课程基本信息
课例编号
学科
信息技术
年级
高一
学期
1
课题
用计算机解决问题
教科书
书名：
《信息技术》必修1
出版社：人民教育出版社；中国地图出版社
出版日期：2019
年
6
月
教学目标
教学目标：
1.
了解人工解决问题与计算机解决问题的基本过程，体会二者的不同特点。
2.
了解计算机解决问题的优势。
3.
经历用计算机解决交通灯问题的基本过程，并能迁移到实际问题的解决中。
4.
体验编程解决问题的基本方法，提高学习算法与程序的兴趣。
教学重点：了解用计算机解决问题的基本过程，并能迁移到实际问题的解决中。
教学难点：分析用计算机解决实际问题的过程。
教学过程
时间
教学环节
主要师生活动
2分钟
解决问题的一般过程
通过生活中的问题引入，引出主题
在无信号灯或信号灯不能正常工作的路口，经常会有交通警察在现场指挥交通，请思考交通警察为保障道路通畅，进行交通疏导的一般过程是怎样的？
交警需要先观察路况等信息，确定要达到的目标，保障交通通畅运行；然后结合自己的经验，寻找解决问题的方法；最终通过手势信号指挥交通，观察情况，及时调整。
交警解决该问题的过程也是我们实际解决其他问题的一般过程。
结合实例，讲解解决问题的一般过程
解决问题通常包括分析问题、寻找解决问题的途径和方法、解决问题并验证结果这三个步骤。
4分钟
计算机解决问题的优势
对比分析人工解决问题和计算机解决问题的特点
相较于人工的方式，我们现在越来越多的通过计算机解决问题，比如在线学习、网上购物、在线打车等，都是我们通过计算机来解决问题。
计算机具有运行速度快、计算精度高、逻辑运算能力强、存储容量大和自动化程度高等特点。因此，利用计算机解决问题，能在一定程度上提高问题解决效率。
例如，计算圆周率的问题，历史上有很多科学家尝试对圆周率进行了人工计算，但人工计算不仅耗费时间，而且计算到一定位数的时候容易出错，计算机的发明则在很大程度上解决了这些问题。
时间人物主要贡献方法/耗时南北朝时期祖冲之首次将圆周率精确到小数点后7位，即在3.1415926和3.1415927之间几何法/割圆术1424年数学家卡西将圆周率精确到小数点后17位，这是国外第一次打破祖冲之的记录几何法17世纪初德国人鲁道夫将圆周率精确到小数点后35位几何法/几十年
时间人物主要贡献方法/耗时1844年达塞精确到小数点后200位数学分析1873年谢克斯精确到小数点后707位（1946年，弗格森发现第528位是错的）数学分析/二十多年1948年1月弗格森和伦奇精确到小数点后808位，这是人工计算
π
的最高记录。数学分析
计算机不仅提升了计算速度，同时准确性高，并且能够进行自动运算，在很大程度上提升了问题的解决效率。
7分钟
计算机解决问题的过程
问题驱动，引出计算机解决问题的一般过程
计算机是如何解决问题的呢？
用计算机解决问题即让计算机按照程序执行指令。人们可以使用已有的程序，例如很多软件。也可以根据需要自己编写程序，例如自己设计的表情包管理器。
计算机解决问题就是让计算机按照程序执行指令，那如何写出程序呢？
比如，最开始提到过的交通信号灯问题，我们也可以用计算机程序模拟控制信号灯的变化。举一个最简单的过程，编程实现一个“灯”由红色变绿色的效果。分析利用计算机编程解决该问题的过程，思考和前面交警指挥交通过程的区别。
说明计算机解决问题的一般过程。
该过程看起来和人类解决问题的过程很相似，只是多了一步编程调试，但其实为了能够让计算机实现，在设计方案时要注意，方案要能够转化为计算机可以执行的步骤。
结合“红灯变绿灯”问题，我们一起来看，如何分析问题和设计方案。
在设计过程中问题的描述方式不唯一，可通过数学建模描述，也可以通过文字、表格和图形等形式描述。
例如，在“红灯变绿灯”问题中，信号灯初始状态为红灯变亮（禁止通行），显示一段时间后，绿灯变亮（准许通行），可用下表更清晰地表示。
初始状态中间状态终止状态红灯变亮红灯持续显示绿灯变亮
在设计方案时一般包括以下环节：
首先，根据需求分析，将求解过程分解为若干个独立的功能，每个功能指向一个特定的任务，如果分解之后的功能仍比较复杂，可以继续分解，如右图。
实践练习：请根据学习的内容，结合日常生活中对交通信号灯的观察，分析信号灯变化的过程，设计一个合理的信号灯。
填写任务单中的内容。
10分钟
程序设计语言与编程体验
对比讲解机器语言、汇编语言和高级语言
设计好方案好，就可以进行编程调试了。
编写程序就是利用计算机程序设计语言描述设计好的方案（算法），实现问题求解过程。程序是一组可执行的计算机指令。程序设计语言是编写程序所使用的的计算机语言。
随着计算机技术的发展，程序设计语言经历了从机器语言、汇编语言到高级语言的发展历程。
