高中信息技术浙教版 (2019)选修1 数据与数据结构5.3 数据排序教学设计

这是一份高中信息技术浙教版 (2019)选修1 数据与数据结构5.3 数据排序教学设计，共5页。

课程标准
和
教学目标
排序算法的程序实现
教材内容：5.3 排序算法的程序实现
适应的课程标准：
1.7 通过实现数据的排序和查找，体验迭代和递归的方法，理解算法与数据结构的关系。
教学目标：
●掌握常用的冒泡排序的基本程序结构。
●能够编程实现冒泡排序。
指向的核心素养：
●信息意识：学生能够结合生活中的实例描述数据的内涵与外延，能够将有限制条件的、复杂生活情境中的关系进行抽象，有意识地选择恰当的数据结构表达数据的逻辑关系。
●计算思维：能够从数据结构的视角审视基于数组、链表的程序，解释程序中数据的组织形式，描述数据的逻辑结构及其操作，评判其中数据结构运用的合理性；能够针对限定条件的实际问题进行数据抽象，运用数据结构合理组织、存储数据，选择合适的算法（排序、查找、迭代、递归）编程实现、解决问题。
●数字化学习与创新：学生较为熟练地运用数据结构解决生活中的真实问题，并在此过程中自主或协作探究；能够评估常见的数字化资源与工具对学习数据结构的价值，根据需要合理选择。
●信息社会责任：能够分析数据与社会各领域间的关系，自觉遵守相应的伦理道德和法律法规。
学习环境：有教学控制软件的多媒体机房，pythn编程环境。
建议课时：1课时
教学活动设计
教学环节
教学过程
设计意图
情境导入
回顾旧知：
请同学们写出冒泡排序第一趟的基本过程。
设计意图：巩固旧知，联系新知。
学习任务一
●学习任务一：冒泡排序的基本过程与规则
问题：冒泡排序应该对任意排列的n个数据都能实现最终的排序，这里面是否有规则，规则在哪里？引导学生思考并回答问题。
引导学生总结：排序的最少遍数为n-1，每遍进行的基本过程。
第一遍，对n个元素冒泡，加工完毕，最大值23“下沉”至数组最后第一个元素的位置；
第二遍，对n-1个元素冒泡，加工完毕，最大值20“下沉”至数组最后第二个元素的位置；
……
第n-1遍，对2个元素冒泡，加工完毕，最大值13“下沉”至数组最后第n-1个元素的位置；
排序完成。
以升序、“最大元素下沉”为例，提炼出一般规则：
设问：再仔细观察某一遍里面的加工步骤，这种方法是否通用？
教师引导学生总结：排序过程中，按下面的方式使用变量i和j:
i：记录正进行的处理遍数，第1遍处理时值为1，第2遍处理时值为2，依次类推。
j：记录当前数组元素的下标。每遍处理过程中，j值总是从第一个数组元素的下标值0开始，按每次加1的方式，直至j=n-i-1为止。每当j取定一个值后，当前数组元素d[j]将与它的后一个元素d[j+1]进行比较，若d[j] >d[j+1]，则互换这两个数组元素中的数据。
设计意图：按照由粗到细、逐步求精的策略，推动学生加深对冒泡排序的深刻认识。
学习任务二：冒泡排序的程序实现
学生自主编写程序，教师及时跟踪、辅导、点评、总结
1.先研究冒泡排序的第一遍的程序实现
仍以这些数据为例，回顾冒泡排序第一遍的加工过程：
冒泡排序算法对数组d的第一遍加工过程
设问：经过第一遍加工，是否能够确保数据中的最大元素下沉到最下面？如何使用程序实现？
fr j in range(0,length-1):
if L[j]>L[j+1]:
temp=L[j]
L[j]=L[j+1]
L[j+1]=temp
j代表数组元素的下标，试问j从0开始，是否可以达到length-1？为什么？
设计意图：从第一遍加工的实现中可以发现规律，进而引导学生概括出全部算法过程。
2. 设计算法
设问：上一步中，我们编写了第一遍加工的程序代码，如何修改一下，完成第i遍（i = 1 , 2, 3, ……）的加工过程？
对于n个元素，第一遍加工将最大元素下沉到第n个位置
