课程内容

4.3非数值计算——二分查找

课程学时

1

所属学科

信息技术

教学对象

高一年级学生

一、教学设计理念

采用“学教并重”教学设计理念。将奥苏贝尔的“学与教”理论和建构主义的“学与教”理论相结合。建构主义学习理论和学习环境强调以学习者为中心，将学习者由外部刺激的被动接受者和知识的灌输对象转变为信息加工的主体、知识意义的建构者。奥苏贝尔认为应利用适当的引导性材料对当前所学新内容进行定向与引导来促进有意义学习。两者优势互补，既能够发挥教师的主导作用，也能够体现学生的主体作用。

在教学过程中，创设有利于知识建构的学习环境，同时利用适当的引导性材料帮助学生建立新旧知识之间的联系，促进有意义学习。同时，关注学生的个体差异和学习需求，提供个性化的教学支持，以满足不同学生的学习需求。

二、教材内容分析

《二分查找》是教育科学出版社《信息技术》必修一数据与计算，第4单元第3小节《非数值计算》中的第一课时。本节内容主要包括分治思想、二分查找、递归。第2单元程序基本结构以及random模块中的常用函数是本节课学习的前提；本节内容为后续学习4.4节综合问题的解决奠定了基础。

重点在于二分查找原理的理解。

难点在于基于分治思想，运用Python解决实际问题。

三、学习者特征分析

高中生在学习信息技术时展现出了一系列鲜明的特征。他们正处于形式运算的成熟阶段，拥有高度发展的抽象逻辑思维和系统思维能力，能够逻辑地审视现实情境，并深入问题的本质进行思考。在个性方面，学生对信息技术的兴趣和学习动机存在差异，部分学生表现出浓厚的兴趣和主动性，而部分学生则可能因外部因素而学习，动机相对被动。然而，大多数学生兼具内外部动机，对授课内容有兴趣。

在初始能力方面，高中生已经掌握了一定的计算机基础操作能力，如开关机、文件管理、简单文字处理等，并经过系统学习，具备了分析简单问题的逻辑思维能力，为Python编程打下了坚实基础。他们熟悉项目学习的方式，能够从实际项目中提炼和应用知识。然而，学生在将算法转化为编程语言的能力方面仍有待提高，可能会遇到挑战并产生畏难情绪。

在信息素养方面，高中生展现出了较强的信息获取、处理、应用和创新能力。他们能够主动利用各种信息工具高效获取信息，对信息进行鉴别、筛选、分析等综合处理，并将处理过的信息应用于实际问题解决。同时，他们也具备创造性思维，能够发现新的信息生长点并创造新信息。在信息伦理与安全方面，高中生遵守相关法律法规，尊重知识产权和他人隐私，并意识到网络安全的重要性，采取有效措施保护自己的信息安全。

四、教学目标

1. 能够说出二分查找的概念；

2. 提供不完整的“砸金蛋”Python语句，高一学生能辨认各语句的作用，并正确填写缺失语句；

3. 总结分治算法的优缺点；

4. 说出分治思想在生活中运用的价值，并列举运用实例。

五、教学策略选择与设计

1.情境导入法：通过生活实例“砸金蛋游戏”，创设学习情境，激发学生的学习兴趣。

讲授与演示法：结合多媒体课件和程序代码示例，详细讲解二分查找算法的基本原理和实现步骤。

2.小组合作法：学生分组进行实践操作，共同完成任务，培养团队协作和问题解决能力。

3.案例分析法：通过具体“砸金蛋”案例，分析二分查找算法的应用场景和效果，加深对算法的理解。及时依据反馈进行指导，纠正学生错误，使学生在不断改正错误中练习，更加熟练运用分治思想解决问题。