视频介绍机器语言和汇编语言的特点，引出高级语言。对比讲解三类语言的特点。
通过图示，再次强化计算机解决问题的过程及三种语言的特点。
引出Python，介绍Python的特点，Python
是荷兰人，Guido
van
Rossum（吉多·范罗苏姆）
在
1989
年圣诞节期间，为了打发无聊的圣诞节而编写的一个编程语言。具有下述特点：
简洁、易读、易于学习。
应用广泛（做
web
开发，UI
界面开发，游戏开发，网络爬虫，人工智能，运维工具等等）。
丰富的第三方库（覆盖了文件、GUI、数据库、文本、网络等大量内容，许多功能不必从零开始，直接使用第三方库就可以）。
跨平台（Python
可以运行在
Windows、Mac
和各种
Linux/Unix
系统上）。
介绍编程环境，Anaconda指的是一个开源的Python发行版本，其包含了conda、Python等180多个科学包及其依赖项。Spyder是Python(x,y)的作者为它开发的一个简单的集成开发环境。和其他的Python开发环境相比，它最大的优点就是模仿MATLAB的“工作空间”的功能，可以很方便地观察和修改数组的值。
红绿灯编程实践，体验编程，提升学生兴趣
设计好方案后，就可以进行编程调试了，如刚才的红灯变绿灯功能分解后如下图，再对每一个功能进行编程实现即可。
介绍如何打开及运行程序，说明注释的作用。播放视频。
学生体验：运行资源包中的Python程序“红灯变绿灯.py”，阅读程序代码，参照注释分析程序功能。
分析代码各部分含义。
布置任务：请根据上述说明，尝试修改程序，改变红灯持续显示的时间，运行程序，观察效果。填写任务单。
2分钟
总结梳理
小结课程基本信息
课例编号
007
学科
信息技术
年级
高一
学期
第一学期
课题
用计算机解决问题
教科书
书名：
《信息技术》必修1
出版社：人民教育出版社；中国地图出版社
出版日期：2019
年
6
月
学生信息
姓名
学校
班级
学号
课后练习
随着移动设备的普及，越来越多的人使用移动应用程序解决问题。请与同伴分享一款自己感兴趣的移动应用程序，分析它能解决什么类型的问题，是如何解决问题的，完成下表：
移动应用程序可以解决的问题问题解决的过程
查找Python语言的资料，用思维导图描述Python语言的特点。课程基本信息
课例编号
学科
信息技术
年级
高一
学期
第一学期
课题
用计算机解决问题
教科书
书名：
《信息技术》必修1
出版社：人民教育出版社；中国地图出版社
出版日期：2019
年
6
月
学生信息
姓名
学校
班级
学号
学习目标
1.
了解人工解决问题与计算机解决问题的基本过程，体会二者的不同特点。
2.
了解计算机解决问题的优势。
3.
经历用计算机解决交通灯问题的基本过程，并能迁移到实际问题的解决中。
4.
体验编程解决问题的基本方法，提高学习算法与程序的兴趣。
课前学习任务
想一想：生活中有哪些问题可以用计算机解决？计算机是如何解决这些问题的呢？你认为计算机解决问题比人工解决有哪些优势？
课上学习任务
【学习任务一】
请结合日常生活中对交通信号灯的观察，分析信号灯变化的过程，设计一个合理的信号灯。可以借助文字、表格或图形等多种描述方式。
分析问题：
请明确设计的目标和相关条件。
设计方案：
可参照下图所示，进行功能设计。可使用思维导图工具绘制图形。
【学习任务二】
任务1：
请结合视频介绍，读懂程序，更改红灯持续显示的时间，说明具体是如何修改的。
任务2：
请根据自己的想法，尝试对程序进行其他修改，如改变灯的颜色等。说明自己是如何实现的。
推荐的学习资源
1．Python语言简介：
https://www.runoob.com/python/python-intro.html(共37张PPT)
用计算机解决问题
（第七课时）
交通指挥问题
在无信号灯或信号灯不能正常工作的路口，经常会有交通警察在现场指挥交通，请思考交通警察为保障道路通畅，进行交通疏导的一般过程是怎样的？
分析问题
解决问题并验证结果
寻找解决问题的途径与方法
车流量信息
路况信息
要达到保障交通、避免拥堵、提高通行效率的目标
指挥交通，观察道路通行情况，结合实际情况调整手势
结合经验，想出合适的方法，通过手势信号指挥路口车辆
交通指挥问题
调查、搜集相关资料，明确问题的目标、条件，猜测已知和未知的关系。
解决问题，验证答案、评估效果，实现问题的最终解决。
设计问题求解方案，包括具体的途径和方法等。
解决问题的一般过程
分析问题
解决问题并验证结果
寻找解决问题的途径与方法
用计算机解决问题
计算机具有运行速度快、计算精度高、逻辑运算能力强、存储容量大和自动化程度高等特点。因此，利用计算机解决问题，能在一定程度上提高问题解决效率。
