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信息科技 第三单元 第5节 诗词时光机
课题 诗词时光机 单元 三单元 学科 信息科技 年级 五年级
教材分析 《诗词时光机》该课时教材以学校文化节 “诗词时光机” 游戏为情境，编排了 “诗词分‘桶’小能手 — 分级‘桶’排诗词曲 — 程序验证‘桶排序’” 三个实践学习活动，引导学生理解 “桶排序” 的执行步骤，掌握根据实际情况设置 “桶” 的数量和范围的方法，感受 “化大为小” 的分治思想。教材内容紧密结合五年级学生熟悉的传统文化 IP，将抽象的排序算法与诗词分类排序场景融合，注重 “做中学”，既渗透了传统文化教育，又符合学生从具体分类到逻辑归纳的认知规律，能帮助学生感受算法在大规模数据分类（诗词排序）中的实用价值，体会分治思想在解决复杂问题中的智慧。
教学目标 信息意识：能解释桶排序的算法重复执行原理，理解其在诗词分类、数据整理等实际任务中的应用逻辑。计算思维：能分析桶排序的执行路径，掌握用自然语言、分类表格描述诗词分桶、桶内排序的方法，感受分治思想。数字化学习与创新：能结合程序工具验证桶排序算法，验证其在大规模数据分类中的应用，让分类排序更高效。信息社会责任：在桶排序的应用中，感受算法对传统文化整理的价值，践行用科学方法优化分类流程、传承文化遗产的责任。
重点 能描述桶排序的执行步骤及其作用，理解 “化大为小” 的分治思想。
难点 能根据实际情况合理设置 “桶” 的数量和范围，分析桶排序的适用场景与优劣。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 第 5 课 诗词时光机中国古诗词是中华文明的璀璨瑰宝，学校文化节的 “诗词时光机” 游戏要求在限定时间内，按创作时间对混杂的诗词曲分类排序。面对大量诗词作品，如何高效完成任务呢？今天我们就来学习 “桶排序” 算法，用它巧妙拆解这个复杂任务，开启诗词分类之旅。知目标：1. 能描述 “桶排序” 的执行步骤及其作用。2. 能根据实际情况设置 “桶” 的数量和范围。3. 感受将大的数据量 “化大为小” 的分治思想。（播放视频） 观看视频明确诗词分类排序需求与难点，牢记 3 个学习目标，聚焦核心知识点思考。 依托传统文化情境激发兴趣，衔接实际问题，让学生快速进入学习状态。
讲授新课 一、诗词分 “桶” 小能手要完成游戏任务，首先按创作朝代对诗词曲分类（见表 3-5-1）。桶排序是分治策略的典型应用，“桶” 代表数据区间范围，可放置一个或多个数据，核心是将大量数据分解为小数据量便于处理。将上述混杂的诗词曲作品按照“唐诗”“宋词”“元曲”分成了三类后，较大的数据量被分解为较小的数据量，对其进行分析处理就更方便了。这就是“桶排序”中设置“桶”的个数,“桶”代表一个数据区间范围，里面可以放置一个或多个数据(见图3-5-2)，用“桶排序”的方法将较大的数据量分解为较小的数据量，便于分析处理。勤思考如果不按照创作朝代进行分类，而是按照诗词的作者进行分类，总共需要分成20类，需要设置20个“桶”，这样的分类合理吗 为什么 答案：这样的分类不合理。因为桶排序的核心思想是 “化大为小” 的分治思想，即把大量数据分解为较小的数据量以便处理。而按作者分类时，每个 “桶” 里可能仅包含 1 个作品（本题中每位作者只有一首作品），数据量过于零散，无法体现 “化大为小” 的优势，反而因桶的数量过多增加了管理成本，降低了分类效率。二、分级 “桶” 排诗词曲划分好不同的朝代之后，由于不同朝代中所包含的诗、词、曲较多可以对不同朝代再进行细化，将“大桶”分解成“小桶”，如我们可以按照朝代的不同阶段再进行分类(见图3-5-3)。