5.3 运用典型算法（第一课时）（教案）2025-2026学年高教版中职信息技术基础模块（下册）

5.3 运用典型算法（第一课时）（教案） 课 题 5.3 运用典型算法（第一课时） 课型 新授课 主备人 集体备课时间 课时安排 教授人 授课班级 授课时间 教学目标 1. 知识与技能 · 了解排序算法的基本概念：排序就是把数据排列为从小到大（升序）或从大到小（降序）的顺序 · 认识常见的排序算法种类（选择排序、插入排序、冒泡排序、堆排序、归并排序等） · 掌握Python列表的基本操作：创建列表、获取列表长度、按索引访问元素 · 理解冒泡排序算法的核心思想与执行流程：相邻比较、条件交换、多趟扫描 · 能用流程图描述冒泡排序的算法逻辑，并用Python代码实现简单的冒泡排序程序 2. 过程与方法 · 通过“体育课按身高排队”游戏化体验，在身体力行的角色扮演中感知排序算法的核心逻辑，建立“算法源自生活”的认知 · 通过“手动排序—程序排序—AI编程”三级对比体验，在多种方案的比较中建立“原理为本、AI提效”的新型算法学习观念 · 通过小组合作探究和代码编写，培养逻辑表达、算法思维和协作能力 3. 情感态度与价值观 · 感受算法思维在解决实际问题中的逻辑之力，激发对算法学习的兴趣和信心 · 在算法设计中培养严谨精确的逻辑思维——次比较顺序错位、一次缩进层级写错，排序结论可能全盘失效 · 在AI编程对比中建立“算法设计靠人脑，代码生成靠AI”的新型编程素养——理解算法原理是驾驭AI工具的前提 教学重点 · Python列表的基本操作：创建列表、获取长度、按索引访问元素 · 冒泡排序算法的核心思想：相邻比较—条件交换—多趟扫描 · 冒泡排序的Python代码实现：外层循环控制趟数，内层循环控制每趟的比较和交换 教学难点 · 嵌套循环在冒泡排序中的配合机制——外层循环控制趟次范围，内层循环控制逐对比较和条件交换 · 冒泡排序的趟数规律：N个元素的列表最多需要N-1趟排序；每趟的比较次数递减（与已排好部分的元素数量相符） · 从“手动按钮排序”到“自己编写排序算法”的认知角色跃迁——从工具使用者到算法设计者的思维转变 学习策略 体验式教学法、游戏化教学法、任务驱动法、演示法、小组合作探究法 设计理念与创新点 1. 业务情境驱动：延续第5单元“校园手机使用调查”项目情境主线——以“为分享会准备一份按时间从短到长排列的‘优秀自律’学生时长榜单”为业务需求，自然引出排序算法。学生从5.2.3的函数封装能力出发，将“用排序算法处理调查数据”作为能力升级的跳板 2. 采用“感—拆—写—拓”四步递进教学链：感排序（用体育课排队等生活化游戏体验感知排序逻辑并归纳排序算法种类）→拆算法（将冒泡排序拆解为相邻比较-条件交换-多趟扫描三层结构）→写代码（按流程图逐行编写冒泡排序代码并进行正例与边缘值双重测试）→拓视野（AI排序生成对比体验、算法可视化工具演示），让教学过程从体验到分析到编码到拓展层层递进 3. 三层游戏联动突破核心难点：通过“体育课按身高排队”角色扮演游戏（感知层）→纸笔推演模拟冒泡排序过程（操作层）→代码实现（抽象层），三层递进帮助学生完成从身体感知到算法认知的完整建构 4. 冒泡动画演示法：通过算法可视化工具，将抽象的比较交换过程转化为可观察的动画，降低认知负荷 5. 融入2026年算法可视化、教育部“人工智能+教育”行动计划等前沿动态，拓展学生数字化学习的视野 教学过程 教学内容 教师活动 学生活动 设计意图 游戏唤醒 延续第5单元“校园手机使用调查”项目主线，发布游戏任务：“体育老师让全班同学从矮到高排成一路纵队。