5.3 运用典型算法（第二课时）（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（第二课时）（教案） 课 题 5.3 运用典型算法（第二课时） 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 · 了解查找算法的基本概念与评价标准：查找是在给定的数据集（顺序表）中寻找特定数据元素的过程 · 掌握顺序查找算法的核心思想与Python代码实现：从第一个元素开始逐一比对，找到目标即停止 · 理解二分查找算法的原理与适用范围：数据必须先排序，每次取中间值与目标值比较后缩小一半搜索范围；掌握left/mid/right三指针的维护规则 · 能对比顺序查找与二分查找的效率差异和适用场景 2. 过程与方法 · 通过“校园手机使用调查数据快速检索”项目情境任务驱动，在真实的数据检索需求中掌握查找算法的设计与实现 · 通过“字典找人 vs 对半翻书”双情境类比体验和“Step-by-Step演算板”操作练习，突破二分查找“中间值—比较—缩半”的本课核心认知难点 · 通过“手动查找—程序查找—AI编程”三级对比体验，建立“算法设计靠人脑、代码生成靠AI”的新型算法素养 3. 情感态度与价值观 · 感受查找算法在数据处理中的实用价值，激发运用算法思维优化日常工作的意识 · 在算法选择中培养“分析场景→选择策略→验证效果”的工程思维——没有最好的算法，只有最合适的算法 · 在AI编程对比中强化“理解算法原理是驾驭AI工具的前提”的职业认知 教学重点 · 顺序查找算法的核心思想与Python代码实现：逐个比对，找到目标即停止 · 二分查找算法的基本原理与适用条件：数据必须先有序，每次缩小一半搜索范围 教学难点 · 二分查找“中间值—比较—缩半”的迭代逻辑——left/mid/right三指针的维护规则与边界更新方法 · 顺序查找与二分查找的算法效率对比和适用场景判断——什么情况用顺序查找？什么情况用二分查找？ · 二分查找的搜索区间缩小机制（每一轮长度减半直至区间空）所涉及的指针更新在范围和次序上的理解跨度 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“在表彰大会现场，需要从百余人名单中快速查找某位学生的时长数据”为业务需求，自然引出查找算法的性能差异（顺序查找可能需要从前往后硬翻上百次，二分查找仅需约7次），让算法学习始终服务于真实的数据处理场景，同时体现5.3.1排序算法与5.3.2查找算法的“排序—查找”闭合技能链 2. 采用“感—拆—写—拓”四步递进教学链：感查找（用生活化游戏感知查找算法的原理与区别）→拆算法（用Step-by-Step演算板推演二分查找的每一轮过程）→写代码（按流程图编写两种查找算法的Python代码并效率测评）→拓视野（AI编程对比体验与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. 双生活情境类比突破核心难点：通过“字典找人”（顺序查找的情境隐喻）和“对半翻书”（二分查找的情境隐喻）两个对比强烈的日常动作体验，让学生直观理解两种查找策略的差异，再搭配Step-by-Step演算板将二分查找的每一步推演可视化 4. 逐轮跟踪二分查找循环态法：通过在终端中插入print语句，逐轮追踪二分查找中left、mid、right三个指针的实时状态和搜索区间的变化，将抽象的边界调整过程转化为可逐行阅读的数据证据链 5. 融入2026年RunSketch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 情境唤醒 延续第5单元“校园手机使用调查”项目主线，发布新任务：“上节课我们终于把全年级学生的手机使用时长排好了序，此刻所有数据都整齐地排列在榜单上。现在表彰大会正在进行中，年级组长突然发来紧急请求：‘帮我查一下——你们上次提到的那位时长恰好是3.7小时的同学在年级排名第几？其他字段暂时没有索引。’如果是你，班上几十个数据还可以挨个用眼睛扫，但如果是几百人的大表格、上百人的数据逐行核对——怎么找？”教师展示一份包含五十个时长数据的无序列表，计时15秒看谁能最先找到指定的时长值 在限定时间内用肉眼在屏幕上的数据列表中逐一扫描寻找指定值，感受在长列表中定位单个数据的耗时与不确定性 延续第5单元项目情境，以表彰大会现场的实时查询需求引出查找算法的核心价值——从大批数据中高效定位目标。此环节将5.3.1排序和5.3.2查找的价值承接关系清晰呈现：排序的价值不仅是排列整齐，更是为高效的二分查找创造数据条件 明确任务 教师总结并分发任务书：“把排序的结果转化为一种全新的能力——快速找到数据。