六、教学环境及资源准备

教学环境：多媒体教室，配备投影仪和电脑等设备。

教学资源：多媒体课件、程序代码示例、教学案例、学习指导材料等。

七、教学过程

教学环节

教学活动

学生活动

设计意图

时间安排

激发学习动机

情境：同学们，不知不觉现在已经2025年了，你们在元旦节有参加什么活动吗？（跨年、吃饭、唱歌、购物……）大家的活动都非常丰富多彩啊，老师在元旦之际去了一个商店购物，刚好这家店在做砸金蛋促销活动。大家有没有玩过砸金蛋的游戏呢？嗯，大家都非常熟悉啊。今天，我们也来试试砸金蛋游戏。

元旦跨年之际，商家为促进顾客消费，设置了一个砸金蛋小游戏，一共9个金蛋，里面分别有1~9的九个整数（1，2，3，4，5，6，7，8，9），打乱顺序，如果顾客砸出的数字为3，就可以五折购买商品。老师想获得这个小商品，想请同学们帮忙。

学生积极投入情境

情境导入

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学生思考：最少需要砸几个金蛋？最多需要砸几个金蛋？

如果有100个金蛋，最少需要砸几个金蛋？最多需要砸几个金蛋？

如果有1000个、10000个呢？

思考如何才能提高查找效率。

学生回答最少最多个数。

回答提高查找效率的方法。

所有学生通过游戏集中注意力，参与到课堂活动中。引导学生思考用二分查找进行问题解决。

1

活动

游戏升级：共有9个金蛋，商家将金蛋按照其中的数字大小从小到大排列。大家采取怎样的方法能快速的砸出目标数字呢？

学生两两合作，分别扮演商家与顾客。商家选择目标数，顾客猜测目标数。每次猜测后，商家告知顾客所砸出的数字“高了”还是“低了”，记录每次砸出的数字。

记录每次砸出的数字，并用流程图的方式总结砸金蛋方法。

小组合作，积极思考如何快速砸出目标数字。按小组画出顾客猜出正确价格的步骤

体会二分查找解决问题的步骤、分治思想。

3

【步骤图解析】小组展示步骤图。

顺序查找

二分查找

学生借助步骤图，分享本组采取查找方式

描绘二分查找的过程。

2

概念探究

【教师引导】

按照学生画的步骤图，引导出二分查找的概念。

学生思考二分查找的前提条件。

板书演示设置变量、详细讲解查找过程。注意mid=(flag1+flag2)//2公式讲解。

二分查找：又称折半查找，将数列有序排列，采用跳跃的方式查找数据。以递增数列为例，以中点位置元素作为比较对象，若要查找元素值小于该中点元素，将待查找每次比较序列缩小为左半部分，否则为右半部分。后都能将查找区间缩小一半。

