《选择排序》教学设计.docx

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《选择排序》教学设计

《选择排序》教学设计

一、学习任务分析

许多问题的处理过程依赖于数据的有序性。

排序在生活中的应用也极为广泛，如购物网站的价格、销量排序等。

而排序算法是程序设计中的重要算法，对它的学习既是对已经学过的三种程序设计结构的综合运用，又能为后续对分查找的学习作好铺垫。

本节内容便是选自华东师大新版高中信息科技教材（第二册）《算法与程序设计》第二章第3节排序及第四章第3节排序实现等内容。

对教材的两节内容进行重组合并，将理论与实践结合，以加深学生对选择排序算法的理解与运用。

选择排序是一种简单直观的排序算法，选择排序的过程是不断的在待排元素中选择最大值或最小值，然后交换位置的过程，其算法是结合了双重循环和擂台法找最值的知识，因此选择排序的程序代码实现，同时巩固了这两部分内容。

如何让学生从具体每一趟排序中观察、分析、归纳出一般的规律，是本节课的难点。

在此基础上，一步一步引导学生开展算法设计、编写、调试和完善程序，从而揭开排序算法程序实现的神秘面纱。

在之前的学习中，学生已经学习了数组、分支结构、双重循环结构等基本程序概念，本节内容在此基础上，学习选择排序的原理及其代码的实现，了解选择排序的不同变式，并能够运用选择排序算法解决综合性问题。

本节内容也为之后其他排序方法的学习提供了参考，为后续对分查找奠定了基础。

由此，本节内容起到了承上启下的作用。

结合学生学情，选择排序安排两课时完成，本节内容为第一课时内容。

二、学情分析

本节内容的学习者是高一年级理科班的学生。

在日常生活中，学生常常会接触到许多排序的例子，例如微信步数排行、游戏排行榜等，并对如何对一群杂乱的数值按规则进行排序有了基本的方法。

因此，对于选择排序而言，其排序的原理相对较容易掌握。

在代码编写方面，学生已经学习数组变量和擂台法的相关知识，有利用分支、循环语句编写程序解决问题的经验和一定的编程能力。

在教学方法设计的过程中，考虑到该班级学生思维活跃、学习能力较强，喜欢自己实践探究来解决问题，因此在教学设计时应给予学生更多的思考及实践的机会。

尽管该班学生有一定的编程经验和能力，但由于实践操作不多，对与程序的整体编写还存在困难，对现实问题转换为计算机程序解决的能力需要进一步提升。

具体来说，在程序实现过程中，双重循环的方式及范围对于学生而言仍然具有一定的难度，需要着重讲解整体的结构与实现，由浅入深，引导学生通过分析原理、拆分问题、组合架构的方式，循序渐进。

