高中信息技术沪教版（2019）必修1 数据与计算1. 体验程序设计的一般过程教案配套ppt课件

项目六 解决温标转换问题

———认识程序和程序设计语言

第一课时   体验程序设计的一般过程

■教材分析

“体验程序设计的一般过程”这一小节，主要是让学生了解程序、程序设计语言及其发展演变过程。学生将通过对温标转换问题的分析掌握程序设计的一般过程，即分析问题，设计算法，编写程序，调试、运行程序。

■教学目标

1、知识和技能

（1）了解程序及其特征；

（2）了解程序设计语言的产生和发展；

（3）掌握程序设计的一般过程。

2、过程与方法

通过对现实问题的分析与解决，让学生认识到生活中到处是程序，而程序解决的往往就是生活中现实问题，培养学生利用计算机解决实际问题的能力。

3、情感态度与价值观

（1）体验程序设计和内涵及魅力，产生对程序设计的求知欲，形成积极主动地学习态度；

（2）通过问题的分析与解决，帮助学生克服程序设计的畏难情绪，培养他们严谨、缜密、科学的程序设计作风。

■教学重点：

（1）程序及其特征；

（2）程序设计的一般过程。

■教学难点：

设计算法，编写程序。

■教学准备

计算机教室、多媒体设备。

■教学素材

程序设计语言（python）。

■教学方式

启发式、任务驱动、演示、实例、实践操作。

■教学过程：

一．问题导入

华氏温度和摄氏温度之间的换算公式是：摄氏温度=5(华氏温度-32)÷9。使用换算公式，可以列式计算一个特定华氏温度所对应的摄氏温度。

如果我们想用计算机编写的程序来解决这个问题，哪要如何进行？

二、程序及其特征

程序实际上是一组操作指令或语句序列，是计算机执行算法的一系列操作步骤。计算机是通过运行该组指令完成预期任务的。

一般来说，程序具有以下一些特征：

1.解决问题的算法的每一个步骤对应程序中的一个或多个语句，每个语句实现或多个操作。

2.在程序中被施行操作的对象称为数据不同类型的数据有不同的属性、取值范围和运算方法。

3.除了遇到特殊的程序转向控制语句之外，程序都是从第一条语句开始顺序执行。有时语句要求执行时作出判断：在某种情况下执行一条或一组语句，否则执行另一条或另一组语句。有时一条或一组语句可能需要执行一次以，此时必须给出重复的次数或终止条件。

三、程序设计语言的产生和发展

程序要能被计算机理解和执行，必须精确描述执行所有动作的细节过程，不能有一点错误和含糊之处，承担这一描述任务的就是程序设计语言。程序设计语言是人们编制程序所使用的计算机语言。随着计算机的发展，程序设计语言经历了从机器语言到高级语言的发展历程，如图3-18所示。

1.机器语言

计算机主要由电子元器件组成的电路构成。由于电子元器件的特性，计算机只能识别二进制的代码。早期的程序设计语言就是由二进制代码指令组表示的，称为机器语言( machine language)。通常，不同的计算机，其指令系统会有所不同。每一条机器指令一般包含两个主要部分：操作码(规定了指令的功能)和操作数(规定了被操作的对象)。有的指令没有操作数，如停止指令。在这些指令的控制下，计算机可以实现最基本的算术运算和逻辑运算。

以5+12运算为例，若某型号计算机指令采用16位二进制表示，则用机器语言编写的个完成5+12运算的程序如表3-2所示：

表3-2用机器语言编写的程序(5+12)

说明：计算机的运算器中有多种用于存放参与运算的操作数的部件，如运算器执行加法运算时，必须有两个分别存放加数与被加数的寄存器。

机器语言与计算机相关，不同型号的计算机有着不同的指令集，由不同的硬件组成。使用机器语言编写的程序可以直接执行，执行速度快，但是在不同型号的计算机上不能通用。

2.汇编语言

用机器语言编写程序，对大多数使用者来说非常难。20世纪50年代中期，程序开发人员开始采用一种类似英语缩略词并带有助记符号的语言，替代复杂的二进制代码指令和操作数来编写程序，这就是汇编语言( ( assembly languag)。仍以上述完成5+12运算的程序为例，改用汇编语言编写的程序如表3-3所示：

表3-3用汇编语言编写的程序(5+12)

说明：累加器是运算器中的一种寄存器，用于存放计算结果。

用汇编语言编写的程序，让程序开发人员可以方便地辨识指令。但是计算机不能理解这种程序，需要使用翻译程序将每条语句翻译成机器语言，计算机才能执行，如下图所示。这种翻译程序被称为汇编程序，也叫汇编器。

图汇编过程

3.高级语言

汇编语言仍然是与计算机相关的语言，特定的计算机指集对应特定的汇编语言。使用汇编语言编写的程序不可移植。20世纪60年代中期，接近于人类自然语言的高级语言(i- level language世。用高级语言编写的程序更加简洁易懂。

仍以上述运算为例，用 Python语言编写的程序语句如下：

和汇编语言一样，用高级语言编写的程序也不能直接被计算机理解，必须经过转换才能被执行。高级语言按转换方式可分为解释类和编译类两类。

·解释类：执行方式类似于日常生活中的“同声译”，应用程序源代码由相应语言的解释器“翻译”成目标代码(机器语言)，边“翻译”边执行，如下图所示。由于不能生成可独立执行的文件，应用程序不能脱离其解释器。这类语言有 Python、 BASIC等。其中 Python语言的解释器就是 Python Shell,它可以逐条计算表达式的值并执行命令。