#在砸金蛋的过程中，我们不断缩小了目标范围，这体现的是分治思想#

分治思想：分治的设计思想，是将一个难以直接解决的大问题，分割成一些较小的同类问题，各个击破，最终达到解决问题的目的。二分查找实际上就是分治策略的一种典型运用。

思考如何将口头的概念抽象成具体的程序语言。

学生总结概念。

思考并回答二分查找的前提条件。

建构二分查找与分治的具体概念。

基于计算思维核心素养，围绕“生活中的算法”项目，尝试用“算法的眼睛”看待生活，用“算法的思维”解决实际问题。

5

【流程图绘制】

学生小组合作，依据板书对“砸金蛋”过程进行流程图的绘制，要求最终猜到目标数时，也能知道自己猜了多少次。

展示学生所绘流程图。

讲解流程图。

学生合作绘制流程图并展示。

基于计算思维核心素养，将“砸金蛋”问题的解决问题思路可视化。以便进一步进行编程。

10

【动画演示】

用动画演示flag1、flag2、mid变化过程

学生观看动画体会二分查找过程。回答相关问题。

将抽象的编程概念通过动画变的可视化，加深学生对二分查找的理解程度。

2

上机实践

【活动三：上机实践1】

给出不完整的“猜价格”Python程序语句，让学生填空

若所查找的数据超出范围该怎么办？完善程序

【课后拓展：上机实践2】

猜数游戏：找出1-1000之间的某个数（让计算机猜输入的数）

运用巩固

上机实践时教师巡视，检查

学生上机实践，完善程序

基于流程图，将流程图通过具体代码实现。

运用二分查找知识编写完善程序。

回顾计算机解决问题的过程，复习巩固顺序、选择、循环语句。

15

运用巩固

【课堂练习】

选择、填空题：

1.下列数列中适合二分查找算法的是（C）

A.21,28,15,59,74,86,95

B.29,19,58,65,77,94,83

C.99,77,64,51,43,28,16

D.41,40,21,15,16,13,12

2.二分查找又称折半查找将数列有序排列，采用跳跃的方式查找数据。以递增数列为例，以中点位置元素作为比较对象，若要查找元素值小于该中点元素，将待查找序列缩小为左半部分，否则为右半部分。每一次比较后都能将查找区间缩小一半。

学生答题

检查学生课堂知识掌握情况。

2

【课堂小结】

展示本节课课程内容框架

学生依据框架进行本节课内容回顾。

回顾本节课知识点

1

【课后作业】

学生完成自我评价表

学生评价

学生自评，教师收集并进行评价。以便教师掌握学生的课堂参与情况，进行教学策略的调整

1

结语

随着信息技术的飞速发展，注意数据隐私保护在当今数字化时代至关重要。希望同学们在使用数据时不能侵犯他人的数据隐私，也要保护好自己的信息安全。

学生听讲

基于信息社会责任核心素养，使学生注意自己的数据安全。

1

八、学习评价设计

学生填写自我评价表（在相应区域打“√”，以及填写文字）如下

在学生填写完成后，教师收集并进行评价，将学生填写情况汇总，以便及时得到学生的学习反馈，及时调整教学方式方法。

九、布置作业

1. 完成自我评价表；

2. 复习上机实践两个程序，能够解释每条语句的具体作用；

3. 搜集二分查找在日常生活中的具体运用实例。

十、教学反思

亮点方面，教学实践注重理论与实践的深度融合，通过详细的算法讲解和案例分析，以及丰富的编程实践，让学生直观理解并掌握了二分查找算法的基本原理和步骤。同时，多维度教学目标的实现，不仅关注学生的知识技能掌握，还注重培养学生的信息意识、计算思维等核心素养，体现了当前教育改革的方向和趋势。在教学过程中，学生的主体地位得到了凸显，通过小组合作学习和个性化学习的支持，提高了学生的参与度和学习效果。此外，创新教学方法的运用，如示范—模仿、抛锚式教学策略，以及多媒体设备和教学软件的辅助，利用多媒体设备和教学软件，如展示二分查找算法的动态流程图、动画等形式，使得课堂变得生动有趣，提高了教学效果。

不足方面，理论知识的深度和广度还有待加强。在讲解二分查找算法时，虽然涵盖了基本原理和步骤，但对于一些深入的概念和变种算法的介绍可能还不够充分。同时，对于不同学习能力和兴趣的学生，还需要更加具体的个性化教学策略来满足他们的需求。差异化评价体系的缺失也限制了对学生学习成果和进步的全面反映。

身为教育技术师范生，我应该采取一些措施弥补不足之处。要提升自身的知识水平，充分利用数字化教学资源，多观看优秀课例，研读教材，整理优秀活动案例，注重活动的进阶性，深化自身对二分法查找的理解，确保知识点掌握牢固。创新教学方法，采用多样化手段激发学生的学习兴趣。通过案例分析、小组讨论等互动方式，让学生在参与中理解并掌握二分法查找。要实施个性化教学策略，设计不同难度的练习题和案例分析，满足不同学生的学习需求，并通过有效的师生互动机制，鼓励学生提问和发表观点，形成良好的学习氛围。