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第1课《图书的查找算法》教学设计
课题 图书的查找算法 单元 第五单元 学科 信息科技 年级 五年级下
核心素养目标 信息意识：通过对比顺序查找与二分查找的特点，体会数据结构对算法效率的重要性，理解数据有序性对查找效率的影响。计算思维：会计算特定数据集下两种算法的最大/最小比较次数，掌握二分查找的"分治策略"，理解线性时间复杂度。数字化学习与创新：能通过修改代码参数，验证二分查找中数据集有序性的必要性，会用调试工具观察查找过程中中间位置的变化规律。信息社会责任：分析算法效率对系统资源消耗的影响，理解“时间换空间”的优化思想，能通过高效算法快速处理海量数据。
教学重点 1、了解查找的基本种类和方法。2、理解顺序查找和二分查找算法的基本思想。
教学难点 1、二分查找算法的程序实现。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 板书课题。活动背景生活中，我们经常会遇到一些查找问题。比如，在《新华字典》中查找生字，在班级花名册中查找某位同学的姓名，在手机通讯录中查找手机号等。在图书借阅系统中，输入书名、图书编码或作者姓名，计算机就会帮我们快速查找想要的图书。那么，计算机是如何实现查找的呢？计算机的查找逻辑本质上是对人类智慧的延伸——用结构化存储和数学规律替代了手工翻找的低效过程。活动目标1、了解查找的基本种类和方法。2、理解顺序查找和二分查找算法的基本思想。3、体验二分查找算法的程序实现。观看教学视频《什么是算法？》。 学习新知引入，观看教学视频。 用提问的方式引入课题，增强课堂互动性。将学生的注意吸引到课堂。
讲授新课 新知讲解：一、查找的基本种类从被查找对象的角度来看，如果被查找对象是无序的，称为无序查找。如果被查找对象本身是有序的，称为有序查找。开动脑筋下面两种查找，哪种是有序查找，哪种是无序查找？左侧的洗牌动作代表扑克牌处于随机无序状态，属于无序查找右侧的小男孩旁边的对话框显示中英文单词的对应关系是有序查找。二、查找的基本方法查找的算法有很多种，生活中常见的有顺序查找算法和二分查找算法。◆顺序查找顺序查找算法是一种简单的查找算法，既可用于无序查找，也可用于有序查找，但查找效率比较低。其基本过程是：从第一个对象开始，逐一查找，直到找到符合条件的对象或找遍全部对象。探究实践采用顺序查找法，从左至右逐一查找和比较，记录查找数据。查找编号为“6”的书，进行了1次比较。查找编号为“5”的书，进行了5次比较。查找编号为“2”的书，进行了10次比较。从10本不同的书里找1本书，最少需要1次比较，最多需要10次比较。◆二分查找算法对于有序对象，我们可以采用二分查找算法，通过逐步缩小查找范围的过程，大大提高了查找效率。（1）用下式计算中间位置:中间位置=(首位置+尾位置)-2。如果计算结果为非整数，取整数部分。（2）将编号“16”与中间位置6的编号“14”进行比较。16>14，将查找范围缩小到位置6的右侧。（3）将编号“16”与中间位置9的编号“18”进行比较。16<18，将查找范围缩小到位置9的左侧。（4）将“16”与中间位置7的编号“16”进行比较。两者相等，查找完成。开动脑筋在以上的例子中，使用顺序查找和二分查找各需要比较多少次才能找到编号为“20”的这本书 1. 顺序查找查找过程：从位置1开始逐个比较编号，直到找到目标编号20。依次比较：3→7→9→11→13→14→16→17→18→20（第10次命中）比较次数：10次（编号20位于第10个位置）2. 二分查找前提条件：数据已按升序排列（满足二分查找要求）。查找过程：第1次比较：中间位置6（编号14），14 < 20 → 向右半部分继续查找。第2次比较：中间位置9（编号18），18 < 20 → 向右半部分继续查找。第3次比较：中间位置10（编号20），命中目标。比较次数：3次二分查找算法的基本思想是在一组有序的数据中，通过将目标数据与中间位置的数据进行比较，可将待查找的范围缩小为之前的一半，直到找到要查找的数据，或者查找范围被缩小为0(没有找到)。三、二分查找算法的程序实现用程序实现猜幸运数字游戏。在猜幸运数字游戏的程序中，为了简化程序，数的大小与数的位置相关联，如数字“1”排在第一位。探究实践1、两人一组玩猜幸运数字游戏，规则如下:甲同学在纸上写下1~100中间的任意数字作为幸运数字，让乙同学来猜这个数字。乙同学用二分查找的方法猜测幸运数字,甲同学提示乙同学猜测的数字比幸运数字大或小，直到猜中为止。2、运行猜幸运数字游戏程序，与计算机玩猜幸运数字游戏。3、修改查找范围，运行程序，记录不同查找范围下查找次数的变化。四、课堂练习。完成PPT22页到24页练习题。五、拓展延伸1、计算机的“烹饪步骤”算法是解决问题的明确指令集合，如同菜谱指导烹饪。例如：导航软件中的路径规划算法（输入起点终点，输出最优路线）、短视频推荐算法（分析用户行为，输出个性化内容）。算法的五大特性：有穷性、确定性、可行性、输入、输出。2、分治算法将大问题拆解为相似小问题，分别解决后合并结果。经典案例：归并排序（将数组拆分成单元素再合并排序）、快速排序（选基准值分左右区间）。应用场景：大规模数据排序、地图导航中的区域路径规划。3、自我复制的魔法递归是函数调用自身的过程，依赖内存栈临时保存状态。例如：计算斐波那契数列（F(n)=F(n-1)+F(n-2)）、遍历文件夹目录树。注意：递归需设置终止条件，否则会导致栈溢出（如无限循环调用）。4、贪心策略的取舍每一步选择局部最优解，期望达到全局最优。例如：零钱兑换（优先用最大面额硬币）、哈夫曼编码（构建最优前缀树）。局限性：贪心策略未必全局最优，如旅行商问题（TSP）中可能得到较差解。5、连接万物的纽带图论算法处理节点与边的关系。经典算法：广度优先搜索（BFS）找最短步数、深度优先搜索（DFS）解决迷宫问题。现实应用：社交网络好友推荐（六度空间理论）、物流网络优化（最小生成树）。6、数字世界的守护者加密算法保障信息安全。对称加密（AES：加密解密同一密钥）速度快，非对称加密（RSA：公钥加密私钥解密）更安全。应用场景：HTTPS通信、比特币交易中的SHA-256哈希算法。 了解查找的基本种类。熟悉查找的基本方法使用顺序查找和二分查找。完成课堂练习。进行课外知识拓展。 初步了解信息表示的方法，锻炼学生的学习能力和观察能力。锻炼学生的学习能力和观察能力培养学生思考能力和实际动手能力。在课堂练习中强化所学知识内容。拓宽学生知识面。
课堂小结 图书的查找算法1、进行新知引入2、学习查找的基本种类3、学习查找的基本方法4、完成课堂练习5、进行知识拓展 总结回顾 对本节课内容进行总结概括。
课后作业 1、 1、采用二分查找算法，从“1、2、3、4、5、6、7、8、9、10”中查找一个数，最少比较次数为 ，最多比较次数为 。2、二分查找算法中的二分思想在生活中也有类似的应用。假如有 20枚相同的硬币，其中有一枚因质量不合格，比其他的硬币轻一些，想一想如何用一台天平快速地找出那枚不合格的硬币。 布置作业 拓展学生的学习能力
课堂板书 观看板书 强调教学重点内容。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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