资源简介

3.1.2 计算机解决问题的过程 学案
【学习目标】
1. 了解用计算机解决问题的一般过程，能够说出计算机解决问题的四个基本步骤。
2. 通过具体案例，理解分析问题、设计算法、编写程序、调试运行四个步骤的含义与作用。
3. 能够比较人工解决问题与计算机解决问题的异同，感受计算机在数据处理方面的优势。
4. 初步建立计算思维意识，为后续学习算法与程序设计奠定基础。
【重点和难点】
重点：
计算机解决问题的四个基本步骤
人工解决问题与计算机解决问题的异同
难点：
理解算法的概念及其在计算机解决问题中的作用
能够将实际问题转化为算法步骤
【学法提示】
自主探究，小组合作等
【课时安排】
1课时
【检查复习】
1. 人工解决问题的一般过程包括哪几个步骤？
2. 在人工解决问题的过程中，当数据量变大时会面临哪些问题？
3. 什么是遍历？请简要说明。
【课堂探究】
科学探究一：从人工求解到计算机求解
情境导入：
在现实生活中，我们经常需要对数据进行统计、分析。当数据量不多时，我们可以采用人工方法来处理；当数据量变多、人工效率变低时，我们可以借助计算机，通过编写计算机程序来解决问题。
观察以下情境：
问题一：求1+2+3+……+100的和
问题二：求1+2+3+……+1000的和
问题三：求1+2+3+……+10000的和
问题1： 对于问题一，你可以用什么方法快速求出答案？如果不用求和公式，逐项相加需要计算多少次？
问题2： 对于问题二和问题三，逐项相加的计算量分别有多大？人工计算还可行吗？
问题3： 当数据量变得很大时，人工计算会遇到什么困难？计算机在这方面有什么优势？
科学探究二：体验计算机解决问题的过程
情境导入：
当数据量很大时，人工处理的效率很低。我们可以借助计算机，通过编制计算机程序来解决问题。那么，用计算机解决问题需要经过哪些步骤呢？
任务： 用计算机程序求1+2+3+……+100的和。
问题1： 在编写程序之前，首先需要做什么？请分析这个问题中已知什么、要求什么。
问题2： 如果让你用计算机求1到100的和，你会设计怎样的计算步骤？请用自然语言描述你的思路。
问题3： 编写好程序后，直接运行就可以了吗？如果程序运行出错，应该怎么办？
问题4： 通过这个任务，请尝试归纳计算机解决问题的基本过程。
【精讲点拨】
一、计算机解决问题的基本过程
用计算机程序解决问题一般要经过以下四个步骤：分析问题、设计算法、编写程序、调试运行。
1. 分析问题
分析问题是计算机解决问题的第一步，也是最关键的一步。这一步需要：
分析问题的需求情况，明确已知条件和需要求解的问题
找出已知量和未知量，明确它们之间的关系
将实际问题转化为数学问题或逻辑问题
> 举例： 在求1+2+3+……+100的问题中，已知条件是“从1加到100”，需要求解的是“所有整数的总和”。我们只需要不断叠加求和即可。
2. 设计算法
设计算法是指给出解决问题的详细方法和步骤。算法是解决问题的具体思路和步骤描述，是连接问题与程序的桥梁。
算法设计要求：
步骤要清晰明确，不能有歧义
每一步都应是可执行的操作
算法必须有穷，能够在有限步内结束
> 举例： 求1到100的和的算法：
> 1. 设定初始值 i=1，s=0
> 2. s = s + i（将当前数累加到总和上）
> 3. i = i + 1（准备加下一个数）
> 4. 重复第2步操作
> 5. 当 i > 100 时，输出结果 s
3. 编写程序
编写程序是指选择一种计算机语言工具来编写程序，实现算法。将设计好的算法用某种程序设计语言（如Python）表述出来，形成计算机能够识别的代码。
> 举例： 用Python编写求1到100的和的程序：
> ```python
> s = 0
> for i in range(1, 101):
> s = s + i
> print(s)
> ```
>
4. 调试运行
程序设计好以后，需要通过键盘输入计算机中运行，看程序能否按预想的效果执行。
语法错误：如果程序语法有错误，程序运行时计算机会给出提示信息，人们可根据提示修改程序，直到无错
逻辑错误：我们还需要对结果进行验证，因为逻辑错误或计算方法错误计算机无法检查。若出现后一种情况，可能需要返回前几步进一步修改，直到满意
