述方式，结合了自然语言和编程元素，用于清晰地表达算法思想和步骤，但不关注具体语法规则。
流程图：使用图形符号表示算法中的操作和流程，并通过连接线表示它们之间的关系。流程图能够直观地展示算法的执行过程。
05
拓展延伸
2、算法的描述方式有哪些？
结构化程序设计工具：如N-S图、PAD（Problem Analysis Diagram）等，提供了更严格、形式化的方法来描述算法。
程序代码：使用特定编程语言编写出完整可执行的程序代码来实现算法。这种方式最为精确和详细，同时也是最具体和直接的描述方式。
05
拓展延伸
3、算法的特点。
明确性：每个步骤都必须清晰、无歧义地定义。
有限性：算法必须在有限时间内停止并产生结果。
有效性：算法应该能够在合理的时间范围内解决问题。
输入输出：算法接受输入，并根据规定产生相应的输出。
可行性：算法中使用的操作和控制结构必须在实际计算环境中可行。
通用性：同一个问题可以有多种不同的算法来解决，因此一个好的算法应该适用于各种情况下。
06
课堂练习
设计出以下问题的算法：
街边的大爷卖煎饼，只有一个锅，正好能容纳两张煎饼，已知煎一个饼的一面需要5分钟，一张完全煎熟的饼需要煎两面，怎样才能在最短的时间内煎完3张饼？
最短时间煎饼的算法
步骤1：煎饼1和煎饼2同时放锅里煎；
步骤2：煎饼2先拿出来，把煎饼1反翻面再把煎饼3放一起煎；
步骤3：把煎好的煎饼1拿出来，把煎饼2和煎饼3的反面放在一起煎。
07
课堂小结
通过初识算法课程，我们学习了发现身边的算法、进一步了解算法的知识，学习什么是算法，通过用算法去解决身边的问题。学习了算法的基本概念，知道算法是解决问题的方法和步骤，如何运用算法解决定量取水的问题，学会设计算法并通过实践验证算法的最优解。
08
板书设计
初识算法
一、发现身边的算法
二、进一步了解算法
三、尝试用算法解决问题
四、挑战时刻
课后作业
1、尝试用算法计算出从家到学校用时最短的方案。
https：//www.21cnjy.com/recruitment/home/fine

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