第第頁人教版（2024）五年級全一冊信息科技第14課算法效率比一比教案教學設(shè)計基本信息主題14.算法效率比一比學科信息科技老師年級五年級教學內(nèi)容分析《算法效率比一比》是小學五年級信息科技學科中一堂旨在培養(yǎng)學生計算思維與數(shù)字化學習能力的重要課程。本課通過對比不同算法在解決同一問題時的效率差異，引導學生理解算法效率的概念，激發(fā)他們對算法優(yōu)化的興趣?？紤]到小學生的認知特點，本課將采用貼近生活的實例和直觀的圖示，以簡單易懂的方式講解算法效率的基本概念，并通過實踐活動讓學生親身體驗算法優(yōu)化帶來的效率提升。同時，課程還融入了信息意識、信息社會責任等要素，旨在全面提升學生的信息素養(yǎng)。學情分析五年級的學生已經(jīng)具備了一定的數(shù)學基礎(chǔ)和邏輯思維能力，對計算機操作也有一定的了解。他們開始關(guān)注生活中的數(shù)學問題，并愿意通過動手實踐來探索解決方案。在信息科技方面，學生可能對計算機的基本操作、簡單的編程邏輯有所接觸，但對于算法效率這一較為抽象的概念可能還比較陌生。因此，本課將采用生動有趣的實例和實踐活動，降低學習難度，激發(fā)學生的學習興趣，幫助他們在輕松愉快的氛圍中理解和掌握算法效率的相關(guān)知識。學習目標信息意識：培養(yǎng)信息敏感性，認識到算法效率在解決實際問題中的重要性。關(guān)注生活中的算法應用，提高利用信息技術(shù)解決問題的能力。計算思維：理解算法效率的概念，學會分析不同算法在解決同一問題時的效率差異。掌握簡單的算法優(yōu)化方法，提高解決問題的效率。數(shù)字化學習與創(chuàng)新：運用所學知識，設(shè)計并實踐高效的算法解決方案。培養(yǎng)創(chuàng)新思維，在算法優(yōu)化過程中提出新的想法和見解。信息社會責任：認識到算法效率對社會資源利用的影響，培養(yǎng)節(jié)約資源、高效利用信息技術(shù)的意識。強調(diào)算法倫理，負責任地使用算法技術(shù)。教學重點1．掌握不同算法求解問題的步驟和方法。2．理解算法效率的概念，學會比較算法的效率。教學難點1．準確評估不同算法在計算機中的實際效率。2．理解算法效率與實際問題之間的關(guān)系。教學準備多媒體教室（投影儀、電腦等）、課件（包含物體排列圖等）、實驗環(huán)境（如編程軟件，用于模擬算法執(zhí)行）等。教學實施過程情境導入教師活動學生活動設(shè)計意圖展示物體排列圖，引導學生觀察發(fā)現(xiàn)。【教師活動1】出示物體排列圖，提出問題“如何統(tǒng)計這些物體的數(shù)量？”【學生活動1】觀察圖片，思考并討論可能的解決方案，同時完成學習活動一，用逐層累加的方法計算出物體總數(shù)。【設(shè)計意圖】通過實際問題激發(fā)學生興趣，引導學生思考，利用累加法解決問題。教學活動一用不同方法統(tǒng)計物體數(shù)量教師活動學生活動設(shè)計意圖【教師活動2】出示正反放置的兩個梯形，引導學生嘗試另一種求解算法：公式法?！窘處熁顒?】提出問題：對比兩種算法，哪個效率更高一些？【教師小結(jié)】引導學生歸納遷移：依據(jù)第二種算法，就可以求解一系列連續(xù)整數(shù)累加的和（累加的和=(首項+末項)×項數(shù)÷2）。【學生活動2】合作完成學習活動二，觀察圖形，發(fā)現(xiàn)正反放置的兩個梯形重新組合成一個平行四邊形，可以利用求平行四邊形中物體的個數(shù)來計算?！緦W生活動3】交流討論，學生發(fā)表自己的觀點?！驹O(shè)計意圖】通過求“1+2+3+…+10”的兩種不同算法，說明解決同一個問題時，不同的算法會有不同的步驟，也就存在不同的效率。讓學生掌握不同算法的執(zhí)行過程，理解算法效率的概念。教學活動二計算機累加運算的效率分析教師活動學生活動設(shè)計意圖【教師活動4】介紹用計算機解決問題時會用以下兩種方法來比較算法的效率。一是比較算法運行所需要的時間。二是比較算法運行時所需的步數(shù)或者占用內(nèi)存?！窘處熁顒?】