对于剩下的n-1元素，反复使用该规则，直到最后余下两个元素进行比较和交换
冒泡排序完成
fr j in range(0,length-i):
if L[j]>L[j+1]:
temp=L[j]
L[j]=L[j+1]
L[j+1]=temp
设计意图：重点在于第一遍加工处理，这个过程清楚了，那么对于后面的每遍加工，遵循同样的规则，以此类推，即可实现数据的完整排序。此处在于引导学生意识到对第i遍加工来说，只需要将一个参数略微修改一下即可。
3. 学生动手编写冒泡排序的程序
def bubble_srt(L):
length=len(L)
#序列长度为length，需要执行length-1遍加工
fr i in range(1,length):
fr j in range(0,length-i):
if L[j]>L[j+1]:
temp=L[j]
L[j]=L[j+1]
L[j+1]=temp
设计意图：由第一遍加工的代码，概括出第i遍加工代码，是一种抽象思维的过程，最后将整个过程，进一步概括出一个外层循环和内层循环的程序结构，这是一个难点。可以多花些时间，鼓励学生多思考、多动手、多验证。
设计意图：从第一遍加工的实现中可以发现规律，进而引导学生概括出全部算法过程。
设计意图：重点在于第一遍加工处理，这个过程清楚了，那么对于后面的每遍加工，遵循同样的规则，以此类推，即可实现数据的完整排序。此处在于引导学生意识到对第i遍加工来说，只需要将一个参数略微修改一下即可。
设计意图：由第一遍加工的代码，概括出第i遍加工代码，是一种抽象思维的过程，最后将整个过程，进一步概括出一个外层循环和内层循环的程序结构，这是一个难点。可以多花些时间，鼓励学生多思考、多动手、多验证。
拓展学习
冒泡排序算法的每一遍加工中，最小的元素“上浮”和最大的元素“下沉”这两种方式在程序实现时有何区别？
建议在上节引入“选择排序”的基本思想与方法基础上。鼓励学生探索“选择排序”的程序实现。
设计意图：根据学生的不同层次水平设置相应的教学任务
课堂小结
知识梳理：
1. 冒泡排序的基本过程和结构；
2. 冒泡排序的程序实现。
作业布置
课后练习
选择排序算法是在参加待排序序列的所有元素中找出最小（或最大）数据的元素，使它与第一个元素中的数据相互交换位置。然后再在余下的元素中找出最小（或最大）数据的元素，与第二个元素中的数据相互交换位置。以此类推，直到所有元素成为一个有序的序列。请根据该排序算法的思想，编程实现对数据序列[23,20,13,18,14,11,98,4] 的升序排列。
课后作业是课堂学习的延伸，是巩固和升华知识点的有效途径。
教学设计思路
本课内容为排序算法的程序实现。建议分配1课时完成。
首先，引导学生回顾旧知，与前面所学的冒泡排序基本思想与方法建立联系，学生可以较熟悉地对若干个数据进行冒泡排序。
其次，引导学生能够从抽象的角度概括出冒泡排序的基本规则，并能以合适的数字化学习工具呈现出其每遍加工的基本过程。
再次，在学生有了一定认知基础上，可以引入自然语言、流程图，帮助学生理解冒泡排序的基本程序结构，从而实现对程序实现这个难点的突破。
本节主要内容为排序算法的核心模块。
针对
核心素养培养的
设计考虑
本节侧重于计算思维的训练。程序语言是表达算法思想的工具，为了实现冒泡排序，在数据组织形式上选择较为简单的整数，并从中概括出冒泡排序的基本过程和算法步骤。这是一个逐步求精的过程。为了照顾普通学生的需要，可以从分析冒泡排序的第一遍加工入手，然后再就其程序实现进行展开，这是一个由抽象到具体的过程；然后再从第一遍的实现，推广到第i遍加工，这是一个思维泛化的过程；再由此出发，抽象出冒泡排序的整体程序结构，并通过简洁的代码实现，提炼出了冒泡排序的基本算法。这个基本过程，是一种思维螺旋式上升的提升过程，较好地实现了教学意图。