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教学设计：新2024秋季高一必修1 信息技术人教中图版第2章算法与程序实现《算法的概念及描述：认识算法》一、教学目标（核心素养）1.信息意识：学生能够认识到算法在信息技术中的重要地位，理解算法是解决问题的基本方法和工具。
2.计算思维：学生能够理解算法的基本概念，掌握算法的基本特征，培养将实际问题抽象为算法问题的能力。
3.数字化学习与创新：通过案例分析，学生能够初步体验算法设计的思维过程，激发对算法学习的兴趣和创新意识。
4.信息社会责任：引导学生关注算法应用的伦理和社会影响，培养负责任地使用算法的意识。
二、教学重点•理解算法的基本概念及其重要性。
•掌握算法的基本特征，包括确定性、有穷性、可行性等。
三、教学难点•如何将实际问题抽象为算法问题，理解算法与程序的区别与联系。
•培养学生的计算思维，使其能够运用算法思维解决实际问题。
四、教学资源•多媒体课件（包含算法概念、特征、案例分析等）。
•实际问题案例集，用于引导学生思考如何将问题转化为算法。
•教材及配套习题册。
•互联网资源，用于拓展学生视野，了解算法在实际生活中的应用。
五、教学方法•讲授法：介绍算法的基本概念、特征及其重要性。
•案例分析法：通过具体案例，引导学生理解算法的应用和解决问题的过程。
•讨论交流法：组织学生分组讨论，分享各自对算法的理解和看法，促进思维碰撞。
•实践操作法：鼓励学生尝试将实际问题抽象为算法问题，并进行初步的设计。
六、教学过程1. 导入新课•生活实例引入：通过讲述一个日常生活中的例子（如烹饪过程、导航路线规划等），引导学生思考这些过程中蕴含的有序性和步骤性，引出算法的概念。
•提问导入：提问学生是否知道什么是算法？算法在我们的生活中有哪些应用？引发学生思考，激发学生兴趣。
2. 新课教学•算法概念讲解：•定义：算法是解决特定问题的一系列明确、有序的步骤的集合。
•重要性：算法是计算机程序的核心，是解决问题的重要工具。
•算法特征介绍：•确定性：算法的每一步都必须是明确无歧义的。
算法分析(第二章)：递归与分治法一、递归的概念知识再现：等比数列求和公式：1、定义：直接或间接地调用自身的算法称为递归算法。
用函数自身给出定义的函数称为递归函数。
2、与分治法的关系：由分治法产生的子问题往往是原问题的较小模式，这就为使用递归技术提供了方便。
在这种情况下，反复应用分治手段，可以使子问题与原问题类型一致而其规模却不断缩小，最终使子问题缩小到很容易直接求出其解。
这自然导致递归过程的产生。
分治与递归经常同时应用在算法设计之中，并由此产生许多高效算法。
3、递推方程：(1)定义：设序列01,....na a a简记为{na}，把n a与某些个()ia i n<联系起来的等式叫做关于该序列的递推方程。
(2)求解：给定关于序列{n a}的递推方程和若干初值，计算n a。
4、应用：阶乘函数、Fibonacci数列、Hanoi塔问题、插入排序5、优缺点：优点：结构清晰，可读性强，而且容易用数学归纳法来证明算法的正确性，因此它为设计算法、调试程序带来很大方便。
缺点：递归算法的运行效率较低，无论是耗费的计算时间还是占用的存储空间都比非递归算法要多。
二、递归算法改进：1、迭代法：(1)不断用递推方程的右部替代左部(2)每一次替换，随着n的降低在和式中多出一项(3)直到出现初值以后停止迭代(4)将初值代入并对和式求和(5)可用数学归纳法验证解的正确性2、举例：-----------Hanoi塔算法----------- ---------------插入排序算法----------- ()2(1)1(1)1T n T nT=−+=()(1)1W n W n nW=−+−（1）=021n-23()2(1)12[2(2)1]12(2)21...2++2 (121)n n n T n T n T n T n T −−=−+=−++=−++==++=−（1）2 ()(1)1((n-2)+11)1(2)(2)(1)...(1)12...(2)(1)(1)/2W n W n n W n n W n n n W n n n n =−+−=−−+−=−+−+−==++++−+−=−3、换元迭代：(1)将对n 的递推式换成对其他变元k 的递推式 (2)对k 进行迭代(3)将解（关于k 的函数）转换成关于n 的函数4、举例：---------------二分归并排序---------------()2(/2)1W n W n n W =+−（1）=0（1）换元：假设2kn =，递推方程如下()2(/2)1W n W n n W =+−（1）=0 → 1(2)2(2)21k k k W W W−=+−（0）=0（2）迭代求解：12122222321332133212()2(2)212(2(2)21)212(2)22212(2)2*2212(2(2)21)2212(2)222212(2)3*2221...2(0)*2(22...21)22k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k k W n W W W W W W W W k k −−−−−−−+−+−−−=+−=+−+−=+−+−=+−−=+−+−−=+−+−−=+−−−==+−++++=−1log 1n n n +=−+（3）解的正确性—归纳验证： 证明递推方程的解是()(1)/2W n n n =−()(1)1W n W n n W =−+−（1）=0,(n 1)=n +n=n(n-1)/2+n =n[(n-1)/2+1]=n(n+1)/2n W W +方法：数学归纳法证 n=1,W(1)=1*(1-1)/2=0假设对于解满足方程，则（）---------------快速排序--------------------->>>平均工作量：假设首元素排好序在每个位置是等概率的112()()()(1)0n i T n T i O n n T −==+=∑ >>>对于高阶方程应该先化简，然后迭代(1)差消化简：利用两个方程相减，将右边的项尽可能消去，以达到降阶的目的。