程序能顺利运行以后，还需要对程序功能进行分析和检查。
二、人工解决问题与计算机解决问题的比较
| 比较维度 | 人工解决问题 | 计算机解决问题 |
||||
| 解决步骤 | 明确问题与条件→确定方法→解决问题 | 分析问题→设计算法→编写程序→调试运行 |
| 计算速度 | 较慢 | 非常快 |
| 精确度 | 容易出错，精确度不高 | 精确度高 |
| 自动化程度 | 不具有自动化 | 具有一定自动化 |
| 通用性 | 每次只能对特定问题进行解答 | 程序可重复使用，通用性强 |
| 适用场景 | 适合小规模数据 | 适合大规模、复杂问题 |
> 理解提示： 人工解决问题依靠的是人的经验和知识，而计算机解决问题依靠的是程序。编写好程序后，计算机可以自动、快速地执行大量重复的计算任务，这是计算机解决问题的最大优势。
【拓展与延伸】
1. 算法的概念
算法是解决问题的具体方法和步骤。在计算机科学中，算法是指对特定问题求解步骤的一种描述，是有限条指令的集合。算法具有以下特征：
有穷性：算法必须在有限步内结束
确定性：算法的每一步必须有明确的含义，不能有歧义
可行性：算法的每一步都必须是可执行的
输入：算法有零个或多个输入
输出：算法有一个或多个输出
2. 从计算到计算思维
计算思维是运用计算机科学的基础概念进行问题求解、系统设计以及人类行为理解等一系列思维活动。计算机解决问题的过程——分析问题、设计算法、编写程序、调试运行——正是计算思维培养的核心路径。通过学习和实践这一过程，我们能够学会用计算机的方式思考和解决问题。
3. 程序调试的重要性
调试是程序开发中不可或缺的环节。据统计，程序员大约50%的工作时间都花在调试上。调试不仅包括修正语法错误，更重要的是发现和修正逻辑错误。培养良好的调试习惯，对于提高编程效率和质量至关重要。
4. 遍历思想在计算机中的应用
在人工解决问题的过程中，我们学习了“遍历”的思想。在计算机程序中，遍历是一种非常常用的算法思想。计算机可以通过循环结构快速完成大量数据的遍历操作，这是计算机处理大规模数据的重要方式。
【课堂练习】
一、选择题（每题6分，共60分）
1. 用计算机程序解决问题一般要经过四个步骤，正确的顺序是（ ）
A. 编写程序→设计算法→分析问题→调试运行
B. 分析问题→设计算法→编写程序→调试运行
C. 设计算法→分析问题→编写程序→调试运行
D. 分析问题→编写程序→设计算法→调试运行
答案：B
解析： 计算机解决问题的正确顺序是：分析问题→设计算法→编写程序→调试运行。
2. 在计算机解决问题的过程中，“给出解决问题的详细方法和步骤”属于（ ）
A. 分析问题
B. 设计算法
C. 编写程序
D. 调试运行
答案：B
解析： 设计算法是指给出解决问题的详细方法和步骤。
3. 以下关于计算机解决问题过程的说法，正确的是（ ）
A. 编写程序是计算机解决问题的第一步
B. 设计好算法后可以直接运行，不需要编写程序
C. 分析问题需要明确已知条件和需要求解的问题
D. 调试运行只需要检查语法错误
答案：C
解析： 分析问题需要分析问题的需求情况、明确已知条件和需要求解的问题。A错，分析问题是第一步；B错，算法需要用程序实现；D错，调试不仅要检查语法错误，还要验证逻辑是否正确。
4. 在求1+2+3+……+100的问题中，设定初始值i=1，s=0，然后重复执行s=s+i和i=i+1，直到i>100时输出结果s。这部分工作属于（ ）
A. 分析问题
B. 设计算法
C. 编写程序
D. 调试运行
答案：B
解析： 这是对求解步骤的具体设计，属于设计算法阶段。
5. 以下关于程序调试的说法，错误的是（ ）
A. 程序有语法错误时，计算机会给出提示信息
B. 逻辑错误计算机可以自动检测并修正
C. 程序运行后还需要对结果进行验证
D. 调试过程中可能需要返回前几步修改
答案：B
解析： 逻辑错误或计算方法错误计算机无法检查，需要人工验证。
6. 与人工解决问题相比，计算机解决问题的优势不包括（ ）
A. 计算速度快
B. 精确度高
C. 具有自动化
D. 能够处理任何问题
答案：D
解析： 计算机解决问题的前提是需要将问题转化为算法和程序，并非能够处理任何问题。A、B、C均为计算机解决问题的优势。