现在，教室的四周散落着今天的主角数据——每一张卡片上是一位学生在‘手机使用习惯分享会’表彰名单中的时长数据。每个人领到的数字不一样——请9位志愿者到讲台前领取数字卡片，按‘从短到长’排成一排！” 学生自组织排队，教师拍照记录初始乱序和最终排序两个状态 9位志愿者上台领取时长数据卡片，自发协商站位进行排序。台下同学观察和提示，偶尔补充修改意见 “体育课排队”游戏。将抽象的排序算法逻辑转化为可亲身参与的身体站位游戏，9位学生真人排序的过程本身就是一道最形象的“算法动画”——每个位置变动都是一次比较加一次交换 明确任务 教师总结并分发任务书：“今天我们要完成三道工序——①理解冒泡排序算法的核心思想；②掌握Python列表的基本操作并写出冒泡排序的完整代码；③将手机使用调查数据按使用时长升序和降序排列，供年级组长审核。同时也要和AI结伴来一次‘谁写的排序更清晰’的对比赛。”展示学习目标 查看任务书，明确任务目标 以项目情境驱动全课，让学生清晰看到自己从“使用排序工具”到“编写排序算法”的能力跃迁路径 排序算法概述 讲解排序算法的概念：“排序就是把数据排为从小到大的顺序或从大到小的逆序。”通过“两张人像照”对比排序前后两组数据的视觉差异——让全班在PPT切换前后各限定2秒内判断统计值，亲眼感受有序结构的信息检索效率。展示教材中提到的几种经典排序算法——选择排序、插入排序、冒泡排序、堆排序、归并排序，以及评价排序算法的双维方法（比较次数+交换次数）。强调本课首先学习最直观的两种基础排序算法——选择排序和冒泡排序，这两种方法虽然排序效率不同，但非常适合用来理解程序的排序逻辑 记录排序算法的定义和初印象。 在脑海里将已有的表格排序体验和即将学习的算法代码建立起第一座桥——两种路径实现同一目标 选择排序讲解 讲解选择排序的核心思想和执行步骤：“选择排序就像体育委员给全班排队——第一轮在全班找最矮的人（扫描整个未排部分），把他拉到第一个位置站好；第二轮在剩下的人里继续找最矮的，拉到第二个位置；以此类推——每轮只交换一次。”板书画出选择排序在一组示例数字[5, 8, 1, 3, 6]上逐步寻找最小元素的全过程——第一轮扫描5个数找到1，与第一个位置的5交换；第二轮从未排序部分[8,5,3,6]中找到3，与第二个位置的8交换；每一轮扫描一次→记录最小元素索引→一次交换 在纸上同步画出选择排序在本组数字卡片上的每一步变化，观察最小元素被“挑出来”放到前端的过程。对比记忆“每轮只换一次”的核心特征 “选择排序—冒泡排序双轨对比教学”。将两种最基础排序方法按“思想→模拟→对比”模式在同节教学中先后出场，让学生从差异中加深对每种算法各自特点的把握。选择排序的“每趟一换”与后续讲解的冒泡排序的“每比一换”形成天然的对比锚点 选择排序算法演示 　 教师逐步演示范例程序对一组时长数据的完整排序流程，讲解选择排序在程序中的嵌套循环结构——外层循环控制轮次；内层循环在每一轮中扫描找出最小元素的索引位置；完成内层扫描后执行交换操作 用纸笔试算本轮扫描的最小值并将其标记——每轮的“Scan” 在数据小纸片上完成全部数据序列的扫描并记录下最小值索引 为后续自主编写和比较选择排序与冒泡排序提供完整的对照示例 冒泡排序讲解 讲解冒泡排序的核心思想：“冒泡排序就像水缸里的水泡——重的沉下去、轻的浮上来。从第一个元素开始，依次比较相邻的两个元素；如果前面的比后面的大/小（依据升序/降序而定），就交换它俩的位置；每完成一趟扫描，当前范围内最大（小）的元素被推到末尾位置，下一趟扫描范围缩小1。