以唐代的古诗作品为例，我们可以粗略将唐代分为初唐、盛唐、中唐、晚唐这四个阶段，但需要分类排序的古诗中没有初唐的时期产生的，因此就不设置这个“桶”。查询这些唐诗的创作年份，可以发现部分唐诗的创作时间有明确的史料记载，部分唐诗虽无明确的创作年份，但能推算出创作时段(见表3-5-2)。细探究1.请将上述作品按照“盛唐”“中唐”“晚唐”三个阶段再进行分类(见图3-5-4)。2.对不同阶段的古诗词按照创作时间进行排序。盛唐（713-755 年）：《登鹳雀楼》《山居秋暝》《早发白帝城》；中唐（756-835 年）：《登高》；晚唐（836-907 年）：《泊秦淮》《锦瑟》《商山早行》；经过将朝代细化为不同的阶段，每个阶段包含若干古诗，我们得到了数据量较小的“桶”。由于每个“桶”的数据量较小，我们可以将不同“桶”中的诗词按照创作年份排序，之后再将不同“桶”按照阶段顺序排序。如此就完成了唐诗的排序。请按照以上整理唐诗的方法，继续整理宋词和元曲(见表3-5-3)，画出属于它们的时间坐标轴。细探究1.请使用搜索引擎或生成式人工智能，在教师指导下，将宋代和元代分为若干阶段，并说明分类依据，言之有理即可。我认为，宋代可分为北宋前期、北宋中期、南宋三个阶段。(注意保证每个阶段都有作品，不能为空。)元代可分为元前期、元中期、元晚期三个阶段。2.完成对应阶段的词曲分类。3.对每个阶段的词曲进行排序，完成宋词、元曲的创作时间排序。2.完成对应阶段的词曲分类。北宋前期：《雨霖铃 寒蝉凄切》柳永、《浣溪沙 一曲新词酒一杯》晏殊、《渔家傲 秋思》范仲淹、《蝶恋花 庭院深深深几许》欧阳修北宋中期：《念奴娇 赤壁怀古》苏轼、《鹊桥仙 纤云弄巧》秦观南宋：《声声慢 寻寻觅觅》李清照、《永遇乐 京口北固亭怀古》辛弃疾3.对每个阶段的词曲进行排序，完成宋词、元曲的创作时间排序。元前期：《窦娥冤 滚绣球》关汉卿、《天净沙 秋》白朴、《天净沙 秋思》马致远元中期：《山坡羊 潼关怀古》张养浩元晚期：《卖花声 怀古》张可久勤思考在唐诗宋词元曲作品整理过程中，我们总共设置了一个3个“大桶”为了进一步进行分类(见图3-5-5)，我们又设置了个3个“小桶”“小桶”分别是盛唐、中唐、晚唐。通过上述操作，可以总结“桶排序”算法的一般步骤如下:第一步，创建“桶”，确定“桶”的区间范围和数量。第二步，把所有数据逐个放人对应的“桶”中。第三步，对每个“桶”内的数据进行排序。第四步，按照“桶”的顺序把数据组合起来。这种算法把大量数据排序的大问题，化作一个个小的分类任务，体现了化大为小、分而治之的“分治思想”。三、程序验证 “桶排序”小智和小慧顺利完成了以上两个活动，通过了“诗词时光机”游戏考验。在“桶排序”过程中，我们要注意什么呢 现在让我们通过程序来验证吧!细探究打开资源包 “桶排序.mp4” 文件，按步骤体验：1. 运行程序；2. 输入数据总个数；3. 依次输入数值；4. 查看排序过程及结果。以输入数据 [4,3,8,20,64,12,…] 为例，设置 6 个桶时程序提示 “桶数太少不合理”，引导学生理解桶的数量需根据数据分布合理设置。乐交流所有的排序都适合使用“桶排序”算法吗 “桶排序”算法有哪些优势，又存在哪些不足 和小组成员交流讨论一下吧!优势：桶排序以分治为核心，将大量数据拆分为小范围 “桶”，大幅降低单桶排序压力。当数据分布均匀时，时间复杂度接近线性（O (n)），远超传统 O (n ) 算法。对连续数值或明确类别数据（如成绩、像素值）适配性强，能高效完成大规模数据排序。不足：其效率严重依赖数据分布，若数据集中在少数桶，会成为效率瓶颈。