7. “对变量一定取值范围内所有情况依次进行计算和判断”的遍历思想，在计算机中通常通过什么结构来实现？（ ）
A. 顺序结构
B. 选择结构
C. 循环结构
D. 分支结构
答案：C
解析： 遍历需要对所有情况进行依次计算和判断，循环结构可以高效地实现这一过程。
8. 以下哪个选项不属于计算机解决问题的步骤？（ ）
A. 分析问题
B. 输入数据
C. 设计算法
D. 调试运行
答案：B
解析： 计算机解决问题的四个步骤是：分析问题、设计算法、编写程序、调试运行。“输入数据”不属于这四个基本步骤之一。
9. 在计算机解决问题的过程中，将设计好的算法用程序设计语言表述出来的环节称为（ ）
A. 分析问题
B. 设计算法
C. 编写程序
D. 调试运行
答案：C
解析： 编写程序是指选择一种计算机语言工具来编写程序，实现算法。
10. 人们利用计算机解决问题的基本过程为（ ）
①调试运行程序 ②分析问题 ③设计算法 ④问题解决 ⑤编写程序
A. ①②③④⑤
B. ②④③⑤①
C. ④②③⑤①
D. ②③⑤①④
答案：D
解析： 计算机解决问题的基本过程为：分析问题→设计算法→编写程序→调试运行→问题解决。
二、填空题（每空4分，共40分）
1. 用计算机程序解决问题一般要经过四个步骤：分析问题、________、编写程序、________。
答案： 设计算法；调试运行
解析： 计算机解决问题的四个步骤为：分析问题、设计算法、编写程序、调试运行。
2. 在计算机解决问题的过程中，________是解决问题的第一步，需要明确已知条件和需要求解的问题。
答案： 分析问题
解析： 分析问题是计算机解决问题的第一步。
3. 给出解决问题的详细方法和步骤，这一环节称为________。
答案： 设计算法
解析： 设计算法是指给出解决问题的详细方法和步骤。
4. 选择一种计算机语言工具来编写程序，实现算法，这一环节称为________。
答案： 编写程序
解析： 编写程序是指选择一种计算机语言工具来编写程序，实现算法。
5. 程序有________错误时，计算机会给出提示信息；而________错误计算机无法检查，需要人工验证。
答案： 语法；逻辑
解析： 语法错误计算机会给出提示；逻辑错误或计算方法错误计算机无法检查。
6. 计算机解决问题的过程中，程序设计好以后，需要通过键盘输入计算机中运行，看程序能否按预想的效果执行，这一环节称为________。
答案： 调试运行
解析： 调试运行是指程序设计好以后，通过键盘输入计算机中运行，看程序能否按预想的效果执行。
7. 与人工解决问题相比，计算机解决问题的速度更________（填“快”或“慢”），精确度更________（填“高”或“低”）。
答案： 快；高
解析： 计算机计算速度快且准。
8. 计算机解决问题具有________性，编写好的程序可以重复使用。
答案： 通用
解析： 计算机程序可重复使用，通用性强。
9. 算法的五个基本特征是：有穷性、确定性、________、输入和输出。
答案： 可行性
解析： 算法具有有穷性、确定性、可行性、输入和输出五个基本特征。
10. 在求1到100的和的程序中，`for i in range(1, 101):` 这条语句的作用是让变量i依次取________到________之间的整数。
答案： 1；100
解析： `range(1, 101)` 表示从1到100（包含1，不包含101）。
【课堂小结】
1. 计算机解决问题的四个步骤
分析问题：明确已知条件和需要求解的问题，将实际问题转化为数学或逻辑问题
设计算法：给出解决问题的详细方法和步骤
编写程序：用程序设计语言将算法表述出来
调试运行：运行程序，检查语法错误和逻辑错误，验证结果
2. 人工解决问题与计算机解决问题的比较
人工解决：步骤少，速度慢，精度低，适合小规模数据
计算机解决：步骤多（需编程），速度快，精度高，适合大规模数据
3. 算法的概念与特征
算法是解决问题的具体方法和步骤
特征：有穷性、确定性、可行性、输入、输出
4. 程序调试
语法错误：计算机可检测并提示
逻辑错误：计算机无法检测，需人工验证

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