一趟只让一个泡泡浮到它应站的平台，重复这个步骤直到全部排好为止。”板书画出冒泡排序逐步交换的全过程——第一趟最大元素8如气泡漂到末位→第二趟剩余部分的最大元素在倒数第二个位置停下→逐趟推进 在纸上逐步推演冒泡排序的完整流程，在过程的相邻比较箭头旁边标注比较次序号以便检查自己在每一轮的比较总数是否正确。对比刚才的选择排序推演草图——选择排序每轮只换一次，冒泡排序比较一次换一次 “相邻气泡可视化讲解+纸笔推演”双轨策略。使用PPT动画或可视化工具逐帧演示冒泡排序的相邻比较和交换过程，再辅以纸笔模拟让学生在纸面上亲手推演。多感官同步——视觉+动觉+口头模仿——深度突破本课第一大难点“相邻比较-条件交换” 任务一：纸笔推演冒泡排序——“推一推” 推演任务发布 发放“冒泡排序纸笔推演单”，布置推演任务：“请各小组在推演单上完成一组数据的冒泡排序完整推演——列表[6.1, 1.2, 4.5, 2.0, 3.7]（调查数据中的五名学生的时长数据），第1趟→第2趟→第3趟→第4趟，逐行写出每趟的每次比较和交换情况、交换后列表状态，并标注每趟完成后的列表中间结果。”巡视各组推演情况，重点观察每趟的扫描范围和交换次数的标注准确性 小组交替分工层层推进推演流程——两人合作完成一次“一人分步操作推演方格、另一人复核查验校验结果”的双人核验后全体成员签字确认推演结果。边界确认环节需重点检查各自的第2趟比较次数是否符合预期值 “纸笔推演单”结构化训练。将认知难以一次性抽象的冒泡排序多趟流程转化为一张可一步步填写的结构化表格——每一趟的比较次数、每次比较前的列表状态、每一步是否交换，均留白待填。用手工推演的方式建立对算法全过程的深度理解 任务二：冒泡排序编码——“写一写” 基础编码任务发布 发放任务书上的“排序算法代码编写任务单”，布置基础编码任务：“请各小组完成以下三重递进编码——①创建一份包含全班手机使用时长数据的列表（至少6个元素测试排序），编写冒泡排序代码将其排序为升序列表并输出；②在升序排序代码基础上修改为降序排列——将if条件中的>改为<即可实现逆序排列；③用for循环遍历排序后的列表逐条输出‘第X名：XX小时’，形成一份标准化排名报告。编码过程中每完成一道子任务立即运行验证并记录在追踪栏。提醒if条件中的比较符号方向取决于目标排列方向——升序是> 就交换（把小的往前推），降序则相反。”巡视各组编码情况和循环嵌套正确性 重点关注三类语法错误——内层循环的range范围忘记加上-i导致比较次数递减规律失效（提醒标准写法range(n-1-i)）、交换语句未使用元组解包而尝试另行手动引入临时变量导致逻辑不够简洁（提示a, b = b, a）、嵌套层级缩进不一致。 过程性指导确保全体小组完成冒泡排序编码任务。 任务三：手动排序—AI生成排序 双模对比体验——“比一比” AI排序生成演示 投屏演示用自然语言向AI编程助手描述排序任务的过程：“在编程辅助工具对话框中输入：‘请用Python写一个升序冒泡排序程序——给定列表hours=[4.5, 2.0, 6.1, 1.2, 3.7]，输出排序后的列表，附上每趟排序后的中间状态。’”等待数十秒后AI生成完整代码，从排序算法正确性、内层循环范围是否递减、每趟交换是否逐对进行三个核心维度分析AI生成的代码质量，并引导学生注意AI代码可能存在的命名不一致或注释错漏 各组从代码可读性、算法正确性和排错便利性三个维度快速打分对比手动编码、教材示例代码和AI生成版本，表末用一句话总结核心感悟：“排序算法的哪一部分逻辑判断是AI无法替你验证的？”