空间开销大，需预先分配桶内存，范围广时易浪费空间。且需精准设计桶的数量和区间，否则会增加操作成本，降低实际实用性。在“诗词时光机”游戏中,“桶排序”算法发挥了巨大优势。它将待排序数据分到几个有序的“桶”里，再依次输出。生活中，执行大数据预处理、图像处理、网络流量分析等任务时，若数据分布均匀且范围明确，“桶排序”算法能快速完成任务。但“桶排序”算法对数据分布十分敏感，要合理分配“桶”的数量与范围，否则会降低效率。同时，它的空间开销较大，不适用于大数据量的处理。尽管如此，在特定场景下，“桶排序”算法依然是高效且实用的排序算法。循环结构不仅能高效重复任务，节省时间和资源，还能根据实际情况灵活调整操作，让过程更智能，以适应不同需求。四、课堂练习1、桶排序的时间复杂度能接近线性（O (n)）的关键前提是（ ）A. 数据总量极少 B. 数据分布均匀C. 桶的数量越多越好 D. 不依赖任何前提2、下列哪种情况最适合使用桶排序算法？（ ）A. 数据分布极不均匀，大量数据集中在少数区间B. 数据分布均匀且范围明确，如学生成绩C. 数据范围不明确，且数值离散性极大D. 仅包含 3-5 个数据的小规模排序任务3、所有排序任务都适合使用桶排序算法。（ ）4、桶排序的核心思想是 “化大为小” 的分治思想，将大规模数据拆分为小桶处理。（ ）5、当数据分布极不均匀时，桶排序的效率可能低于冒泡排序等简单算法。（ ）6、桶排序的空间开销通常较小，不需要为每个桶预先分配存储空间。（ ）7、按 “盛唐、中唐、晚唐” 对唐诗分类排序，体现了桶排序中 “合理划分桶” 的思路。（ ）五、拓展延伸1、 桶排序与其他排序算法的协同使用2、 计数排序：桶排序的特殊形式3、 桶排序在大数据预处理中的应用4、 桶排序的稳定性 分析按作者分 20 个桶的情况，结合分治思想阐述分类合理与否的理由。依据给定阶段，将唐诗归入对应 “小桶”，再按创作时间完成排序。查询资料确定宋、元分期及依据，完成词曲分类与各阶段排序。回忆分类过程，明确 “大桶”“小桶” 的数量及设置逻辑，梳理桶排序步骤。按步骤运行程序，输入数据，观察 “桶数不合理” 提示，理解桶数设置要点。小组讨论桶排序的适用情况、优势与不足，汇总并分享观点。独立完成练习，核对答案学习拓展知识 深化对桶排序 “化大为小” 核心的理解，学会判断分类的合理性。实操分桶与桶内排序步骤，具象化 “化大为小” 的分治思想。提升资料查阅与分类能力，巩固桶排序在不同文化载体中的应用。系统掌握桶排序完整流程，加深对分治思想层层拆解问题的认知。通过编程实操验证算法，突破 “合理设置桶的数量和范围” 的难点。全面认识桶排序特性，培养辩证思维，明确算法适用边界。检测知识掌握，及时巩固重点拓宽知识面，加深算法整体认知
布置作业 选取 5 位不同朝代诗人的作品，用桶排序按创作时间分类并排序，体会分治思想。 完成作业 培养学生查阅资料的能力，分析解决问题的能力
课堂小结 《诗词时光机》课程小结：通过学习，我们终于明白 “桶排序不只是理论，用它拆解大规模分类排序才是关键”。以后不管是给诗词曲分朝代阶段、处理大数据预处理，还是面对生活中数据分类任务，都要先思考 “桶的数量范围合理吗？数据分布均匀吗？能体现分治思想吗？”。再也不觉得桶排序抽象，也不用担心面对大规模分类问题时没有章法了。 分组总结归纳 锻炼学生的总结能力，逻辑思维、语言表达能力。
板书 学习、记忆及勾画知识点 明确教学内容及重点和难点
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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