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

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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)指令序号机器指令指令说明指令功能11011 00000000 0101操作码：表示数据传输功能。左操作数(4位)表示0号寄存器，右操作数(4位)是5。把加数5送到0号寄存器中。 20000 01000000 1100操作码：表示加法功能.左操作数表示0号寄存器，右操作数是12。把0号寄存器中的内容与另一数相加，结果存在0号寄存器中(即完成5+12的运算)。31111 0100停止功能停止操作 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)指令序号汇编语言指令指令功能1MOV Al,5把加数5送到累加器AL中2ADD AL,12把累加器AL中的内容与另一数相加，结果存在累加器AL中(即完成5+12的运算)3HLT停止操作  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。