图逐条解释执行

·编译类：编译( compile)是指在源程序执行之前，就将程序源代码通过编译器一次性地“翻译”成目标代码(机器语言)文件，如下图所示。因此其目标程序可以脱离语言环境，独立执行。

图成批编译执行

高级语言与机器语言之间是一对多的关系，即一条高级语言语句对应多条机器语言语句。高级语言独立于计算机，用其编写程序无须顾及与计算机相关的实现细节，具体工作由与不同计算机相匹配的解释器和编译器完成。

综上所述，机器语言是特定计算机使用的语言，它能够直接操控硬件，运行速度快，占用内存少。计算机可以执行的就是使用机器语言编写的程序。汇编语言比较接近机器语言，实际应用于底层硬件操作和高要求的程序优化场合，如嵌入式操作系统、工业控制等高级语言自诞生至今，经历了多次更新换代，新的语言和更高效的程序设计方法不断涌现，使得程序的开发过程更简单、更有效率，便于应对快速软件开发的要求，为计算机的应用开辟了更广阔的前景。

四、程序设计及其一般过程

计算机的所有操作都是按照人们预先编制好的程序进行的。因此，若需要运用计算机帮助解决问题，就必须把具体问题转化为计算机可以执行的程序。在问题提出之后，从分析问题、设计算法、编写程序，一直到运行调试程序的整个过程就称为程序设计 programming )在程序设计过程中，设计算法、编写程序和运行调试是一个不断反复的过程。本项目中，通过对“温标转换”算法的实现，可以看出程序设计的基本流程如下图所示：

五、设计算法，编写程序

再回到前面提出的，如何用程序来解决这个问题。

首先接收用户输入的华氏温度，然后使用换算公式计算出相应的摄氏温度，最后输出摄氏温度的值。

本问题涉及两个数据：已知数据华氏温度，所求的结果数据——摄氏温度。

1.确定算法，选择描述方式

根据问题确定算法，并用流程图来描述算法。

2.选择程序设计语言

选择一种程序设计语言来编写程序。各种程序设计语言广泛应用于科学计算、数据处理事务处理、系统软件、人工智能等领域。不同的程序设计语言，其适用领域和特点也不相同。目前较热门的程序设计语言有Java、C/C++、C#、 Python、PHP、VB等。程序设计语言的发展很快，新的语言不断产生，且越来越接近人类的自然语言。根据上面给出了算法流程图，我们分别使用 Python语言和C语言来编写的程序：

对比两种程序设计语言，可以发现 Python程序的代码行数更少，更简洁。

程序是由语句构成的。 Python i语言使用回车来表示一条语句的结束。程序中出现的c和f是变量，c表示摄氏温度，f表示华氏温度。

公式由算术表达式构成，其中包含常量、变量、运算符等要素。公式中的“*”是算术运算符，注意它们与数学中的符号在书写上的差异。

“=”表示赋值运算，在 Python语言中表示将“=”右边的数据对象绑定到其左边的变量，根据数据对象的类型确定变量的类型。

input、 float、 print是 Python语言提供的系统函数。input函数的作用是接收一个文本数据，双引号内的字符串会显示在计算机屏幕上，作为输入操作的提示文本。华氏温度是浮点数据，所以用 float函数将输入的文本(字符数据)转化为浮点数据。 print数负责输出结果，语句print(“摄氏温度：“,c)首先输出文本内容：“摄氏温度:”,然后输出变量c的值。 print输出后默认换行。

娈量（variable）：引用在程序中可能会变化的数据，通过变量名可以访问存储在风存中的数据。

你还听说或使用过哪些程序设计语言？用它们解决了哪些问题？

六、运行、调试程序

程序发生错误后，寻找产生错误的原因、位置，并改正错误的过程称为调试程序。

python程序有两种运行模式：

1.交互模式。启动python,在python shell窗口的提示符>>>后，直接键入指令，python会立即执行该指令。

2.文件模式。打开python的IDLE集成开发环境，可以创建（file)、编辑（edit）程序文件，还可以检查语法错误（check module)、运行程序(run module)。程序文件以”py“为后缀名。

①在 Python Shell r2逐条输入语句，观察变量的值和最终输出结果。

②在Python提供的IDLE窗口中利用菜单命令创建、编辑一个程序文件。

③检查语法错误无误后，运行程序，查看运行结果是否正确。

运行、调试程序时常会出现两类错误：一类是语法错误，即程序的书写格式不正确，不符合语言的语法要求，对于这类错误，语言系统能够自动检查并报错、指出出错位置；另一类是罗辑错误，即程序可以运行，但是在运行的过程中会出问题，或程序的结果不符合预期设计。

１． 若将第一条语句改为：ｆ＝ｉｎｐｕｔ（＂请输入一个华氏温度：＂）， 运行程序，会发生什么？为什么？

２． 若将第二条语句改为：ｃ＝ ５（ｆ－３２）／／９，运行程序，会发生什么？为什么？

七、课后作业

尝试使用Python编写程序，计算并打印华氏 １００ 度到 １０５ 度所对应的摄氏温度。