圆周率的计算问题
用计算机解决问题的优势
用计算机解决问题的优势
时间
人物
主要贡献
方法/耗时
南北朝时期
祖冲之
首次将圆周率精确到小数点后6位，求得圆周率在3.1415926和3.1415927之间
几何法
1424年
数学家卡西
将圆周率精确到小数点后16位，这是国外第一次打破祖冲之的记录
几何法
17世纪初
德国人鲁道夫
将圆周率精确到小数点后35位
几何法/几十年
用计算机解决问题的优势
时间
人物
主要贡献
方法/耗时
1873年
谢克斯
精确到小数点后707位（1946年，弗格森发现第528位是错的）
数学分析/二十多年
1948年1月
弗格森和伦奇
人工计算
π
的最高记录，有808位正确小数，
数学分析
速度快，精度高，自动化
1949年，ENIAC将圆周率计算到2000多位小数，包括准备和整理时间在内仅用了70小时。
1973年，到了小数点后100万位，1989年突破10亿位大关，1995年10月超过64亿位……。
用计算机解决问题的优势
用计算机解决问题
用计算机解决问题即让计算机按照程序执行指令。
用已有程序解决问题
…
表情包管理器，能够给自己的表情包添加tag，搜索表情。
自己写程序解决问题
用计算机解决问题
用计算机解决问题即让计算机按照程序执行指令。
按照程序执行指令
程序
?
用计算机解决问题
用计算机解决问题
交通信号灯是国际通用的道路交通信号设施。我们可以用计算机程序模拟控制信号灯的变化。
分析利用计算机编程解决该问题的过程，思考和前面交警指挥交通过程的区别。
比如，如何编程实现“红灯变绿灯”呢？
用计算机解决问题
编程
分析
问题
设计
方案
用计算机解决问题的过程
提出问题
分析问题
设计方案
编程调试
解决问题
编程调试
方案能够转换成计算机可执行的步骤（指令）
用计算机解决问题的过程
用计算机解决问题时，需要先对问题进行分析，明确问题的目标和条件等。问题描述方式不唯一，有的问题可以用数学模型描述，有的问题可用文字、表格等。
初始状态
中间状态
终止状态
红灯变亮
红灯持续显示
绿灯变亮
例如，编程实现一个“红灯变绿灯”。
分析问题
在设计方案时一般包括以下环节：
首先，根据需求分析，将求解过程分解为若干个独立的功能，如果分解之后的功能仍比较复杂，可以继续分解，如右图。
然后，针对特定功能设计实现步骤，即进行算法设计。
设计方案
请根据学习的内容，结合日常生活中对交通信号灯的观察，分析信号灯变化的过程，设计信号灯控制模拟程序。
填写任务单中的内容。
练习
编写程序就是利用计算机程序设计语言描述算法，实现问题求解过程。
程序是一组可执行的计算机指令。程序设计语言是编写程序所使用的的计算机语言。
编程调试
程序设计语言
机器语言
汇编语言
完全由0和1组成的二进制代码来完成程序
直接执行、速度快
不可移植
独立于机器，更接近人类语言
不能直接执行
移植性好
通过机器码的助记符简化程序
不能直接执行
不可移植
机器语言
高级语言
汇编语言
程序设计语言
程序设计语言
方案
程序
机器语言
汇编语言
高级语言
0
1
组成
利用助记符
接近人类语言
二进制指令
翻译
翻译
程序设计语言
高级语言
Python是荷兰人吉波范罗苏姆编写的一个编程语言。
Python
简洁易用。
应用广泛（web
开发，游戏开发，人工智能等等）。
丰富的第三方库（覆盖了文件、网络、数据处理、人工智能等大量内容，许多功能不必从零开始，直接使用第三方库就可以）。
跨平台（Python
可以运行在
Windows、MAC
OS和各种
Linux/Unix
系统上）。
Python
使用Python编写程序之前，需要先搭建Python开发环境。
Anaconda指的是一个开源的Python发行版本，包含很多数据处理相关的科学包。
Python编程环境
可参照资源包中的安装文档安装Anaconda
Python编程环境
编辑器
Python编程环境
“红灯变绿灯”功能分解图。
编程体验
编程体验
请大家结合视频演示过程，运行资源包中的Python程序“红灯变绿灯.py”，阅读并运行程序代码，参照注释分析程序中语句的功能。
编程体验
编程体验
红灯变亮
绿灯变亮
红灯持续显示
请根据上述说明，尝试修改程序，改变红灯持续显示的时间，运行程序，观察效果。填写任务单。
编程体验
持续显示时间？
用计算机解决问题
解决问题的一般过程
程序设计语言与编程体验
用计算机解决问题的优势
用计算机解决问题的过程
提出问题
分析问题
解决问题
设计方案
编程调试
分析问题
寻找解决问题的途径和方法
解决问题并验证结果
小结