今天我们要完成三道工序——①理解顺序查找和二分查找两种算法的核心思想；②用Python写出两种查找算法的完整代码并在对比中找到各自的优劣特性；③体验AI结对编程，比较‘自己写的查找代码’和‘AI自动生成的查找代码’哪个逻辑更清晰且边界检查更到位。” 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排序数据到快速检索数据的能力跃迁路径，并闭环5.3.1—5.3.2的技能链条 查找算法概述 讲解查找算法的定义：“查找算法就是在数据清单中寻找特定数据的过程。在日常生活中我们每天都在使用各种查找——通讯录从首字母点进联系人、成绩单上按学号查分数、手机App搜索框输入关键词……”展示刚刚从调查数据中选出的时长列表。引用教材原文规范表述：“查找就是在给定的数据集（顺序表）中寻找特定数据元素的过程。” 学生将手中数据列表中各行列的元素直接映射到这个定义上——列表=顺序表、课程名单/时长等进入各列=特定数据元素、从左到右或从右到左一次扫描定位→都是一次完整的查找流程 讲解查找算法的定义 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 顺序查找讲解 用“差生找作业”的情境梗概讲解顺序查找的核心思想：“小明的书包乱糟糟的，各科作业本全混在一个大隔层里。他想要在数学课前掏出数学作业本，只能从第一本开始，翻开看看是不是数学——不是就接着翻下一本，直到找到数学作业或翻完整堆书也找不到为止。”逐步推出顺序查找的程序映射——从列表的第一个元素开始→依次与目标值做相等比较→找到目标直接返回其索引；如果扫到最后一个元素仍未找到目标返回-1表示查找失败。强调顺序查找的唯一条件：只处理当前扫描到的元素与目标之间的相等关系，不涉及区间划分 在脑海中形成“从第一个到最后一个→一个一个比→相等即停”的完整认知。翻开教材对顺序查找的要求说明，在自己的草稿上快速标注出顺序查找的遍历方向——从左往右一笔拉到尽头、相等即止 以生活化情境化解“算法”的距离感——“书堆高了找本子就是顺序查找，本子堆不了乱的越快、大的都压在最底下，要从头到尾一一掏出来” 二分查找讲解 用“对半翻字典”类比讲解二分查找的核心思想：“当你有了一本带拼音索引的汉日词典后，找一个词的过程是什么样呢——第一步翻到中间某个拼音页→看一眼当前页的词条和你要找的目标在拼音上谁更靠前→如果目标在左侧区域直接把右边丢掉，反之亦然→每找一次扔掉一半不需要翻的区域→最终在几次这样的收缩后到达目标词条所在的精确页码位置。”建立二分查找的步骤模型——每次取当前区间的中间位置的值与目标比较→比目标大就丢掉右半部分→比目标小就丢掉左半部分→每轮搜索范围缩小一半→直到中间值与目标相等（找到）或左右边界先逆序表明搜索区间已空（查找失败）。强调核心前提：“二分查找只适用于已经排好序的数据列表——这需要运用我们已经学习过的排序算法实现准备步骤。” 以手示范模拟——右手从左边界标尺、左手在右边界标尺、一拳在中间值位置落下比较后再收缩其中一只手的边界位置。反复演练直到熟悉 mid值的计算与边界调整的对应关系 ” “对半翻字典”二分查找情境讲解。用汉日词典拼音索引的搜索过程直接映射二分查找的“中间值—比较—缩半”逻辑——学生亲身参与翻字典节奏对比后再转入算法讲解，突破本课第一大难点“二分查找的迭代逻辑 任务一：Step-by-Step演算板验证——“推一推” 推演任务发布 布置综合推演任务：“请在演算板上完成一组二分查找的综合推演——列表[0.5, 1.0, 1.8, 2.6, 3.4, 4.2, 5.1, 6.1, 7.0]（已排序的9个调查数据），目标值为7.0（最大值）和0.5（最小值）。逐轮记录left/mid/right的值和比较结果，尤其注意目标值位于左右边界极限位置时的边界移动规律——第一轮后边界是收缩到左侧还是右侧。”巡视各组推演情况 对照自己的演算板逐轮核实，修正收缩方向错误的历史数据，在演算板底部总结二分查找靠近两个终端目标值时边界推移的公共特征并向老师报告典型错误原因 以极限位置边界测试巩固二分查找的迭代逻辑完整性 任务二：顺序查找与二分查找编码——“写一写” 编码任务发布 发放任务书上的“查找算法代码编写任务单”，布置综合编码任务：“请各小组完成两种查找算法的编码——①编写顺序查找函数seq_search和二分查找函数binary_search；②用排序后的时长数据测试两种算法查找同一个目标值，对比返回的索引位置和元素本身的值是否一致（二分查找返回的索引必须是目标值在列表中的唯一真实索引，不能错位或溢出）；③编写测试脚本对同一组数据运行两种算法并在终端打印每次比较的中间状态对比。每完成一项子任务立即运行验证并记录” 组内分工互查各种报错的产生与修正：一人边改边回溯上次类似错误解决的历史记录，另一人负责最终运行一次全覆盖测试后签名确认 在真实数据中完成两种查找算法的代码编写和测试验证 任务三：手动查找—程序查找—AI生成查找 三级对比体验——“比一比” AI查找生成演示 投屏演示用自然语言向AI编程助手描述查找任务并生成代码——输入：“请用Python写一个二分查找函数——列表hours=[1.2, 2.0, 3.7, 4.5, 6.1]已排好序，查找目标值为3.7的索引。”AI在数十秒内生成完整的binary_search函数代码。教师引导全班逐行比对——AI生成的代码中的边界条件left <= right、mid整除、mid±1收缩——与自己写的版本逐一对照。提示：“检查AI生成的二分查找的退出条件是否写成了left<right；AI有可能在目标值为列表最后一个元素时被错误的退出条件阻断——这与我们第一课时巡视时发现的一类典型错误完全相同” 三级对比任务发布 发放“手动—程序—AI三级对比记录表”，引导各组从代码逻辑完整性、边界检查准确性、命名注释规范性三个维度对三种版本的查找代码进行评分评级（★可靠/▲待核实/✘存疑），并在表末用一句话总结核心感悟：“查找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 “手动—程序—AI”三级查找算法对比。延续第5单元建构的“手动—程序—AI”纵向素养主线，在查找算法领域完成三级方案对比。学生对三种版本的查找代码进行客观评价，自然内化“算法设计靠人脑、代码生成靠AI”的新型算法学习观念 成果展示 选取2—3个小组代表上台投屏展示：①顺序查找与二分查找的完整代码及查找次数对比；②“手动—程序—AI”三级对比记录表的核心结论；③综合应用任务的查找与等级速查表输出 小组代表展示并讲解，其他小组在评价表中打分 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：①二分查找的while条件与mid计算公式是否正确；②顺序查找返回-1的未找到逻辑是否完整；③“手动—程序—AI”三级对比分析的深度与客观性。表扬查找代码正确、边界检查完整且AI对比分析有独立见解的小组，纠正共性问题 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：“查找算法双剑客——①顺序查找：从头到尾逐一比对，普适但效率低；②二分查找：中间值—比较—缩半——每次缩小一半搜索范围，高效但要求数据必须先有序。二分查找操作要点——left=0, right=len-1→while left<=right:→mid=(left+right)//2→比较后收缩mid+1或mid-1→未找到返回-1。两种算法各有适合的使用场景——无序小规模数据用顺序查找简单高效，有序大规模数据用二分查找效率成百倍提升。”梳理第5单元完整递进关系——认识算法→设计简单程序→运用典型算法，三者构成完整的“从理解算法到创造运行程序”的程序设计入门能力链。用一句话总结核心理解：“查找算法=确定搜索策略+逐轮缩小目标范围+精准判定找到或未找到的终止条件。顺序查找是最朴素的检索直觉，二分查找是非直觉的高效优化——二者合在一起才是一套完整的数据检索逻辑工具箱。” 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，完成第5单元“程序设计入门”最后一个课时——“运用查找算法”的教学闭环与整个单元核心技能的系统化回顾 板书设计 板书设计：5.3.2 运用典型算法 一、两种查找算法——“数据寻宝的双子星” ❶ 顺序查找 —— 从第一个开始，一个一个往后比 ❷ 二分查找 —— 每次取中间值，比完丢掉一半 前提：数据必须先排序！ 操作要点：left=0, right=len-1 → while left<=right → mid=(left+right)//2 → 比完收缩mid+1或mid-1 → 未找到返回-1 二、算法效率对比——“差一个算法差十倍时间” 1024个数据：顺序查找最多比1024次，二分查找最多比10次 数据翻倍时：顺序次数也翻倍、二分仅增约1次 三、查找算法与5.3.1排序算法的关系 排序算法（5.3.1）: 数据从无序→有序 查找算法（5.3.2）: 数据有序后→高效检索 第4单元数据处理→5.3.1排序→5.3.2查找→最终应用：构筑完整 “加工→排序→查找→运用” 的数据处理全链路 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 $