此外，在用数组变量解决具体问题时，还存在理解上的偏差，不太理解数组的特点、作用及适用情况。

因此，需要借助具体排序问题，在体验、讨论的过程中，让学生经历选择排序解决实际问题的过程，体会选择排序的价值，体会人解决问题与利用计算机解决问题的差异。

三、教学目标

●知识与技能

1.能描述选择排序的基本原理。

2.能根据选择排序的原理，推测计算机执行过程，描述解决实际排序问题的过程。

3.能解释和识读选择排序算法的流程图，并用VB进行编程验证。

●过程与方法

1.通过“位置重排”游戏的排序过程，提炼、总结选择排序的原理。

2.通过实例分析，由易到难，层层剖析的方法掌握选择排序的原理，并学会用选择排序基本思想对数据进行排序，记录每一趟排序后数组中数据的变化。

3.归纳选择排序的规律，迁移到流程图的识读，学会从具体到一般的归纳方法。

4.对照每一轮的找最值的方法总结归纳找到其内在的规律，从而掌握选择排序的程序实现。

●情感态度价值观

1.通过对排序原理的探究，提升对算法来源于生活的认同感，初步养成善于对生活实例进行观察和归纳的思维习惯。

2.通过VB程序编写和验证，理解计算机高效准确的特性是人脑的补充和延伸，体会计算思维和逻辑思维的魅力。

四、教学重难点分析

教学重点：

选择排序算法的基本原理、过程及流程图。

教学难点：

选择排序的实现代码中双重循环嵌套的应用和用擂台法找最值位置。

五、教学方法

在教法方面，主要采用讲授法、演示法和任务驱动法进行教学。

按照明确选择排序原理、分解选择排序实现步骤、步骤组合归纳、过程转换代码的流程，层层递进，一步一步推导出选择排序的实现程序。

首先通过“位置重排”游戏过程，归纳、总结选择排序的原理。

其次，对于选择排序的流程图描述拆分为三个探究任务，驱动学生按照步骤一步步进行知识的自主建构，提升学生的自主探究能力和小组合作能力。

最后，整合探究任务，梳理排序算法流程图，对照流程图实现程序转换！

在学法方面，主要采用观察思考法、练习法、小组交流法进行学习。

学生通过观察第一遍选择排序的游戏过程进行思考探究，实践探究选择排序的原理。

通过小组合作探究的方式，拆分问题，形成代码碎片并重组。

新知学习完毕后，通过练习进行及时反馈，检验所学，促进提升。

五、教学环境设计

教学环境：

装有VisualBasic6.0的笔记本电脑20台，并能够与内外网相连；平板电脑20台,装载移动端课堂互动平台。

教学准备：

算法教学网站、学案、辅助教学的PPT、课堂练习、基本程序等。

六、教学过程

教学环节

教师活动

学生活动

设计意图

新课导入

【游戏导入】课前发给第一排五个学生1人一张纸,里面分别写上5个大小各异,顺序打乱的10—100之间的数。

请五位同学协助配合老师完成一个简单的游戏，大家需要根据这五个学生拿到的数字大小，按小到大的顺序重新排位。

【提问】那么，你会用怎样的方式让他们有序呢？

学生一般会提出：

找到5个人里拿到最小数的那个同学，请他和第一个位置上的同学交换一下位置；剩下的4个同学里再找到拿到最小值的同学，请他和第二个位置上的同学交换位置；以此类推，完成从小到大的排序。

过渡：

根据学生的回答，指出其中蕴含了选择法排序算法的思想。

这就是今天我们要来学习的一种排序方法，叫做选择排序。

学生参与游戏，思考日常生活中的排序方式并回答。

注意：

学生需要一个步骤一个步骤描述清晰，如：

第一步做什么，第二步做什么……

通过简单的游戏导入课程，开门见山。

请学生说一说有哪些排序方法，发散性思考，更有助于之后各类排序算法的学习。

【环节一】选择排序的原理

过渡：

选择排序，顾名思义，是需要在待排数组中不断选择最值。

接下来继续启发：

前面这种方法中，你是如何找到最小数的？

在只有5个数值时是可以实现的，但是如果现在有100个数值，你能不能一眼看出哪个最大哪个最小？

如果不能，我们看能不能从这5个数值的排序中寻找一下规律，让计算机程序来解决？

一眼看出，其实在我们大脑了进行了快速的比较，也就是这样的：

选择排序游戏演示

第一趟的时候,明确第一个位置应该站的是拿最小数的同学，让第1个位置的同学和第2个位置的同学将手中的纸举高让后面同学看,让拿较大数的同学坐下,拿较小数的同学站着,然后较小数的同学再与第3位同学比较,继续留下较小数的同学与第4位同学比较,全部比较完,留下拿最小数的同学与第一位同学交换位置。

【提问】第一个位置排好即第一趟排序是从哪里开始进行比较的？

到哪里为止？

是按照什么方式进行比较的？

在第一遍排序结束后，实现了怎样的效果？

【小结】第一遍的排序是从第一个位置开始比较的，到最后一个为止。

在比较过程中，固定第一个位置，以其元素为最小值标准，后面的元素与其进行比较，如果后面的比较小，就将小的更新为新标准，继续向后比较，重复上述过程，直到最后一个元素，找出最小的与固定的第一个位置的元素进行交换。

