第1单元第3课 《算法的设计与优化》教案【湘科版】《信息科技》 五年级上册

中小学教育资源及组卷应用平台 第1.3课《算法的设计与优化》教学设计 课题 算法的设计与优化 单元 第一单元 学科 信息科技 年级 五年级 核心素养目标 信息意识：在完成算法的设计并优化时，我们需要考虑数据的准确性、完整性和有效性，确保信息能够支持正确的推理与决策。计算思维：能够明确算法设计过程并优化算法，运用于生活中的实际问题，以此提高效率，感知算法优化的价值。数字化学习与创新：在准备生日宴菜单时，能够用新思想来改进现有的算法，使其在速度效率、解决问题的能力、适应性等方面得到提升。信息社会责任：要遵守算法的应用保证公平、平等，如机器学习模型中的数据偏见，并且在收集和使用数据时保障用户的隐私。 教学重点 了解算法设计的基本过程和允许准则。 教学难点 结合具体的案例，明确和认识算法优化的价值，并运用于生活中。 教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 导入新课 第1.3课 算法的设计与优化1、观看视频。2、活动背景：准备一顿丰盛的生日宴可不是一件容易的事。备菜、煮饭、做菜等多道工序，需要安排得有条不紊，才能在有限的时间内完成任务。如果没有合理的规划设计，就会手忙脚乱，顾此失彼。如何对这个过程进行设计和优化，提高效率，做到井并有条呢 3、活动目标（1）了解算法设计的基本过程。（2）了解算法优化的价值。 课程新知导入。学习本课活动目标。 帮助学生初步理解本课研究内容。帮助学生学习更有目标性。 讲授新课 新知讲解：一、设计简单的算法在日常生活中,人们根据解决问题的需要设计算法。以简单的泡茶为例，泡茶需要六个基本步骤，要在最短时间内完成泡茶，如何合理安排这些步骤最为关键。用表格列出泡茶的每个步骤所耗费的时间和相关的制约条件，并用色块长短代表耗时长短，这样就把泡茶过程抽象为色块的排列问题。分解问题时，可以去掉一些不重要的信息，如茶壶的颜色、茶叶的品种等，只留下关键信息，如各步骤的耗时、先后顺序等，并用色块和排列顺序表示问题的关键要素。这个过程叫作抽象和建模。简而言之，抽象是简化问题，去除细节，关注问题的核心特征。通过抽象，我们能更容易地理解复杂的系统或现象。 建模是将实际问题转化为数学或计算机模型，从而使用算法或数学方法解决实际问题。建模往往涉及选择适当的变量、约束条件，并确定解决问题的方法。解决问题的算法往往并不唯一。可以尝试通过列举的方式，找出泡茶问题的多种算法。学生A：要烧水，必须先洗水壶，再接水。学生B：所以，第1种方法不行。优化算法带来的好处提高运行效率：通过优化算法的时间复杂度和空间复杂度，可以显著减少计算所需的时间和内存资源。解决大规模问题：优化后的算法能够处理更大规模的数据和问题，这对大数据处理尤为重要。节省资源：优化算法可以减少计算资源的消耗，例如减少CPU时间、内存使用等，适用于资源有限的环境。提高系统性能：优化算法不仅能提高单一任务的效率，还能提高整个系统的响应速度和处理能力。增强可扩展性：优化过的算法能够更好地应对数据量或问题规模的增加，从而提高系统的可扩展性。降低成本：优化后的算法能够减少硬件资源的消耗，节约成本，尤其在云计算环境下尤为明显。二、对算法进行优化不同的算法效率不同，有优劣之分。在泡茶问题中，可以简单地用耗时来评价算法的效率，耗时越短，效率越高。如果在烧水的过程中，完成洗茶杯、找茶叶两个步骤，总耗时为11分钟，能节约3分钟时间。信息链接烧水、洗茶杯、找茶叶三个步骤依次完成的方式被称为串行，而在烧水的同时，完成洗茶杯、找茶叶步骤的方式被称为并行。在泡茶算法中，采用并行的方式节约了时间，提高了效率。开动脑筋1.如下图所示，生活中运用并行方式提高效率的例子很多，请列举一 ... ...