如何衡量計算機在運行算法時運行的時間、需要的步數(shù)、占用的內(nèi)存等，沒有一個容易確定下來的統(tǒng)一準則，所以通常選擇只比較其中的一個方面。組織學生完成學習活動三，從時間方面進行分析兩種方法的效率。假設(shè)：做1次加法用時1秒、做1次乘法用時10秒、做1次除法用時15秒。利用第一種算法計算需要多少時間？第二種呢？【教師小結(jié)】在“合理假設(shè)”下，單從計算步驟和時間上看，第二種算法比第一種更有效?！緦W生活動4】合作完成學習活動三，小組討論，比較兩種算法的時間效率。使用累加法計算：需要計算99次加法，需要約1*99=99秒。使用公式法計算：只需要1次加法（即100+1）、1次乘法（即101×100）和1次除法（即除以2），需要約1+10+15=26秒?！驹O(shè)計意圖】讓學生理解在“合理假設(shè)”下，第二種算法效率更高一些。教學活動三多角度分析算法效率教師活動學生活動設(shè)計意圖【教師活動6】將問題進一步復雜化，因為做乘法和除法比加法更復雜，計算時通常需要更長的時間，如果以上假設(shè)不成立，比如，如果做1次乘法或1次除法都需要50秒，那么用公式法需要多少時間？【教師小結(jié)】要準確地比較兩個算法究竟哪個更高效，往往比我們預想的要難很多。通常需要從不同角度、不同的數(shù)據(jù)量、不同信息技術(shù)設(shè)備等方面綜合考慮，經(jīng)過無數(shù)次實驗探索來獲得結(jié)論。課堂練習【教師活動7】引導學生交流討論，分享自己的答案或觀點。1．使用累加法計算1到200之間所有整數(shù)的和，需要進行199次加法運算（從1加到200，每次添加一個數(shù)）。2．使用公式法計算1到200之間所有整數(shù)的和，只需要進行一次乘法和一次除法運算。3．如果編寫程序計算1到10000之間所有整數(shù)的和，我會選擇公式法。因為盡管累加法在小規(guī)模數(shù)據(jù)上可能更直觀，但在處理大量數(shù)據(jù)時，公式法的計算效率更高。4．如果要優(yōu)化計算列表中10000個數(shù)字的和，我會將列表分成幾部分，先計算每部分的和，最后再將這些部分的和加起來。5．如果擁有一臺計算能力非常強的計算機，執(zhí)行上述任務確實可能會比一般計算機更快。這是因為更強的計算能力通常意味著更高的處理器速度、更多的核心、更好的內(nèi)存帶寬和更快的存儲系統(tǒng)，這些都能顯著提高處理大數(shù)據(jù)集的速度。特別是在可以并行處理的情況下，強大的計算資源可以極大地縮短執(zhí)行時間?！緦W生活動5】學生自主完成學習活動四，計算在第二種假設(shè)下，使用公式法需要的時間。1+50+50=101秒?！緦W生活動6】在小組協(xié)作的框架下，共同解決以下五道題目。1．使用累加法計算1到200之間所有整數(shù)的和。你進行了多少次加法運算？2．使用公式法計算1到200之間所有整數(shù)的和。你進行了多少次乘法和除法運算？3．假設(shè)你要編寫一個程序來計算1到10000之間所有整數(shù)的和。你會選擇哪種算法？為什么？4．假設(shè)你有一個可以存儲10000個數(shù)字的列表（數(shù)字隨機無序），你想要計算這個列表中所有數(shù)字的和。你會如何優(yōu)化計算過程？是否有更高效的算法可以實現(xiàn)？5．如果你有一臺計算能力非常強的計算機，你認為這臺計算機在執(zhí)行上述任務時會比一般的計算機更快嗎？為什么？【設(shè)計意圖】通過上述分析，讓學生理解關(guān)于算法效率比較的正確態(tài)度和方法，鼓勵進行全面和系統(tǒng)的分析，并強調(diào)了科學研究中嚴謹態(tài)度的重要性?！驹O(shè)計意圖】通過設(shè)置課堂練習，確保學生能全面、深入地學習，掌握評估和優(yōu)化算法的基本方法，并將所學知識應用于實際問題解決中。同時，在有趣的學習活動中培養(yǎng)對計算機科學的持續(xù)興趣。拓展提升教師活動學生活動設(shè)計意圖借助代碼，通過運行程序，體會用計算機求解累加運算所用的時間?！窘處熁顒?】打開“累加1.py”和“累加2.py”的程序文件，分別運行這兩個程序，輸入要累