在第一遍排序后，第一个元素是最小的。

过渡：

那么，按照这样的方式进行比较并排序，接下来的第二遍、第三遍排序后的结果又是怎样的呢？

归纳：

选择排序的原理：

每一次从待排序的数组中找出最小（或最大）的数，使它与第一个数相互交换。

然后再在余下的数中找出最小（或最大）的数，与第二个数相互交换。

以此类推，直到所有的数成为一个有序的序列。

让学生体会大脑思考和计算机思考的差异，然后观察位置重排的情景演示，并回答教师的问题。

学生根据游戏演示的排序方式以及教师的讲解，学生自动完成后面4轮的排序，并完成表格，记录数据。

学生观察第一遍选择排序的过程演示，明确选择排序基本的效果与方法，教师加以引导。

通过简单的游戏演示一遍选择排序的过程，学生通过模仿、思考等方式，完成后几遍的排序，并归纳总结选择排序的原理和过程。

让学生意识到选择排序就是求最值问题，需要知道最值在数组中的位置，再进行交换；一轮比较下来需要位置交换一次。

【环节二】选择排序的原理深化和流程图描述

过渡：

概况起来（就是重复做“定（位置）”“找（最值）”“换（元素）”），将选择排序的思想用流程图表示,出示最简单选择排序流程图,分三步解析流程图。

【实践探究一】如何定位置？

1.思考：

上述位置重排游戏中的5个数据在计算机中如何存储？

2．位置重排时，一共有几个位置需要安排合适的数字？

3.如果是10个数有多少个位置需安排，100个数哪？

归纳规模为n的数组的排序规律。

归纳：

1.明确流程图的主结构是以需要排序的位置为循环变量的循环结构。

循环体是找最小数和交换数组元素。

2.指出“在数组中寻找最小值”和“交换最小值”需要进一步求精。

注意：

排序趟数是指固定位置的次数，也就是寻找最值的轮数，即将最大/最小的数放到固定位置处。

根据选择排序的原理进行思考，并和同伴进行交流讨论，每个小组派出一名代表发言。

在问题的探索中，尝试使用流程图描述选择排序算法步骤

在学习了选择排序原理的基础上，提出了三个问题，层层递进。

学生通过小组探究的方式思考并探讨，集合集体的智慧解决问题。

体现了教师引导、层层递进、学生自主建构知识体系的效果。

从整体上把握选择排序算法结构

明确排序趟数与位置的关系

过渡：

在每轮定好位置后，如何找到合适的数字放在该位置？

【实践探究二】如何找到最小值

1.思考：

如何找到最小值？

2.打擂台找到最小值后，最小值在哪里？

是找到最值好，还是找到最值所在的位置好？

3.明确找最小值时，需要记录最小值的位置。

向学生演示并解析,位置重排游戏中第一遍找最小数时,首先固定首位，让计算机认为d

（1）是最小的,因此把最小数的下标k赋值1,接着让后面的d

（2）到d（6）的数与d（k）进行比较,找到一个比d（k）小的数,就执行k=j。

其余4遍引导学生观察思考，归纳找出规律。

引导学生梳理以下过程：

（1）固定一个位置i后，首先认为该位置的元素最小，从该位置后一个元素到最后一个元素打擂台

（2）定义两个变量：

最小值元素的下标k，来标记最小值的位置；固定位置i处数据的下一个元素下标j

（3）解析k=i的含义，i是每趟排序是固定位置的，k是标记最值的位置，固定i时认为该位置的元素最小，所以k=i

（4）明确这一部分的结构是循环结构+分支结构

接着出示找最小数的流程图,引导学生掌握寻找最小数的流程图。

注意：

比较次数是指每一次判断两个数大小的次数

学生思考并回答教师的问题，观察归纳，通过比较4遍的情况,找到4遍比较的“通项公式”。

观察:

k和j变量的变化情况

在数组中寻找最小值的求精和细化

从k和j的变化中引导学生写出相应的指令。

过渡：

在每轮找到最小值后，如何将最小值放在合适位置？

【实践探究三】何时交换数据

1.思考：

寻找最小值的目的什么？

2.观看动画梳理每次最小值应该放的位置和实际放的位置有何关系？

3.引导学生思考利用分支结构实现数据交换

注意：

交换次数则是指满足条件后交换的次数，该次数最小为0。

思考问题，观察位置重排动画，填写表格，找出交换数据的条件，完善流程图中数据交换部分

交换数据的求精和细化

通过留白来培养学生的读图与归纳能力。

【整体再感知】

引导学生对定位置、找最值、换元素三部分细化的流程图整合，让其从整体上再次感受选择排序的双重循环结构。

听课、思考从整体上把握

梳理知识点，将已有的流程图进行拼合，形成基本

的选择排序架构。

【环节三】选择排序程序初体验

过渡：

在经过了定、找、换之后，我们了解了选择排序的原理，并学会了流程图描述，那么，怎样用VB编写出选择排序的代码呢？

【自主探究】

对照流程图和算法网站的动画演示思考并小组探讨以下问题：

（1）5个数组元素一共要进行固定4个位置进行重排，也就是4遍排序，那么应该用什么语句体现？

（2）在第i遍排序中，也要经过很多次的查找，那么此时又应该怎样实现不断查找？

（提示：

从哪一个元素开始比较，到哪一个元素停止比较）

（3）用什么语句实现数组元素的大小比较？

（4）何时及怎样实现元素的交换？

然后根据所给的代码框架自主实践，打开“工程1.vbp”工程文件，将选择排序代码补充完整，使其能够正常运行。

【小结】选择排序的格式

Fori=______to_________

‘选择排序定位置的实现（外循环）

_________‘默认i处为最值

Forj=_____to_____

‘在每一遍的排序中，都要从i后的元素一一比较（内循环）

Ifa（j）

_______‘更新最值下标

EndIf

Nextj

If_______Then

_______‘交换i和k处元素

EndIf

Nexti

【教师巡查指导】

【小结】排序代码如下

Fori=1to4

k=i

Forj=i+1to5

Ifa（j）

k=j

EndIf

Nextj

Ifk<>iThen

t=a（i）:

a（i）=a（k）:

a（k）=t

EndIf

Nexti

再次解释内外循环变量的值的变化规律，及如何使用数组下标来进行求最值位置的想法。

让学生拓展思考解决三个问题:

1、对100个数据进行排序,程序怎么改?

2、如何让数据从大到小排序?

3、n个数据通过选择排序变为有序,这中间一共要比较几次数据?

【归纳小结】

强调选择排序是分为非递增序和非递减，选择排序程序是用双重For循环来实现，外层For循环控制是第几趟排序，也就是有几个位置需要重排，内层For循环控制找最值的范围。

由于程序默认待排序位置处为最小值，进行找最值的范围会发生变化（每趟从待排处下一个开始），故内层For循环变量的下界由外层循环变量决定。

思考问题，对照流程图，自主完成流程图向程序语言的转换

根据所给程序进行思考实践，将选择排序代码补充完整。

上机运行

结合具体的动画演示选择排序的过程，利用动画可反复查看和交互的特点帮助不同需需求的学生学习。

在基本架构的基础上，将VB代码融入其中，完成选择排序的基本程序，并对知识点进行总结归纳，使学生对于选择排序的程序实现有更清晰明确的理解。

鼓励学生试着上机调试，不要怕出错。

【环节四】选择排序的练习应用（备用）

过渡：

在学习了选择排序原理及其基本代码之后，如果将其运用到具体问题中，又是怎样体现的呢？

【课堂练习】

完成问卷星平台上的练习题。

【教师巡查指导】

【简要评价反馈】

根据学生在练习中遇到的问题进行简单讲解。

完成问卷星平台上的练习并提交。

在学习了原理与基本代码的基础上，用练习题目进行简单的程序运算，进一步巩固提升。

学生在提交作业后能够看到自己的分数以及题目解析。

教师也能通过平台查看学生的分数，实现了学生知识点掌握情况的实时反馈

课堂总结

【师生共同小结】

本节课我们学习了选择排序的原理及其简单程序实现。

选择排序的原理就是固定每一个位置，通过与其之后的元素逐一比较，找到合适的数据交换，不断重复直至有序，也就是定、找、换三步。

定位置决定了找的起点，所以是外层循环，找最小值是逐一比较，因此也需要循环，找好之后，才能决定是否交换。

通过一步步的分析，我们也实现了双层循环嵌套的选择排序基本程序。

当我们掌握了选择排序的程序之后,改变一个符号,改变一个数字,就可以让结果产新的变化,这就是程序和算法带给我们的全新体验。

希望同学们能感受到程序的灵活性,愿意用程序去解决生活中的问题。

课后请学生思考一个问题,n个数据通过选择排序而变得有序,需要交换几次数据?

和教师一起整理总结选择排序的知识点：

选择法排序通过遍历记录下最值的位置，将最值位置处元素和待排元素进行交换。

和学生一起梳理总结本节课的知识点，并展望之后要学习的内容，使得课堂更加完整。

七、板书设计

选择排序

1.选择排序的原理

定位置、找最值、换元素

排序趟数；n-1

比较次数：

n（n-1）/2

2.选择排序的程序