随机抽查2组口头发表核心对比观点 小组完成三维对比评分和总结语，口头分享核心发现 延续第5单元“手动—程序—AI”纵向素养主线，在排序算法领域首次开展三维对比体验，自然内化“算法设计靠人脑、代码生成靠AI”的新型算法素养 成果展示 选取2—3个小组代表上台投屏展示：①冒泡排序完整代码及每趟排序的print追踪输出结果；②选择排序与冒泡排序的代码对比表；③“手动—程序—AI”三级对比记录表的核心结论；④综合应用任务的表彰名单输出 小组代表展示并讲解，其他小组认真倾听并在评价表中记录关键对比数据 锻炼表达与展示能力，促进组间经验交流和知识互补 多元评价 组织自评、互评，教师进行点评总结。重点评价：①排序结果是否正确（升序/降序是否与目标一致）；②内层循环的range范围是否递减（n-1-i结构正确性）；③交换条件的关系运算符方向与排序目标是否匹配；④“手动—程序—AI”三级对比分析的深度与客观性。表扬排序代码正确、循环嵌套逻辑清晰且AI对比分析有独立见解的小组，纠正共性问题——“内层循环忘记-i导致每趟比较次数恒定、升降序条件大小于方向写反、冒泡排序内部的交换语句被错放在内层循环之外”等 进行自我评价和小组互评，填写评价记录 构建多维评价体系 知识梳理 带领学生回顾本课核心知识框架：“排序算法——①冒泡排序：相邻比较-条件交换-多趟扫描→外层循环n-1趟控制总轮次、内层循环n-1-i次控制每趟的比较次数；②选择排序：扫描找最小/最大→记录其索引→每轮只交换一次。两种算法的共同特征——每趟处理范围递减、通过循环控制趟数和比较次数，但在交换时机和内层循环边界上各具特点。”梳理第5单元完整递进关系——认识算法与程序设计语言（知道算法规则、写好基础代码）→设计简单程序（选择+循环+函数，搭建程序框架）→运用典型算法（排序+查找，数据处理程序的基石），三者构成完整的程序设计入门能力链。用一句话总结核心理解：“排序算法 = 比较找出关系 + 交换调整位置 + 循环重复推进。每一次比较都是一次关卡的检验，每一次交换都在向最终的有序靠近一步——算法不是抽象高深的东西，而是把日常做事步骤用流程图和代码逻辑组织成程序可以逐行执行的工作清单。” 跟随教师梳理知识框架，完善任务书笔记 构建系统化知识结构，完成5.3节第一块核心技能的教学闭环 板书设计 板书设计：5.3.1 运用典型算法 一、什么是排序 定义：把数据排为从小到大（升序）或从大到小（降序）的顺序 二、两种常用排序算法 ❶ 选择排序 —— 选最小的往前放 · 每趟扫描未排区域 → 找出最小元素索引 → 一趟结束交换一次 ❷ 冒泡排序 —— 比相邻的往上浮 · 外层循环（趟数）：某趟扫描 → n-1 趟全部排完 · 内层循环（比较次数递减）：逐一比较相邻元素 → 前>后 → 交换两项继续 · 每趟完成一个“泡泡”浮到末端 → 下一趟扫描范围缩小1 三、Python列表快速入门 列表存放一组有序数据 → [2.0, 4.5, 6.1, 1.2, 3.7] 列表长度 len(列表) | 按索引访问 列表[序号] 元素交换语法：列表[x], 列表[y] = 列表[y], 列表[x] 教学反思 （课后填写） · 教学目标达成度分析 · 学生对信息技术发展历程的理解情况 · 小组讨论环节的参与度和效果 · 课程思政融入的自然度 · 改进措施与建议 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $